USB OTG概述
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作者：LoongEmbedded(kandi)
时间：2011.05.30
类别：WINCE驱动开发
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关键字：
HNP：主机协商协议(Host Negotiation Protocol)。
SRP：会话请求协议(Session Request Protocol)。
DRD：两用设备(Dual-role-devices)，即可当host，也可当device。
POD：(Peripheral-only-device)，只能作为device。
1. USB OTG
1.1 USB OTG含义
OTG是On The Go的缩写，正在进行中的意思，是近年发展起来的技术，2001年12月18日由USB Implementers Forum公布，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。特别是PDA、移动电话、消费类设备。改变如数码照相机、摄像机、打印机等设备间多种不同制式连接器，多达7种制式的存储卡间数据交换的不便。
图1
1.2 USB OTG作用
OTG的设备，例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB口，将拍出的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。我们知道USB设备分为HOST（主设备）和SLAVE（从设备），只有当一台HOST与一台SLAVE连接时才能实现数据的传输，而OTG设备既能充当HOST，亦能充当SLAVE，也即DRD(Dual-role-devices)，所以这样就可以脱离PC(host设备)来在不同的移动设备上通过OTG技术来传输数据了。USB OTG设备就是指具备独立数据拷贝功能的移动硬盘产品。
1.3 USB OTG的由来和发展
自1996年USB1.0规范以后，USB-IF(Universal Serial Bus Implementers Forums)又陆续公布了USB2.0和 USB OTG等几个规范，其中USB2.0的传输带宽达到480Mbps，而USB OTG更使USB装置摆脱了原来主从架构的限制，实现了端对端的传输模式，随着USB规范的不断完善，USB的应用领域也得到了拓展。USB诞生的初衷是简化电脑和其外设的连接，最早是用在键盘和鼠标上，而现在，USB的应用已经从PC外设跨越到了消费电子产品和通信电子产品领域，最显著的应用是在数码相机等消费电子产品上。
目前，USB低功耗、便于连接和高速传输的特性已经使它成为一个可方便应用的架构，它与其他技术结合便诞生出新的应用。如在移动存储领域，USB与闪存结合，创造性催生了目前广为流行的移动存储设备-U盘。
1.4 USB OTG设计原理
1.4.1 USB OTG接口
传统的USB设备是主从结构，分为A和B两种，A接口的设备提供电源VBUS，用作HOST。B接口的设备在通讯过程中作为Device。无论是A接口、B接口还是各自的Mini接口，虽然外形有些差异，但是用的引脚都遵循以下的定义：
1脚：VCC电源
2脚：D-差分负极
3脚：D+差分正极
4脚：GND接地
USB OTG增加了一个ID引脚，它的接口(Mini-AB)定义如下：
1脚：VCC电源
2脚：D-差分负极
3脚：D+差分正极
4脚：ID
5脚：GND
当2个DRD互连时，哪个设备作为主机？为什么要作为主机呢？为了解决这两个问题，在USB OTG中提出了新的协议———主机协商协议(HNP)。在OTG中还定义了一种新的接口———mini AB插座(可以直接接入mini A或Mini B插头)以及mini A插头和mini B插头(mini A和mini B是通过电缆连为一体的USB OTG连接线)。为了是用方便，不同的接插件颜色不一样：Mini A采用白色，Mini B采用黑色，Mini AB采用灰色。在mini AB插座以及mini A插头和mini B插头中都增加了一个ID引脚，如下图所示
图2
