基于TD1120 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中USB OTG方案

移動設(shè)備和嵌入式市場的爆炸性增長促進(jìn)了通過公共標(biāo)準(zhǔn)接口在不同設(shè)備之間進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)共享需求的增長。通用串行接口(USB)的廣泛應(yīng)用穩(wěn)固了其作為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)接口的地位，已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)I/O連接的事實標(biāo)準(zhǔn)。USB的成功和流行歸功于其具有熱拔插和即插即用的易用性能。USB從最初引入到PC，到目前已經(jīng)迅速擴(kuò)展到非PC的應(yīng)用，包括移動嵌入式系統(tǒng)。今天嵌入式系統(tǒng)生產(chǎn)商的問題已經(jīng)不是在產(chǎn)品中實現(xiàn)USB，而是如何最佳地將USB性能集成到他的產(chǎn)品中去，以大大地提升產(chǎn)品的連接性能。

在嵌入式應(yīng)用中實現(xiàn)USB并不那么簡單，與PC系統(tǒng)相比，設(shè)計工程師將面臨很多挑戰(zhàn)和局限性。如果USB實現(xiàn)的規(guī)劃很好，將簡化并加快把USB集成到終端產(chǎn)品的工作。這其中涉及到關(guān)于根據(jù)終端產(chǎn)品的USB應(yīng)用情況進(jìn)行的系統(tǒng)層面決策，產(chǎn)品特性和性能要求的權(quán)衡的不同將影響到USB功能性的恰當(dāng)實現(xiàn)。

◆ USB2.0與OTG
USB2.0規(guī)范是USB1.1的演進(jìn)，采用一個高速接口使系統(tǒng)生產(chǎn)商能推出具有相同易用連接優(yōu)點的高性能產(chǎn)品。USB2.0支持高達(dá)480Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸，并且與USB1.1規(guī)范后向兼容，而后者僅支持全速的12Mbps和低速的1.5Mbps。

USBOTG是USB2.0規(guī)范的補(bǔ)充，結(jié)合了對移動應(yīng)用友好的新特性，包括低功耗、更小的USB接頭以及在相同的USB端口上增加了雙重角色的功能(作為主機(jī)和外設(shè)的功能)。OTG通過在沒有計算機(jī)的情況下，相互之間對等連接使傳統(tǒng)的只能作為USB外設(shè)的移動產(chǎn)品的性能和連接性得到擴(kuò)展。

圖1：USB軟件與操作系統(tǒng)的上層關(guān)系圖。

◆ OTG控制器
TD1120是TransDimension公司提供的第三代OTG控制器，并針對便攜式媒體播放器(PMP)、智能電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式視頻錄像機(jī)(PVR)、數(shù)字相冊和多功能打印機(jī)等進(jìn)行了優(yōu)化。TD1120使得這些產(chǎn)品能擴(kuò)展其應(yīng)用，既可以當(dāng)作全速USB主機(jī)操作或高速外設(shè)，又能同時執(zhí)行兩種功能。

數(shù)據(jù)內(nèi)容量的增加和要求高帶寬的應(yīng)用(例如大數(shù)據(jù)文件的傳輸)推動了高速外設(shè)連接需求。TD1120能實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，減少像連接到PC這樣的USB主機(jī)時大數(shù)據(jù)內(nèi)容(圖形文件)的傳輸時間。當(dāng)在主機(jī)模式時，TD1120使系統(tǒng)能連接到更寬范圍的USB外設(shè)，例如大容量存儲設(shè)備(U盤)、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)以及數(shù)碼相機(jī)。在全速下功耗較低，能延長系統(tǒng)電池壽命。

對于多功能打印機(jī)，TD1120提供了一種將打印機(jī)升級到具有USB主機(jī)功能和外設(shè)連接特性的一種具有成本效益的方法。高速USB外設(shè)控制器提供從打印機(jī)到PC的連接，同時全速主機(jī)控制器能支持PictBridge功能，這樣用戶就可以將數(shù)碼相機(jī)連接到具有PictBridge的打印機(jī)，實現(xiàn)照片直接打印。

PC環(huán)境通常具有高性能的CPU，這個CPU具有充足的存儲器、功率預(yù)算以及PCB空間。然而，在嵌入式應(yīng)用中，由于產(chǎn)品設(shè)計的要求，這些資源是非常有限的。要恰當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)USB功能特性，需要認(rèn)真的產(chǎn)品規(guī)劃和系統(tǒng)層面的考慮，這需要從USB應(yīng)用、特性和性能要求以及權(quán)衡這些選擇對嵌入式處理器、操作系統(tǒng)(OS)和USB軟件堆棧的影響的判斷能力。

相對于需要分別用來支持高速外設(shè)和全速主機(jī)功能兩個USB控制器的雙芯片實現(xiàn)來說，TD1120提供USB設(shè)計靈活性、低功耗、大大節(jié)省PCB空間并縮短系統(tǒng)開發(fā)周期的方案，這些都是工程師的主要關(guān)注的，這些好處同樣也轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)成本的節(jié)省、加快客戶產(chǎn)品面市時間。

TD1120允許多端口配置、同時的主機(jī)和外設(shè)操作以及靈活的操作模式。支持以下端口配置：雙端口，一個OTG端口加標(biāo)準(zhǔn)的全速主機(jī)端口；三端口，兩個全速主機(jī)端口和一個高速外設(shè)端口。Mini-AB插座用來作為OTG端口(OTG端口具有雙重角色功能)。OTG端口可以配制成主機(jī)端口或外設(shè)端口，取決于插入Mini-A或Mini-B插頭時所檢測到的ID管腳。如果插入的是Mini-A插頭(ID管腳短路)，端口配置為主機(jī)，當(dāng)Mini-B插頭插入(ID管腳浮置)，則端口配置為外設(shè)。