大家都知道自從1996年USB傳輸協(xié)議的誕生，并以其優(yōu)勢(shì)很快的風(fēng)靡了所有計(jì)算機(jī)外設(shè)以及數(shù)碼設(shè)備，大家都知道USB設(shè)備分為HOST（主設(shè)備）和SLAVE（從設(shè)備），只有當(dāng)一臺(tái)HOST于一臺(tái)SLAVE連接時(shí)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，OTG設(shè)備就是是我們的“EX”既能充當(dāng)HOST，亦能充當(dāng)SLAVE。自1996年USB1.0規(guī)范以后，USB-IF（Universal Serial Bus Implementers Forums）又陸續(xù)公布了  USB OTG1.0 、USB2.0和 USB OTG等幾個(gè)規(guī)范，其中USB2.0的傳輸帶寬達(dá)到480Mbps，而USB OTG更使USB裝置擺脫了原來(lái)主從架構(gòu)的限制，實(shí)現(xiàn)了端對(duì)端的傳輸模式，隨著USB規(guī)范的不斷完善，USB的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了拓展。USB誕生的初衷是簡(jiǎn)化電腦和其外設(shè)的連接，早是用在鍵盤(pán)和鼠標(biāo)上，而現(xiàn)在，USB的應(yīng)用已經(jīng)從PC外設(shè)跨越到了消費(fèi)電子產(chǎn)品和通信電子產(chǎn)品領(lǐng)域，顯著的應(yīng)用是在數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品上。

　　1 TUSB6020的特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　1.1 TUSB6020特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　TUSB6020采用5×5mm封裝，符合USBG2.0 OTG規(guī)范，具有以下關(guān)鍵特性：

　　SRP和主機(jī)流通協(xié)議HNP。

　　提供多種工作速率，包括 1.5Mbps低速率、12Mbps全速率和 480Mbps高速率。

　　VBUS短路的保護(hù)電路。

　　片上集成可切換的上拉和下拉電阻。

　　片上鎖相環(huán)可降低高速時(shí)鐘噪聲。

　　電源耗電量小于100mW。

　　圖1為T(mén)USB6020的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。TUSB6020主要模塊有USB 2.0 PHY模塊、電源/復(fù)位/時(shí)鐘控制模塊（PRCM）、USB2.0 OTG控制模塊及VLYNQ外部主機(jī)接口模塊等。

　　1.2 TUSB6020工作原理

　　TUSB6020工作狀態(tài)分為復(fù)位狀態(tài)、空閑狀態(tài)和正常工作狀態(tài)。在空閑狀態(tài)下，USB2.0 PHY掛起；正常工作狀態(tài)下，使能USB2.0 PHY，從而使能VBUS檢測(cè)電路和ID檢測(cè)電路。不妨設(shè)TUSB6020為OTG主機(jī)設(shè)備（A設(shè)備），對(duì)方USB設(shè)備作為OTG從機(jī)設(shè)備（B設(shè)備），分析對(duì)話請(qǐng)求協(xié)議SRP和主機(jī)通信協(xié)議HNP的工作過(guò)程。

　　USB OTG是USB On-The-Go的縮寫(xiě)，是近年發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，2001年12月18日由USB Implementers Forum公布，主要應(yīng)用于各種不同的設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備間的聯(lián)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。特別是PDA、移動(dòng)電話、消費(fèi)類(lèi)設(shè)備。改變?nèi)鐢?shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備間多種不同制式連接器，多達(dá)7種制式的存儲(chǔ)卡間數(shù)據(jù)交換的不便。USB技術(shù)的發(fā)展，使得PC和周邊設(shè)備能夠通過(guò)簡(jiǎn)單方式、適度的制造成本將各種設(shè)備連接在一起，上述我們提到應(yīng)用，都可以通過(guò)USB總線，作為PC的周邊，在PC的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　B設(shè)備向A設(shè)備發(fā)起SRP會(huì)話的條件是：（1）VBUS跌落到會(huì)話有效閥值0.8V以下；（2）DM/DP維持低電平SEO狀態(tài)至少2ms。之后，B設(shè)備開(kāi)始發(fā)起SRP請(qǐng)求，如圖2所示。

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　　工作步驟如下：（1）B設(shè)備將上拉電阻接入 DM/DP并持續(xù)5-10ms；（2）B設(shè)備驅(qū)動(dòng) VBUS足夠長(zhǎng)的一段時(shí)間直到 VBUS大于會(huì)話有效閥值0.8V；（3）A設(shè)備檢測(cè)到 DM/DP或 VBUS升高，開(kāi)啟 VBUS電源給 B設(shè)備供電；（4）A設(shè)備復(fù)位總線對(duì) B設(shè)備進(jìn)行枚舉配置，開(kāi)始傳輸任務(wù)。

