便攜設(shè)備如何相互溝通

　　隨著便攜設(shè)備的功能和數(shù)據(jù)容量的提升,，使用者也開始希望其能與其他便攜式與非便攜設(shè)備共享信息，但是掌上型設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入及顯示較為不易,。因為體積小,，便攜設(shè)備通常沒有實用的接口，只有一個小屏幕和有限的按鍵,。

　　便攜設(shè)備存在的另一個問題是“需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量”,。以一臺數(shù)碼相機(jī)為例,，其存儲容量可高達(dá)數(shù)百兆。此外,，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞揭灿泻芏?，手機(jī)用戶可能會想將手機(jī)連接到PC，下載原先儲存的信息;有時需要和其他手機(jī)聯(lián)機(jī),，互傳電話號碼;或者需要和數(shù)碼相機(jī)聯(lián)機(jī)，上傳所拍攝的照片;當(dāng)然有時還必須連接到PDA并使用其無線網(wǎng)絡(luò)功能,。

　　無奈手機(jī)等便攜設(shè)備體積太小,，沒有空間為各種連機(jī)類型提供專屬的接頭，而且便攜設(shè)備的市場對成本相當(dāng)敏感,，想要提供這么多的接頭,，會導(dǎo)致成本過高。由此看來,，我們需要一種便宜,、普及、使用容易,、傳輸速率高的聯(lián)機(jī)方式,，使各種不同的電子設(shè)備能夠彼此通信并傳輸數(shù)據(jù)?！　?/p>

　　標(biāo)準(zhǔn)的USB連機(jī)需要一個主端(host),，這個主端通常是PC。如果想把儲存在某個外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€外圍設(shè)備,，唯一的方法是通過主端來中介傳輸,，如圖1所示。例如,，想要將數(shù)碼相機(jī)的照片打印出來,，必須先將照片上傳到主端，再從主端傳送到打印機(jī),。為什么不在便攜設(shè)備里加入主端功能呢?

　　USB是一種主從架構(gòu)的通信協(xié)議,，原先是給一個主端搭配多個外圍設(shè)備的應(yīng)用方式設(shè)計的，因此USB連機(jī)的操控管理,，多半是仰賴主端,。如果要將整套USB規(guī)格的主端控管邏輯全部建構(gòu)在一個便攜設(shè)備中，對于著重功能簡便的便攜設(shè)備而言,，會造成很大的負(fù)擔(dān),。而且USB傳輸線具有方向性，插入主端的接頭和插入外圍設(shè)備的接頭并不相同,。

　　以便攜設(shè)備而言,，有時候必須擔(dān)任主端的角色,，例如，數(shù)碼相機(jī)傳送照片給打印機(jī);而有時候則必須擔(dān)任外圍設(shè)備的角色,，例如,，數(shù)碼相機(jī)將照片上傳至PC，如圖2所示,。雖然USB的專用接頭體積不大,，但如果要建構(gòu)于小巧的便攜設(shè)備之中，可能還是過于龐大,。USB架構(gòu)認(rèn)定主端具備充足的電源,，可為聯(lián)機(jī)的外圍設(shè)備提供電力，有些設(shè)備甚至全部的電力都是來自USB總線的,。這樣的供電架構(gòu),，對于一些電力有限的小型便攜設(shè)備而言，會造成難以承受的負(fù)擔(dān),。USB OTG補(bǔ)充規(guī)格中最重要的改變就是擴(kuò)充了原先的USB協(xié)議,，提供更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?font class="f14">電源管理功能，并允許電子設(shè)備擔(dān)任主端角色或外圍角色,。

圖2 USB OTG的連接架構(gòu)

　　雙重角色設(shè)備

　　“雙重角色設(shè)備(Dual-Role Device)”既可擔(dān)任主端角色,、亦可擔(dān)任外圍的電子設(shè)備角色。除了要符合USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的所有要求之外,，“雙重角色設(shè)備”還必須提供有限的主端功能,，并支持“事務(wù)請求協(xié)議(SRP)”以及“主端協(xié)商協(xié)議(HNP)”，而且應(yīng)具備單一Mini-AB插槽,。此外,，這種設(shè)備必須能傳送信息給使用者。當(dāng)“雙重角色設(shè)備”處于主端模式運作時,，VBUS只需要供應(yīng)8mA的電流,，這個規(guī)格有別于標(biāo)準(zhǔn)USB主端的100mA或500mA要求。

