《電子技術(shù)應(yīng)用》
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USB On-The-Go 在移動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2008-08-13
作者:邵小桃

??? 摘?要: USB On-The-Go (OTG) 技術(shù)擴(kuò)展了便攜式設(shè)備" title="便攜式設(shè)備">便攜式設(shè)備之間的連通性,USB OTG 允許便攜式設(shè)備作為有限的主機(jī)與現(xiàn)有的USB外設(shè)" title="外設(shè)">外設(shè)相連,USB OTG 也允許便攜式設(shè)備之間的互連,易于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)領(lǐng)域中點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信。本文對比 USB 特性,介紹了USB On-The-Go 的主要性能特點(diǎn),并對其在移動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用作了簡要介紹。
??? 關(guān)鍵詞: USB? OTG? 移動(dòng)? 應(yīng)用

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??? USB是連接PC與外圍設(shè)備的首選接口。隨著高速USB集線器、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、視頻會(huì)議攝像機(jī)、大容量數(shù)字存儲設(shè)備等具有多媒體技術(shù)的新型設(shè)備的不斷涌現(xiàn),2000年USB-IF發(fā)布了USB2.0規(guī)范。該規(guī)范可提供480Mbps的高速傳輸速率,高速USB2.0與全速USB1.1 (傳輸速率12Mbps) 和低速USB1.0(傳輸速率1.5Mbps) 完全兼容。無論是USB1.1、USB1.0,還是USB2.0,它們都必須通過PC的USB主控制器,在PC的控制下實(shí)現(xiàn)與USB 外圍設(shè)備之間高速、低速的數(shù)據(jù)交換" title="數(shù)據(jù)交換">數(shù)據(jù)交換。作為PC的外圍設(shè)備,如果系統(tǒng)沒有PC,各設(shè)備間無法利用USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA、手機(jī)等眾多產(chǎn)品都具備USB接口,但它們也只能作為PC外設(shè)實(shí)現(xiàn)與PC的數(shù)據(jù)傳輸,而不能實(shí)現(xiàn)它們之間點(diǎn)對點(diǎn)的通信。隨著移動(dòng)終端的普及,不使用PC,直接在移動(dòng)終端間進(jìn)行連接的需求越來越多,USB On-The-Go (USB OTG) 的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)正是為了滿足這一需求而提出的。USB-IF公布的最新版本USB OTG 就是建立在 USB2.0的基礎(chǔ)上,用便攜式設(shè)備作為有限的主機(jī)與現(xiàn)有的USB外設(shè)相連,以及便攜式設(shè)備之間的互連,實(shí)現(xiàn)它們之間實(shí)時(shí)、快速的音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。本文在分析USB OTG性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,簡要介紹了USB OTG在移動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展前景。
1 USB OTG的性能特點(diǎn)
1.1 USB OTG的硬件特點(diǎn)

