高速USB OTG--便攜設備絕佳的互連解決方案
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便攜設備如何相互溝通
隨著便攜設備的功能和數(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備共享信息，但是掌上型設備的數(shù)據(jù)輸入及顯示較為不易。因為體積小，便攜設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)碼相機為例，其存儲容量可高達數(shù)百兆。此外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞揭灿泻芏?，手機用戶可能會想將手機連接到PC，下載原先儲存的信息；有時需要和其他手機聯(lián)機，互傳電話號碼；或者需要和數(shù)碼相機聯(lián)機，上傳所拍攝的照片；當然有時還必須連接到PDA并使用其無線網(wǎng)絡功能。
無奈手機等便攜設備體積太小，沒有空間為各種連機類型提供專屬的接頭，而且便攜設備的市場對成本相當敏感，想要提供這么多的接頭，會導致成本過高。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)機方式，使各種不同的電子設備能夠彼此通信并傳輸數(shù)據(jù)。
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圖1 標準的USB連接架構 |
USB是一種主從架構的通信協(xié)議，原先是給一個主端搭配多個外圍設備的應用方式設計的，因此USB連機的操控管理，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在一個便攜設備中，對于著重功能簡便的便攜設備而言，會造成很大的負擔。而且USB傳輸線具有方向性，插入主端的接頭和插入外圍設備的接頭并不相同。
以便攜設備而言，有時候必須擔任主端的角色，例如，數(shù)碼相機傳送照片給打印機；而有時候則必須擔任外圍設備的角色，例如，數(shù)碼相機將照片上傳至PC，如圖2所示。雖然USB的專用接頭體積不大，但如果要建構于小巧的便攜設備之中，可能還是過于龐大。USB架構認定主端具備充足的電源，可為聯(lián)機的外圍設備提供電力，有些設備甚至全部的電力都是來自USB總線的。這樣的供電架構，對于一些電力有限的小型便攜設備而言，會造成難以承受的負擔。USB OTG補充規(guī)格中最重要的改變就是擴充了原先的USB協(xié)議，提供更嚴謹?shù)碾娫垂芾砉δ?，并允許電子設備擔任主端角色或外圍角色。
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圖2 USB OTG的連接架構 |
“雙重角色設備（Dual-Role Device）”既可擔任主端角色、亦可擔任外圍的電子設備角色。除了要符合USB 2.0標準的所有要求之外，“雙重角色設備”還必須提供有限的主端功能，并支持“事務請求協(xié)議（SRP）”以及“主端協(xié)商協(xié)議（HNP）”，而且應具備單一Mini-AB插槽。此外，這種設備必須能傳送信息給使用者。當“雙重角色設備”處于主端模式運作時，VBUS只需要供應8mA的電流，這個規(guī)格有別于標準USB主端的100mA或500mA要求。
主端協(xié)商協(xié)議
當“雙重角色設備”連接了一個Mini-A或Mini-B插頭時，它相應的便以OTG主機或外設的默認方式工作。A設備為默認主端，所以由它提供VBUS電源，且在檢測到有設備接入時復位總線、列舉并配置B設備。
A設備在完成對B設備的使用后，可以通過查詢B設備的OTG性能描述符來判斷是否支持HNP（即是否為“雙重角色設備”）。如支持HNP，B設備將返回有效的OTG性能描述符，A設備則產(chǎn)生一個Set_feature命令（即HNP_Enable）來通知B設備可以在總線掛起的時候以主端方式工作，隨后A設備掛起總線。
B設備通過上拉電阻（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設備斷開的響應，A設備使能它的數(shù)據(jù)線并開始以從端方式工作。完成這些轉換后，B設備和A設備便各自以主機角色和外設角色使用總線。如果該B設備屬于“雙重角色設備”且A設備不再使用它了，A設備便重發(fā)Set_feature命令并掛起總線。若B設備申請角色轉換時出錯，A設備則拉低VBUS以結束該事務。當B設備正常結束傳輸事務時便掛起VBUS使能其上拉電阻，重新以從端方式運行。A設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方式工作。
事務請求協(xié)議
在以往的USB系統(tǒng)運行過程中,主機提供5V的電源和不低于100mA的總線電流。當OTG主機(指以主機方式工作的兩用OTG設備,又稱A設備)連接到有線電源時這種方法是適用的，但像手機這樣的自供電移動設備則不能承受如此大的電能浪費。為了節(jié)約電源延長電池的使用壽命,當總線上沒有活動時，OTG主機將掛起總線電源VBUS。SRP可使OTG從端(指外設式設備或者以外設方式工作的“雙重角色設備”，又稱B設備)請求設備重新使能VBUS，而后A設備使用HNP交換兩個設備的工作方式，這兩步完成后由新的OTG主機開始事務傳輸。B設備可在前一事務結束2ms后的任意時間開始SRP。
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