　　HNP協(xié)議用來(lái)控制A、B兩設(shè)備主從角色的轉(zhuǎn)換。A設(shè)備查詢B設(shè)備的OTG性能描述符，以判斷B設(shè)備是否為OTG設(shè)備，若B設(shè)備為OTG設(shè)備，返回有效的性能描述符，A設(shè)備向B設(shè)備發(fā)送Set feature命令，然后掛起總線，等待B設(shè)備的HNP請(qǐng)求。如圖3所示。

　　工作流程可以歸納為：（1）A設(shè)備掛起總線，DM/DP為高電平；（2）B設(shè)備收到Set feature命令，在總線掛起后斷開(kāi)它的DM/DP上拉電阻，將總線釋放到SEO狀態(tài)；（3）A設(shè)備檢測(cè)到SEO狀態(tài)后響應(yīng)，連接它的DM/DP上拉電阻；（4）B設(shè)備在檢測(cè)到DM/DP變高后，開(kāi)始以主機(jī)方式工作，B設(shè)備復(fù)位總線，開(kāi)始使用總線；（5）B設(shè)備使用完總線后，停止總線活動(dòng)掛起總線，DM/DP再次變?yōu)楦唠娖?；?）A設(shè)備檢測(cè)到總線空閑后，斷開(kāi)DM/DP上拉電阻；（7）B設(shè)備檢測(cè)DM/DP變低后，連接DM/DP上拉電阻；（8）A設(shè)備等待DM/DP變高后，表明B設(shè)備已準(zhǔn)備回到從機(jī)狀態(tài)，A設(shè)備從新成為主機(jī)復(fù)位總線，開(kāi)始使用總線。

　　2 “達(dá)芬奇”處理器 TMS320DM6437與 TUSB6020的接口設(shè)計(jì)

　　TMS320DM6437是TI（德州儀器）針對(duì)數(shù)字視頻領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的支持達(dá)芬奇技術(shù)的單核DSP處理器，低廉的開(kāi)發(fā)套件與芯片價(jià)格使其主要而向低成本應(yīng)用場(chǎng)介。它具備C64x+內(nèi)核。所配備的視頻處理子系統(tǒng)（VPSS）極大的支持了前端預(yù)處理與后端顯示，減軒DSP核負(fù)擔(dān)，配備的10/100M EMAC,減少外圍電路，使硬件小型化成為可能。

　　2.1 硬件設(shè)計(jì)

　　TUSB6020與 TMS320DM6437硬件連接的電路圖如圖 4所示。

　　TUSB6020的DM/DP、ID和VBUS引腳與USBmicroAB連接器相連，建立與對(duì)方 USB設(shè)備的物理連接，其中 VBUS 5V電壓由 VBUS電源開(kāi)關(guān)提供，CPEN連接至它 EN引腳用以提供電源開(kāi)關(guān)使能信號(hào)。雙電源調(diào)節(jié)器向 TUSB6020提供 3.3V和 1.5V的數(shù)字、模擬電壓。

　　VLYNQ接口引腳詳細(xì)描述如下：（1）TUSB6020的 VLYNQ CLK接外部時(shí)鐘，VLYNQ控制寄存器中的 CLKDIR比特位設(shè)置為 1，VLYNQ接口時(shí)鐘由 DM6437系統(tǒng)時(shí)鐘提供。（2）VLYNQ SCRUN為 VLYNQ時(shí)鐘運(yùn)行請(qǐng)求引腳，低電平表示允許 VLYNQ時(shí)鐘運(yùn)行，高電平表示傳輸事務(wù)結(jié)束，VLYNQ時(shí)鐘運(yùn)行停止。（3）TMS320DM6437寫(xiě)操作時(shí)，將數(shù)據(jù)壓縮、地址編譯，經(jīng)串行編碼后由 VLYNQTXD[0:3]發(fā)出，TUSB6020將數(shù)據(jù)進(jìn)行串行解碼和解壓縮后讀取地址，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定寄存器。（4）TMS320DM6437讀操作時(shí)，TUSB6020收到請(qǐng)求后，將數(shù)據(jù)壓縮和串行編碼后由 VLYNQ TXD發(fā)往TMS320DM6437。（5）VLYNQ接口的數(shù)據(jù)收發(fā)與VLYNQ串行時(shí)鐘同步。

　　2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　2.2.1 TMS320DM6437和TUSB6020底層通信的實(shí)現(xiàn)

　　TMS320DM6437和TUSB6020底層通信是整個(gè)USB體系軟件的根基，包括了DM6437對(duì)TUSB6020的讀、寫(xiě)、設(shè)定地址等操作，主要通過(guò) DM6437訪問(wèn) TUSB6020的控制寄存器來(lái)完成。下面是寫(xiě)TUSB6020控制寄存器的部分程序代碼。

　　void TUSB6020_Write_Reg（Uint32*OTG_base_addr，Uint32 offset，Uint8 size，Uint32 data）

　　{

　　Uint32 tmp_addr=0;

　　Uint16 tmp_data=0;

　　…

　　{…

　　case 16:

　　tmp_addr=*OTG_base_addr;

　　tmp_addr=tmp_addr+offset;

　　tmp_data=（Uint16）data;

