OTG 检测的原理是:
USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上,增添了 电源管理(节省功耗)功能,它允许设备既可作为主机,也可作为外设操作(两用OTG)。USB OTG技术可实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如:数码相机可以直接与打印机连接并打印照片, 手机与手机之间可以直接传送数据等,从而拓展了USB技术的应用范围。 在OTG中,初始主机设备称为A设备,外设称为B设备。也就是说,手机既可以做外设,又可以做主机来传送数据,可用电缆的连接方式来决定初始角色(由ID线的状态来决定)。
USB OTG接口中有5条线:
2条用来传送数据(D+ 、D-);
1条是电源线(VBUS);
1条则是接地线(GND)、
1条是ID线。ID线---以用于识别不同的电缆端点,mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地,mini-B插头(即B外设)中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时,表示默认的是A设备(主机),而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。
只有而言支持USB OTG的设备(即可以做USB Host有可以做Slave的设备),USB_ID信号才有意义。
当设备检测到USB_ID信号为低时,表该设备应作为Host(主机,也称A设备)用。
当设备检测到USB_ID信号为高时,表示该设备作为Slave(外设,也称B设备)用。
实际的USB连接线中,是没有USB_ID这根线的。 都是在接口部分直接拉死的的。
对于Host端,只需将连接线的USB_ID pin和地短接即可,
对于Slave端,USB连接线的USB_ID pin是悬空的。(设备内部上拉)。
USB OTG的工作原理
OTG补充规范对USB 2.0的最重要的扩展是,其更具节能性的电源管理和允许设备以主机和外设两种形式工作。OTG有两种设备类型:两用OTG设备(Dualrole device)和外设式OTG设备(Peripheralonly OTG device) 。两用OTG设备完全符合USB 2.0规范,同时,他还要提供有限的主机能力和一个 MiniAB插座、支持主机流通协议(Host Negotiatio n Protocol,HNP),并和外设式OTG设备一样支持事务请求协议 (Session Request Protocol, SRP)。当作为主机工作时,两用OTG设备可在总线上提供8 mA的电流,而以往标准主机则需要提供100~500 mA的电流。
2个两用OTG设备连接在一起时可交替以主机和从机的方式工作,这个特点兼容了现有USB 规范主机/外设的结构模型。OTG主机负责初始化数据 通信的任务,比如:总线复位、获取USB 各种描述符和配置设备。这些配置完成后,2个OTG设备便可以分别以主机和从机方式传输信息,2个设备主从角色交换的过程由主机传输协议(HNP)定义。
下面从5个方面说明OTG的工作原理。
1.1主机(Adevice)和从机(Bdevice)的初始功能
设备的初始功能是通过定义连接器来实现的。OTG定义了一个 叫做MiniAB的袖珍插孔,他能直接接入MiniA或者MiniB插口,MiniAB有一个ID引脚上拉至电源端,MiniA插头有一个与地连接好的 ID(R<10 Ω),Mini B插头有一个与地连接的开路ID引脚(R>100 kΩ)。当2个OTG设备连接到一起的时 候 ,MiniA插头边的ID引脚会注入一个"0"状态,MiniB插头边的ID引脚为 "1",ID为0的OTG设备默认为主机 (Adevice),ID为1的OTG设备默认为从机(B device)。
1.2 对话请求协议SRP(Session Request Protocol)
这个协议允许Adevice(可以是电池供电)在总线未使用 时通过切断Vbus来节省电源消耗,也为Bdevice启动总线活动提供了一种方法。任何一个Adevice, 包括PC或便携式电脑,都可以响应 SRP;任何一个Bdevice,包括一个标准USB外设, 都可以启动SRP;要求一个双重功能设备既能启动SRP,又能响应SRP。
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。SRP协议可使OTG从机(指外设式设备或者以外设方 式工作的两用设备,又称Bdevice,此处指后者)请求A-device重新使能VBUS,而后A-device使用HNP协议交换两个设备的工作方式,这两步完成后由新的OTG主机开始事务传输。B-device可在前一事务结束2ms后的任意时间开始SRP,SRP的时序波形见图形1。
B-device将先后执行数据线脉冲调制(data-line pul-sing)和VBUS脉冲调制(VBUS pulsing) 。它通过使能数据线上拉电阻(全速和高速设备为D+,低速设备为D-)5~10ms实现前者,后者通过驱动VBUS实现。
VBUS必须要有足够长的时间对 其电容充电,这个时间应能保证不大于13μF的电容充电至2.1V(OTG设备的电容是6.5μF或更小),从而不会对标准主机的96μF或更高的电容充 电至2.0V。该限制保证了从Bdevice引来的VBUS电流不会破坏标准主机的端口。
A-device检测到数据线脉冲调制或者VBUS脉冲调制后,首先复位总线,然后发送 Set_feature命令而先不进行设备的枚举,此时B-device尚处在默认的从机状态。如果Set_feature命令成功执行,说明B- device为两用OTG设备,A-device(使用HNP协议)挂起VBUS准备让B-device交换为主机方式接管总线。如果 Set_feature命令执行失败,说明B-device为外设式OTG设备,于是A-device使能VBUS准备开始一个传输事务(此时,A- device只是被唤醒,并未改变工作方式)。当Adevice认为总线上没有传输需要时,挂起VBUS以结束该事务。这种A-device自动检测 B-device是否支持HNP协议的特征称为"No Silent Failure"。