　　主端協(xié)商協(xié)議

　　當(dāng)“雙重角色設(shè)備”連接了一個Mini-A或Mini-B插頭時,，它相應(yīng)的便以O(shè)TG主機(jī)或外設(shè)的默認(rèn)方式工作,。A設(shè)備為默認(rèn)主端，所以由它提供VBUS電源,，且在檢測到有設(shè)備接入時復(fù)位總線,、列舉并配置B設(shè)備。

　　A設(shè)備在完成對B設(shè)備的使用后,，可以通過查詢B設(shè)備的OTG性能描述符來判斷是否支持HNP(即是否為“雙重角色設(shè)備”),。如支持HNP，B設(shè)備將返回有效的OTG性能描述符,，A設(shè)備則產(chǎn)生一個Set_feature命令(即HNP_Enable)來通知B設(shè)備可以在總線掛起的時候以主端方式工作,，隨后A設(shè)備掛起總線,。

　　B設(shè)備通過上拉電阻(全速時)或者下拉電阻(高速時)拉低D+(數(shù)據(jù)線上拉電阻)以示連接斷開。隨后,，作為對B設(shè)備斷開的響應(yīng),，A設(shè)備使能它的數(shù)據(jù)線并開始以從端方式工作。完成這些轉(zhuǎn)換后,，B設(shè)備和A設(shè)備便各自以主機(jī)角色和外設(shè)角色使用總線,。如果該B設(shè)備屬于“雙重角色設(shè)備”且A設(shè)備不再使用它了，A設(shè)備便重發(fā)Set_feature命令并掛起總線,。若B設(shè)備申請角色轉(zhuǎn)換時出錯,，A設(shè)備則拉低VBUS以結(jié)束該事務(wù)。當(dāng)B設(shè)備正常結(jié)束傳輸事務(wù)時便掛起VBUS使能其上拉電阻,，重新以從端方式運行,。A設(shè)備檢測到總線掛起后,，發(fā)出一個連接斷開信號并重新以主機(jī)方式工作,。

　　事務(wù)請求協(xié)議

　　在以往的USB系統(tǒng)運行過程中,主機(jī)提供5V的電源和不低于100mA的總線電流。當(dāng)OTG主機(jī)(指以主機(jī)方式工作的兩用OTG設(shè)備,又稱A設(shè)備)連接到有線電源時這種方法是適用的,，但像手機(jī)這樣的自供電移動設(shè)備則不能承受如此大的電能浪費,。為了節(jié)約電源延長電池的使用壽命,當(dāng)總線上沒有活動時，OTG主機(jī)將掛起總線電源VBUS,。SRP可使OTG從端(指外設(shè)式設(shè)備或者以外設(shè)方式工作的“雙重角色設(shè)備”,，又稱B設(shè)備)請求設(shè)備重新使能VBUS，而后A設(shè)備使用HNP交換兩個設(shè)備的工作方式,，這兩步完成后由新的OTG主機(jī)開始事務(wù)傳輸,。B設(shè)備可在前一事務(wù)結(jié)束2ms后的任意時間開始SRP。

　　B設(shè)備將先后執(zhí)行數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制和VBUS脈沖調(diào)制,，分別通過使能數(shù)據(jù)線上拉電阻(全速和高速設(shè)備為D+,低速設(shè)備為D-)5～10ms和驅(qū)動VBUS實現(xiàn),。VBUS必須要有足夠長的時間對其電容充電,這個時間應(yīng)能保證不大于13μF的電容充電至2.1V(OTG設(shè)備的電容是6.5μF或更小),從而不會對標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)的96μF或更大的電容充電至2.0V。該限制保證了從B設(shè)備引來的VBUS電流不會破壞標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)的端口,。