Mini AB接口有一个ID引脚上拉至电源端，Mini A插头有一个与地连接好的ID引脚(R<10欧姆)，Mini B插头有一个与地连接的开路ID引脚(R>100千欧姆)。当两个OTG设备通过连接线(一端为Mini A插头，另一端为Mini B插头)连接到一起的时候，Mini A插头边的ID引脚会直接给一个OTG设备Mini AB接口的ID引脚一个低电平，此OTG设备默认为主机(如图2的A-device)；Mini B插头边的ID引脚会直接给另一个OTG设备的Mini AB接口的ID引脚一个高电平，此时，此OTG设备默认为外设(如图2的B-device)。当然，我们也可以调换连接线插头方向来互换为主机或外设，但不需要这样做，只需要通过HNP协议就可以互换为主机或外设。
1.4.2 主机协商协议(HNP)
HNP协议用于两个OTG设备互连时角色切换，当两用设备连接了一个Mini A插头或者Mini B插头时，它相应的便以OTG主机或者OTG外设的默认方式工作。A-device为默认主机，所以由它提供VBUS电源，且在检测到有设备接入时复位总线、枚举并配置B-device。
1) A-device在完成对B-device的使用后，可以通过查询B-device的OTG描述符来判断是否支持HNP协议(即是否为两用OTG设备)。如支持HNP，B-device将返回有效的OTG描述符，A-device则发送一个SetFeature命令通知B-device可以在A-device挂起总线的时候控制总线，在SetFeature命令发送完成后，接着A-device便挂起总线。
2) A-device挂起总线后，B-device通过turn off D+的上拉电阻来通知A-device以示断开连接，处于挂起状态的A-device解析到这个断开的动作作为B-device要作为主机的请求。接着A-device便通过turn on D+的上拉电阻来作为对B-device断开的响应，完成这些转换后，B-device和A-device便各自以主机和外设角色来使用总线了。
3) B-device使用总线完成后，它在总线FS(full speed，全速)空闲的时候通过停止所有的总线活动和turn on自身D+的上拉电阻来开始返回作为从设备的工作方式。A-device将会检测到这个动作并且turn off自身D+上拉电阻，接着如果A-device检测到B-device的连接，它将作为主机复位总线操作，这样A-device和B-device又回到初始的工作方式，也即分别工作在主机和从设备的方式。
A-device便挂起总线B-device
1.4.3 会话请求协议
在以往的USB系统运行过程中 主机提供5V的电源和不低于100mA的总线电流。当OTG主机(指以主机方式工作的两用OTG设备 又称A-device)连接到有线电源时这种方法是适用的 但像手机这样的自供电移动设备则不能承受如此大的电能浪费。为了节约电源延长电池的使用寿命，当总线上没有活动时OTG主机将挂起总线电源VBUS，从而节省系统的功耗。
当一个B-device设备连接到A-device之后，就要初始化SRP并且请求给A-device来turn on VBUS以提供足够的电压和电流来开始会话。在OTG中，DRD既可以作为A-device，也可作为B-device，因此DRD必须支持初始化SRP和响应SRP，而POD只能作为B-device，所以只能初始化SRP。B-device有两种方式向A-device发送请求来要求建立会话：数据线脉冲(Data-Line Pulsing)，另一种是VBus脉冲(VBus Pulsing)。任何一个A-device只要求能响应一种SRP方式，而B-device必须能初始化两种SRP方式，这样才能保证B-device初始化一种SRP，A-device无法响应时，B-device能用另一种SRP方式来建立会话。
1.5 USB的主要特点
1) 接口更小巧，有效减少电子产品的体积。
2) 既能当HOST又能作为Device，即DRD(Dual-role-devices)双重作用的设备。
3) OTG设备依然可以连接到PC上用作普通的外设，即POD(Peripheral-only-device)
综合2)和3)点：
OTG有两种设备类型：两用的OTG设备(Dualrole Device)和外设式OTG设备(POD)。两用OTG设备完全符合USB 2.0规范，同时它还要提供有限的主机能力、一个MiniAB插座、支持HNP，并和外设式OTG设备一样支持SRP(注意了，当作为外设式OTG设备时是不支持HNP协议的)。当作为主机工作时，两用OTG设备可在总线上提供8mA的电流，而以往标准主机则需要提供100~500mA的电流。
4) 功耗更低，以延长采用电池供电的USB设备的待机时间。