　?。?（volatile Uint16*）tmp_addr）=data;

　　break;

　　…/*Todo Print Error Message*/

　　break;

　　}

　　}

　　2.2.2 TUSB6020驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　TUSB6020 是一種小型解決方案，采用業(yè)界 5 毫米 x 5 毫米封裝，可滿足占用空間有限的產(chǎn)品要求。該產(chǎn)品通過(guò)相關(guān)，符合 USB 實(shí)施人員論壇 （USB Implementer’s Forum） 的 USB 2.0 OTG 規(guī)范要求，從而有助于確保與其他 USB 設(shè)備間的互操作性。其集成的 USB 2.0 PHY 為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性提供了多種單端口工作速率，其中包括 1.5 Mbps 低速、12 Mbps 全速以及 480 Mbps 高速工作。VLYNQ?串行接口允許其無(wú)縫接口至各種支持 VLYNQ 功能的應(yīng)用處理器，而無(wú)需加載 GPMC 或EMIF 端口。

　　圖 5為 DSP/BIOS外設(shè)驅(qū)動(dòng)模型。TI公司的DSP／BIOS外設(shè)驅(qū)動(dòng)模型分為兩層三類(lèi)，即：類(lèi)驅(qū)動(dòng)層和微型驅(qū)動(dòng)層，PIP/PI0類(lèi)、SIO／DIO類(lèi)和 GI0類(lèi)，結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

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　　PIO模型具有良好的緩沖器分配回收機(jī)制，適合描述視頻設(shè)備，SIO模型支持更底層的通信，適合設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，GIO模型設(shè)計(jì)的目的就是針對(duì)特殊硬件的新型設(shè)備。

　　GIO模型在提供必要的同步讀／寫(xiě)API函數(shù)及其擴(kuò)展函數(shù)的同時(shí)，將代碼和使用數(shù)據(jù)緩存的大小盡量簡(jiǎn)化，應(yīng)用程序可以調(diào)用 GIO的 API函數(shù)直接與微型驅(qū)動(dòng)的 IOM交換數(shù)據(jù)。當(dāng)調(diào)用GIO_create創(chuàng)建 TUSB6020的通道實(shí)例時(shí)，GIO在通道實(shí)例中增加I／O請(qǐng)求狀態(tài)結(jié)構(gòu)、IOM數(shù)據(jù)包（TUSB6020_USB_Packets）及一個(gè) GIO數(shù)據(jù)對(duì)象。

　　微型驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建規(guī)定的函數(shù)，應(yīng)用程序通過(guò) GIO類(lèi)驅(qū)動(dòng)調(diào)用，這些函數(shù)將放入TUSB6020_USB_fxns中的相應(yīng)位置，供應(yīng)用程序通過(guò) GIO類(lèi)驅(qū)動(dòng)調(diào)用。TMS320DM6437初始化時(shí)調(diào)用已注冊(cè)到微型驅(qū)動(dòng)中的 mdBindDev綁定通道函數(shù)。mdBindDev函數(shù)實(shí)現(xiàn)下列功能：根據(jù)配置的 TUSB6020設(shè)備參數(shù)初始化 TUSB6020設(shè)備，掛入中斷服務(wù)函數(shù)，獲得緩存、DMA等資源；與其對(duì)應(yīng)的 mdUnBindDev綁定通道解除函數(shù)使 TUSB6020設(shè)備處于無(wú)效狀態(tài)，不能再使用；mdCreateChan通道創(chuàng)建函數(shù)為應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序建立通信通道，并給通道對(duì)象設(shè)置初始值，為通道申請(qǐng)緩沖區(qū)；mdSubmitChan I/O請(qǐng)求發(fā)送函數(shù)負(fù)責(zé)管理緩沖區(qū)，處理 TUSB6020_USB_Packet包中的命令字段；mdControlChan設(shè)備控制函數(shù)用來(lái)操作 TUSB6020設(shè)備，完成 OTG角色轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。

　　3 小結(jié)

　　TUSB6020節(jié)省芯片資源，功耗低，架構(gòu)簡(jiǎn)潔，接口靈活，兼容性好。本文介紹了TUSB6020的功能特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和TUSB6020的工作原理，分析了TUSB6020與外部主機(jī)的連接方式，提出了一種TMS320DM6437與TUSB6020的USB OTG接口設(shè)計(jì)方案。該接口設(shè)計(jì)可以廣泛應(yīng)用于各種便攜式、嵌入式系統(tǒng)中，從而可靠便捷地實(shí)現(xiàn)USB OTG功能。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：提出了TUSB6020與TMS320DM6437的USB OTG設(shè)計(jì)方案，硬件設(shè)計(jì)有效利用了VLYNQ接口，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷靈活，為USB OTG的接口設(shè)計(jì)提供了一種新的參考，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]. SRP datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/SRP_1144728.html.
[2]. SIO datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/SIO_2032367.html.