高速USB OTG--便攜設(shè)備絕佳的互連解決方案
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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)。
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圖1 標(biāo)準(zhǔn)的USB連接架構(gòu) |
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)碾娫垂芾砉δ?，并允許電子設(shè)備擔(dān)任主端角色或外圍角色。
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圖2 USB OTG的連接架構(gòu) |
“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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(fèi)。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。
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