《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于TUSB6020的USB OTG接口設(shè)計
岳路 馬志強 蔡勇 韓倩
摘要: 首先介紹了TUSB6020的功能特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu),闡述了TUSB6020的工作原理,分析了TUSB6020與外部主機的連接方式,提出了一種TMS320DM6437與TUSB6020的USB OTG接口設(shè)計方案,其中包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分,實現(xiàn)了與TMS320DM6437的連接。該接口設(shè)計可以廣泛應(yīng)用于各種便攜式、嵌入式系統(tǒng)中,從而可靠便捷地實現(xiàn)USB OTG功能。
關(guān)鍵詞: 接口IC USB OTG DSP TUSB6020 TMS320DM6437 TI
Abstract:
Key words :

    2001年底,title="USB">USB開發(fā)者論壇發(fā)布了USB2.0補充規(guī)范USB OTG(On-The-GO),解決了兩個關(guān)鍵的問題:一是雙角色的USB外設(shè),二是供電問題,從而實現(xiàn)了便攜設(shè)備間無主機的數(shù)據(jù)傳輸 [1-2]。目前,TI公司推出的高速USB2.0 OTG雙功能控制器TUSB6020,是一種小型解決方案,既能作為針對USB外設(shè)的功能控制器使用,又能作為點對點或點對多點通信中的主機/外設(shè)工作。本文在此基礎(chǔ)上研究TMS320DM6437與TUSB6020的USB OTG的接口設(shè)計方案。

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采用最小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)可降低高速時鐘噪聲。
  •  電源耗電量小于100mW。

    圖1為TUSB6020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/時鐘控制模塊(PRCM)、USB2.0 OTG控制模塊及VLYNQ外部主機接口模塊等。功能參見文獻[3]。

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檢測電路和ID檢測電路。不妨設(shè)TUSB6020為OTG主機設(shè)備(A設(shè)備),對方USB設(shè)備作為OTG從機設(shè)備(B設(shè)備),分析對話請求協(xié)議SRP和主機通信協(xié)議HNP的工作過程。
    B設(shè)備向A設(shè)備發(fā)起SRP會話的條件是:(1)VBUS跌落到會話有效閥值0.8V以下;(2)DM/DP維持低電平SEO狀態(tài)至少2ms。之后,B設(shè)備開始發(fā)起SRP請求,如圖2所示。 
 

 

 
 
 
 
    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 VBUS足夠長的一段時間直到 VBUS大于會話有效閥值0.8V;(3)A設(shè)備檢測到 DM/DP或 VBUS升高,開啟 VBUS電源給 B設(shè)備供電;(4)A設(shè)備復(fù)位總線對 B設(shè)備進行枚舉配置,開始傳輸任務(wù)。
    HNP協(xié)議用來控制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)備在檢測到DM/DP變高后,開始以主機方式工作,B設(shè)備復(fù)位總線,開始使用總線;(5)B設(shè)備使用完總線后,停止總線活動掛起總線,DM/DP再次變?yōu)楦唠娖?;?)A設(shè)備檢測到總線空閑后,斷開DM/DP上拉電阻;(7)B設(shè)備檢測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)備已準備回到從機狀態(tài),A設(shè)備從新成為主機復(fù)位總線,開始使用總線。2 “達芬奇”處理器 TMS320DM6437與 TUSB6020的接口設(shè)計
    TMS320DM6437是達芬奇技術(shù)中首批僅基于DSP的產(chǎn)品,集成有600MHz時鐘的C64x+增強型DSP核心、視頻處理子系統(tǒng)(VPS)以及豐富的外圍接口,支持通用USB2.0和VLYNQ高速傳輸總線,以低于以往的價位提供了更高的處理性能。