??? USB操作簡單,即插即用,是免費(fèi)公開的標(biāo)準(zhǔn)。而且Windows OS和許多RTOS都提供USB驅(qū)動(dòng)程序,當(dāng)今市場上已有許多USB設(shè)備,USB可以說是無處不在。在移動(dòng)領(lǐng)域,手機(jī)或PDA等便攜式設(shè)備,也需要作為Modem連接到PC 上進(jìn)行文件傳輸,目前許多移動(dòng)終端生產(chǎn)廠家,都已將USB 接口加到新產(chǎn)品上,但它們也只能作為PC外設(shè)實(shí)現(xiàn)與PC 的數(shù)據(jù)交換。
??? USB OTG擴(kuò)展了便攜式設(shè)備之間的連通性,限定了主機(jī)(Host)功能,在傳統(tǒng)的USB外設(shè)上增加了主機(jī)的功能,適應(yīng)點(diǎn)對點(diǎn)的連接。在硬件方面,它也添加了更小的連接器和電纜,其中包括袖珍的A插頭(Mini-A)、袖珍的A插槽" title="插槽">插槽 (Mini-A) 和袖珍的AB插槽 (Mini-AB),這些連接器比通常的USB 標(biāo)準(zhǔn)連接器Standard-A和Standard-B小很多,更適于便攜式設(shè)備。OTG也新增了Mini-A至Standard-B和Mini-A至Mini-B兩種連接電纜。
??? OTG設(shè)備目前有兩種:兩用OTG設(shè)備 (Dual-Role Device) 和外設(shè)式OTG設(shè)備 (Peripheral-Only Device)。外設(shè)式OTG設(shè)備是傳統(tǒng)的USB 外設(shè),它只能使用Mini-B插槽,不能使用Mini-AB插槽。而兩用OTG設(shè)備既可作為主機(jī),也可作為外設(shè)。作為主機(jī)的兩用OTG設(shè)備不需要支持所有的USB外設(shè),但當(dāng)它與PC 相連時(shí),就只能作為外設(shè)使用。兩用OTG設(shè)備都有一個(gè)Mini-AB插槽,可依照主從設(shè)定,通過Mini-A或Mini-B連接器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的連接。為了易于區(qū)分兩用設(shè)備,通常Mini-A為白色,多為主控接口,插入Mini-A的設(shè)備為A-設(shè)備(A-Device);Mini-B為黑色,多為從屬接口,插入Mini-B的設(shè)備為B-設(shè)備(B-Device);Mini-AB為灰色,多為雙重角色接口。
??? 圖1為傳統(tǒng)的USB與USB OTG的連接對比。在左圖中,手機(jī)和PDA都作為外設(shè)式OTG設(shè)備,通過標(biāo)準(zhǔn)Standard-A和Mini-B連接器,實(shí)現(xiàn)與PC 的數(shù)據(jù)交換。在右圖中,手機(jī)和PDA作為兩用OTG設(shè)備,分別都有一個(gè)Mini-AB插槽。手機(jī)如作為兩用OTG設(shè)備,既可以作為A-設(shè)備,完成Host的功能,通過Mini-A到Mini-B連接器,實(shí)現(xiàn)手機(jī)到PDA點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信和數(shù)據(jù)交換;也可以作為B-設(shè)備,如標(biāo)準(zhǔn)的USB 外設(shè),通過Mini-B到Mini-A連接器,完成與PDA 的數(shù)據(jù)傳輸。PDA 同樣也是如此。

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??? USB OTG通過五腳接口和五線電纜傳輸數(shù)據(jù)。除了傳統(tǒng)的“VBUS”、“D+”、“D-”、“GND”四個(gè)針腳外,第五個(gè)針腳為“ID”腳,ID 腳決定了初始化的主從角色:在Mini-A插頭中,ID 短路接地,所連設(shè)備被初始化為主;在Mini-B插頭中,ID 懸空,所連設(shè)備被初始化為從。在軟件控制下,主從角色也可以利用主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議 (HNP) 進(jìn)行互換。圖2為USB OTG主從角色的設(shè)定。

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??? 主設(shè)備可提供低功率輸出,最小為8mA的電流到USB 電纜,當(dāng)不傳輸時(shí)可關(guān)掉VBUS。在VBUS關(guān)閉時(shí),如從屬設(shè)備需要使用總線,則可請求主設(shè)備開啟VBUS,為VBUS重新供電。低功耗可支持USB設(shè)備在電池供電的情況下正常工作,延長電池壽命,節(jié)省能源。
1.2? USB OTG的通信協(xié)議
??? USB OTG 與USB 標(biāo)準(zhǔn)僅有最小的差別,如主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議HNP(Host Negotiation Protocol)、會(huì)議請求協(xié)議SRP(Session Request Protocol)、維持USB 通信方式,即USB主/從結(jié)構(gòu)、無對等方式等。主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議(HNP)可以控制A-設(shè)備與B-設(shè)備連接中主機(jī)角色的轉(zhuǎn)換,它通過A-設(shè)備產(chǎn)生使B-設(shè)備獲得總線控制的條件,使 B-設(shè)備獲得總線控制的機(jī)會(huì),實(shí)現(xiàn)二者之間的主從轉(zhuǎn)換。會(huì)議請求協(xié)議(SRP)可在會(huì)議開始的一個(gè)時(shí)間段內(nèi),VBUS 高于A-設(shè)備的通話門限值,A-設(shè)備被默認(rèn)為主設(shè)備。在會(huì)議過程中,A-設(shè)備與 B-設(shè)備可通過主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議,完成主從角色的轉(zhuǎn)換。當(dāng)VBUS 跌落到小于 A-設(shè)備的通話門限值,則通話結(jié)束,B-設(shè)備將總線控制權(quán)交還給A-設(shè)備,B-設(shè)備再重新轉(zhuǎn)為從屬設(shè)備,同時(shí),A-設(shè)備也還原為主設(shè)備。
??? 圖3為 OTG 雙角色設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序配置。從圖3中可以看出,OTG 雙角色設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由 USB 主設(shè)備軟件包" title="軟件包">軟件包和 USB 設(shè)備軟件包構(gòu)成。OTG 驅(qū)動(dòng)通過連接器中“ID”的不同連接,或通過是否有主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議確定雙角色設(shè)備工作方式的轉(zhuǎn)換,確定使用USB 主設(shè)備軟件包還是USB 設(shè)備軟件包。