　　A設(shè)備檢測到數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制或者VBUS脈沖調(diào)制后,，首先復(fù)位總線,然后發(fā)送Set_feature命令而先不進(jìn)行設(shè)備的枚舉,此時B設(shè)備尚處在默認(rèn)的從端狀態(tài)。如果Set_feature命令成功執(zhí)行,說明B設(shè)備為兩用OTG設(shè)備,A設(shè)備(使用HNP協(xié)議)掛起VBUS準(zhǔn)備讓B設(shè)備交換為主機(jī)方式接管總線,。如果Set_feature命令執(zhí)行失敗,，說明B設(shè)備為外設(shè)式OTG設(shè)備，于是A設(shè)備使能VBUS準(zhǔn)備開始一個傳輸事務(wù)(此時,，A設(shè)備只是被喚醒,，并未改變工作方式)。當(dāng)A設(shè)備認(rèn)為總線上沒有傳輸需要時,，掛起VBUS以結(jié)束該事務(wù),。這種A設(shè)備自動檢測B設(shè)備是否支持HNP的特征稱為“No Silent Failure”,。

　　USB得以成功的其中一項秘訣在于完善的認(rèn)證測試程序。這道程序能檢測設(shè)備是否符合規(guī)范且能否與其他USB設(shè)備共同運作,，唯有通過認(rèn)證測試的設(shè)備才能貼上USB的認(rèn)可標(biāo)簽,。目前，認(rèn)證測試有兩種途徑,，可通過USB Compliance Workshop(Plugfests)或個別的測試實驗室進(jìn)行測試,。以上兩種方式都能將通過檢測的設(shè)備列入符合規(guī)范USB設(shè)備的整合廠商名單中。

　　USB OTG 評估板測試

　　1 USB EHCI 主端控制器測試

　　每個設(shè)備應(yīng)該能響應(yīng)USB規(guī)范所定義的控制請求,。主端應(yīng)該能利用主端控制器經(jīng)USB纜線送出控制需求到USB設(shè)備,。

圖3 EHCI 主端控制器測試架構(gòu)

　　測試方法如下：USB測試Class驅(qū)動呼叫由USB IP核提供更高層的API，經(jīng)USB子系統(tǒng)送出需求到USB設(shè)備,。接著, 主端經(jīng)控制端點(Endpoint)接受控制IN/OUT,，然后解析/獲得回應(yīng)數(shù)據(jù)/狀況用以核對其正確性。此外, 每個USB設(shè)備應(yīng)該包含幾個必需的描述符并依靠所接受的Get_Descriptor需求的內(nèi)容來回應(yīng)這些描述符,。圖3中PC安裝Windows 2000或是Windows XP,，利用ARM ADS1.2的AxD調(diào)試器，F(xiàn)A5 CPU的ICE一端連接PC的打印機(jī)口或是USB口,，另一端連接開發(fā)板,，開發(fā)板的另一端則是各種USB設(shè)備，如USB集線器,、攝像頭,、鼠標(biāo)、鍵盤和U盤,。

圖4 互測SNP和HNP的連接架構(gòu)

　　2 OTG 測試

　　利用兩臺USB OTG開發(fā)板互測SNP和HNP的連接架構(gòu)如圖4所示,。

圖5 大量存儲的應(yīng)用測試

　　應(yīng)用測試

　　如圖5所示，設(shè)計一個SD卡主端應(yīng)用來做演示, SD卡的大量存儲用以測試FOTG200功能,。FOTG200是智原的USB 2.0 OTG控制器, 能作為一個雙重角色,。作為主設(shè)備，它包含一個USB主端制器,，能支援所有速度的事務(wù),。無須軟件干涉的情形下，主端制器能處理一個基于事務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以減去主控CPU的負(fù)擔(dān),，自動地在USB總線上轉(zhuǎn)送和接收數(shù)據(jù),。作為從設(shè)備，每個端點,，除了端點0,，都承擔(dān)可編程的HS/FS傳輸類型提供彈性以適應(yīng)各式各樣的應(yīng)用。

　　在這個應(yīng)用上, USB子系統(tǒng)由USB IP核,、EHCI HCD控制器,、USB大量存儲Class驅(qū)動,、文件系統(tǒng)和SD卡設(shè)備驅(qū)動所組成。因此,主端設(shè)備能夠讀/寫文檔到SD卡(外部設(shè)備),。順便也能驗證大量存儲Class驅(qū)動和Bulk IN/OUT傳輸?shù)墓δ堋?/p>