 2.1 硬件設(shè)計

     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,建立與對方 USB設(shè)備的物理連接,其中 VBUS 5V電壓由 VBUS電源開關(guān)提供,CPEN連接至它 EN引腳用以提供電源開關(guān)使能信號。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[4]。
     VLYNQ接口引腳詳細描述如下:(1)TUSB6020的 VLYNQ CLK接外部時鐘,VLYNQ控制寄存器中的 CLKDIR比特位設(shè)置為 1,VLYNQ接口時鐘由 DM6437系統(tǒng)時鐘提供。(2)VLYNQ SCRUN為 VLYNQ時鐘運行請求引腳,低電平表示允許 VLYNQ時鐘運行,高電平表示傳輸事務(wù)結(jié)束,VLYNQ時鐘運行停止。(3)TMS320DM6437寫操作時,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)進行串行解碼和解壓縮后讀取地址,將數(shù)據(jù)寫入指定寄存器。(4)TMS320DM6437讀操作時,由 VLYNQ TXD[0:3]發(fā)送讀請求數(shù)據(jù)包,TUSB6020收到請求后,將數(shù)據(jù)壓縮和串行編碼后由 VLYNQ TXD[0:3]發(fā)往TMS320DM6437。(5)VLYNQ接口的數(shù)據(jù)收發(fā)與VLYNQ串行時鐘同步。

2.2 軟件設(shè)計
2.2.1 TMS320DM6437和TUSB6020底層通信的實現(xiàn)

    TMS320DM6437和TUSB6020底層通信是整個USB體系軟件的根基,包括了DM6437對TUSB6020的讀、寫、設(shè)定地址等操作,主要通過 DM6437訪問 TUSB6020的控制寄存器來完成。下面是寫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)動程序設(shè)計
    圖 5為 DSP/BIOS外設(shè)驅(qū)動模型。TI公司的DSP/BIOS外設(shè)驅(qū)動模型分為兩層三類,即:類驅(qū)動層和微型驅(qū)動層,PIP/PI0類、SIO/DIO類和 GI0類,結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
 
    PIO模型具有良好的緩沖器分配回收機制,適合描述視頻設(shè)備,SIO模型支持更底層的通信,適合設(shè)計比較簡單的外設(shè)驅(qū)動程序,GIO模型設(shè)計的目的就是針對特殊硬件的新型設(shè)備,因此,TUSB6020類驅(qū)動程序的設(shè)計選用 GIO模型。
    GIO模型在提供必要的同步讀/寫API函數(shù)及其擴展函數(shù)的同時,將代碼和使用數(shù)據(jù)緩存的大小盡量簡化,應(yīng)用程序可以調(diào)用 GIO的 API函數(shù)直接與微型驅(qū)動的 IOM交換數(shù)據(jù)。當調(diào)用GIO_create創(chuàng)建 TUSB6020的通道實例時,GIO在通道實例中增加I/O請求狀態(tài)結(jié)構(gòu)、IOM數(shù)據(jù)包(TUSB6020_USB_Packets)及一個 GIO數(shù)據(jù)對象。
    微型驅(qū)動創(chuàng)建規(guī)定的函數(shù),應(yīng)用程序通過 GIO類驅(qū)動調(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 GIO類驅(qū)動調(diào)用。TMS320DM6437初始化時調(diào)用已注冊到微型驅(qū)動中的 mdBindDev綁定通道函數(shù)。mdBindDev函數(shù)實現(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;與其對應(yīng)的 mdUnBindDev綁定通道解除函數(shù)使 TUSB6020設(shè)備處于無效狀態(tài),不能再使用;mdCreateChan通道創(chuàng)建函數(shù)為應(yīng)用程序和驅(qū)動程序建立通信通道,并給通道對象設(shè)置初始值,為通道申請緩沖區(qū);mdDeleteChan通道刪除函數(shù)刪除已創(chuàng)建好的通道對象,釋放緩沖區(qū)資源;mdSubmitChan I/O請求發(fā)送函數(shù)負責(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與外部主機的連接方式,提出了一種TMS320DM6437與TUSB6020的USB OTG接口設(shè)計方案。該接口設(shè)計可以廣泛應(yīng)用于各種便攜式、嵌入式系統(tǒng)中,從而可靠便捷地實現(xiàn)USB OTG功能。
    本文作者創(chuàng)新點:提出了TUSB6020與TMS320DM6437的USB OTG設(shè)計方案,硬件設(shè)計有效利用了VLYNQ接口,軟件設(shè)計簡捷靈活,為USB OTG的接口設(shè)計提供了一種新的參考,有廣泛的應(yīng)用價值。

參考文獻:
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