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??? 當(dāng)OTG雙角色設(shè)備以主機(jī)方式工作時(shí),USB主設(shè)備軟件包工作。主控制驅(qū)動(dòng)完成 USB主設(shè)備軟件包與雙角色USB OTG硬件間的數(shù)據(jù)交換,USB 總線驅(qū)動(dòng)保存設(shè)備的信息,目標(biāo)主設(shè)備類驅(qū)動(dòng)支持目標(biāo)設(shè)備列表里的設(shè)備。OTG提供通用的主設(shè)備類驅(qū)動(dòng)程序。
??? 當(dāng)OTG雙角色設(shè)備以從機(jī)方式工作時(shí),USB設(shè)備軟件包工作。設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)完成 USB設(shè)備軟件包與雙角色USB OTG硬件間的數(shù)據(jù)交換,USB協(xié)議層完成USB協(xié)議規(guī)范,USB設(shè)備類驅(qū)動(dòng)的功能取決于該雙角色OTG設(shè)備的功能。
2 USB OTG 在移動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用
??? USB OTG 實(shí)現(xiàn)了手機(jī)或 PDA與其它USB 外設(shè)的無障礙連接。圖4和圖5分別為OTG 在手機(jī)和 PDA上的應(yīng)用。在圖4中,作為主設(shè)備的手機(jī),與手機(jī)相連交換信息;與數(shù)碼相機(jī)相連,通過E-mail 發(fā)送圖片,也可上載圖片到互聯(lián)網(wǎng)頁;與掃描儀相連,可獲得掃描的名片信息;與MP3相連,可交換或發(fā)送音樂;與便攜式硬盤相連交換文件;與鍵盤相連,可作為用戶接口。

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??? 在圖5中,作為主設(shè)備的PDA,與PDA、手機(jī)相連交換文件;與數(shù)碼相機(jī)相連,可上載圖片;與掃描儀相連,可獲得圖片信息;與MP3相連,可交換音樂文件;與便攜式硬盤相連交換文件;與打印機(jī)相連打印文件;與鍵盤相連,可作為用戶接口。
??? USB OTG標(biāo)準(zhǔn)的支持者很多。Philips 是目前USB OTG 產(chǎn)品化進(jìn)展最快的廠家之一,推出了USB OTG收發(fā)器——ISP1301、USB OTG控制器——ISP1362 等產(chǎn)品。ISP1362 是一種符合OTG 標(biāo)準(zhǔn)的USB2.0主機(jī)和外設(shè)控制器,可以作為USB主控及 USB 外設(shè)或同時(shí)擔(dān)任雙重角色。
??? USB OTG的廣泛應(yīng)用還需各類外設(shè)將USB OTG 引入到開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)中,并在驅(qū)動(dòng)程序上進(jìn)行改進(jìn),使其早日成為各類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。USB OTG擴(kuò)展了便攜式設(shè)備之間的連通性,使其脫離PC,可以實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)備作為主機(jī)與現(xiàn)有USB外設(shè)的連接,以及便攜式設(shè)備之間連接,更加擴(kuò)展了USB的應(yīng)用范圍。
參考文獻(xiàn)
1 USB-IF. USB On-The-Go Supplement to the USB2.0? Specification. 2001,12
2 Compaq,HP,Intel.? Universal Serial Bus Specification Revision 2.0.2000
3? Philips.? ISP1362 Datasheet.2003
4? HTTP://www.usb.org

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