1.3 主机流通协议HNP(Host Negotiation Protocol)
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。
A-device在完成对B-device的使用后,可以通过查询B-device的 OTG性能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性能描述符,Adevice则产生一个Set_feature命令(即HNP_Enable)来通知B-device可以在总线挂起的时候以主机方式工作,随后A-device挂起总线。
B-device通过上拉电阻(全速时)或者下拉电阻(高速时)拉低D+以示连接断开。随 后,作为对Bdevice断开的响应,A-device使能它的数据线并开始以从机方式工作。完成这些转换后,B-device和Adevice便各自以主机角色和外设角色使用总线。如果该B-device属于两用OTG设备且A-device不再使用它了,A-device便重发 Set_feature命令并挂起总线。若B-device申请角色转换时出错,A-device则拉低VBUS以结束该事务。当B-device正常结 束传输事务时便挂起VBUS使能其上拉电阻,重新以从机方式运行。A-device检测到总线挂起后,发出一个连接断开信号并重新以主机方式工作。
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、八举并配置B-device。
A-device在完成对B-device的使用后,可以通过查询B-device的OTG 性能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性能描述符,A-device则产生一个Set_feature命令(即HNP_Enable)来通知B-device可以在总线挂起的时候以主机方式工作,随后Adevice挂起总线。 HNP的时序波形见图2。
B-device通过上拉电阻(全速时)或者下拉电阻(高速时)拉低D+以示连接断开。随 后,作为对B-device断开的响应,A-device使能它的数据线并开始以从机方式工作。完成这些转换后,B-device和A-device便各自以主机角色和外设角色使用总线。如果该B-device属于两用OTG设备且A-device不再使用它了,Adevice便重发 Set_feature命令并挂起总线。若B-device申请角色转换时出错,A-device则拉低VBUS以结束该事务。当B-device正常结 束传输事务时便挂起VBUS使能其上拉电阻,重新以从机方式运行。Adevice检测到总线挂起后,发出一个连接断开信号并重新以主机方式工作。
HNP是一种用来实现Adevice和Bdevice主机/从机转换的协议(实际上是电缆的反转)。
主/从机功能交换的结果表现在下列过程中:
(1)利用上拉电阻来发送信号给从机。
(2)Adevice可在Bdevice上设置"HNP Enable"特性。
(3)Bdevice断开上拉。
(4)ADevice与上拉电阻相连,表明Adevice从属于从机。
(5)Adevice给Vbus供电。
(6)Bdevice检测Adevice的上拉。
(7)复位/列举/使用Adevice。
OTG描述符
在枚举阶段,OTG A-device将会从B-device请求OTG配置描述符。此三字节描述符由三部分组成:bLength, bDescriptorType, 和bmAttributes,位定义如下图所示。
srp_support
如果设备支持SRP,则这一位设置为TRUE。
hnp_support
如果设备支持HNP,则这位设置为TRUE。
Set Feature Commands
A-device会使用SetFeature 命令使能B-device的特点行为,或表明A-device到B-device的特定能力。
b_hnp_enable
设置此特性表明B-device已经能够执行HNP。
此特性仅在总线复位或会话结束时清除,不能通过ClearFeature(b_hnp_enable) 命令清除。
a_hnp_support
设置此特性表明B-device连接的A-device端口支持HNP。A-device会在会话开始,任意B-device配置被选择之前设置此特性。
a_alt_hnp_support
设置此特性表明B-device连接的A-device端口没有HNP功能,但是此A-device 有备用的端口具备HNP功能。此特性仅在总线复位或会话结束时清除,不能通过ClearFeature(b_hnp_enable) 命令清除。
2 连接器和电缆
2.1 连接器
USB IF在OTG中定义了更小的连接器,可以同时用于主机式和外设式的设备、具有更低的电源需求、扩展的电源保护模式和利于上层软件开发的简洁设计。
OTG和现有的USB2.0规范完全兼容,一个主要的机械上改进是它的新式连接器。USB 2.0定义了三种连接器对(插头和插座):Standard-A、Standard-B和Mini-B。Mini-B连接器是专为较小的外设(如移动电话 等)开发的。OTG规范增加了第四种插头:Mini-A,两种插座:Mini-A和Mini-AB。这些连接器比最初的USB连接器要小许多 (如:Mini-A插头截面积只有Standard-A插头的38%),更适合于便携式设备。
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