USB On—The-Go在移动领域中的应用

USB On—The-Go在移动领域中的应用

摘要：USBOn—The-Go(OTG)技术扩展了便携式设备之间的连通性，USBOTC允许便携式设备作为有限的主机与现有的USB外设相连，USBOTG也允许便携式设备之间的互连，易于实现移动领域中点对点的实时通信。本文对比USB特性，介绍了USBOn-The—Go的主要性能特点，并对其在移动领域中的应用作了简要介绍。关键词：USBOTC移动应用USB是连接PC与外围设备的首选接口。随着高速USB集线器、数码相机、扫描仪、视频会议摄像机、大容量数字存储设备等具有多媒体技术的新型设备的不断涌现，2000年USB-IF发布了USB2．0规范。该规范可提供480Mbps的高速传输速率，高速USB2．0与全速USB1．1(传输速率12Mbps)和低速USB1．O(传输速率1．5Mbps)完全兼容。无论是USB1．1、USB1．0，还是USB2．0，它们都必须通过PC的USB主控制器，在PC的控制下实现与USB外围设备之间高速、低速的数据交换。作为PC的外围设备，如果系统没有PC，各设备间无法利用USB接口进行数据交换。目前MP3播放器、数码相机、PDA、手机等众多产品都具备USB接口，但它们也只能作为PC外设实现与PC的数据传输，而不能实现它们之间点对点的通信。随着移动终端的普及，不使用PC，直接在移动终端间进行连接的需求越来越多，USBOn-The-Go(USBOTG)的扩展标准正是为了满足这一需求而提出的。USB-IF公布的最新版本USBOTG就是建立在USB2．0的基础上，用便携式设备作为有限的主机与现有的USB外设相连，以及便携式设备之间的互连，实现它们之间实时、快速的音频数据和视频数据的传输。本文在分析USBOTG性能特点的基础上，简要介绍了USBOTG在移动领域中的应用及发展前景。1USBOTG的性能特点1．1USBOTG的硬件特点USB操作简单，即插即用，是免费公开的标准。而且WindowsOS和许多RTOS都提供USB驱动程序，当今市场上已有许多USB设备，USB可以说是无处不在。在移动领域，手机或PDA等便携式设备，也需要作为Modem连接到PC上进行文件传输，目前许多移动终端生产厂家，都已将USB接口加到新产品上，但它们也只能作为PC外设实现与PC的数据交换。USBOTG扩展了便携式设备之间的连通性，限定了主机(Host)功能，在传统的USB外设上增加了主机的功能，适应点对点的连接。在硬件方面，它也添加了更小的连接器和电缆，其中包括袖珍的A插头(Mini-A)、袖珍的A插槽(Mini-A)和袖珍的AB插槽(Mini-AB)，这些连接器比通常的USB标准连接器Standard-A和Standard-B小很多，更适于便携式设备。OTG也新增了Mini-A至Standard-B和Mini-A至Mini-B两种连接电缆。OTG设备目前有两种：两用OTG设备(Dual-BoleDevice)和外设式OTG设备(Peripheral-OnlyDevice)。外设式OTG设备是传统的USB外设，它只能使用Mini-B插槽，不能使用Mini-AB插槽。而两用OTG设备既可作为主机，也可作为外设。作为主机的两用OTG设备不需要支持所有的USB外设，但当它与PC相连时，就只能作为外设使用。两用OTG设备都有一个Mini-AB插槽，可依照主从设定，通过Mini-A或Mini-B连接器实现点对点的连接。为了易于区分两用设备，通常Mini-A为白色，多为主控接口，插入Mini-A的设备为A-设备(A-Device)；Mini-B为黑色，多为从属接口，插入Mini-B的设备为B-设备(B-Device)；Mini-AB为灰色，多为双重角色接口。图1为传统的USB与USBOTG的连接对比。在左图中，手机和PDA都作为外设式OTG设备，通过标准Standard-A和Mini-B连接器，实现与PC的数据交换。在右图中，手机和PDA作为两用OTG设备，分别都有一个Mini-AB插槽。手机如作为两用OTG设备，既可以作为A-设备，完成Host的功能，通过Mini-A到Mini-B连接器，实现手机到PDA点对点的实时通信和数据交换；也可以作为B-设备，如标准的USB外设，通过Mini-B到Mini-A连接器，完成与PDA的数据传输。PDA同样也是如此。USBOTG通过五脚接口和五线电缆传输数据。除了传统的“VBUS”、“D+”、“D-”、“GND”四个针脚外，第五个针脚为“ID”脚，ID脚决定了初始化的主从角色：在Mini-A插头中，ID短路接地，所连设备被初始化为主；在Mini-B插头中，ID悬空，所连设备被初始化为从。在软件控制下，主从角色也可以利用主设备转换协议(HNP)进行互换。图2为USBOTG主从角色的设定。主设备可提供低功率输出，最小为8mA的电流到USB电缆，当不传输时可关掉VBUS。在VBUS关闭时，如从属设备需要使用总线，则可请求主设备开启VBUS，为VBUS重新供电。低功耗可支持USB设备在电池供电的情况下正常工作，延长电池寿命，节省能源。1．2USBOTG的通信协议USBOTG与USB标准仅有最小的差别，如主设备转换协议HNP(HostNegotiationProtoc01)、会议请求协议SRP(SessionRequestProtocol)、维持USB通信方式，即USB主／从结构、无对等方式等。主设备转换协议(HNP)可以控制A-设备与B—设备连接中主机角色的转换，它通过A—设备产生使B—设备获得总线控制的条件，使B—设备获得总线控制的机会，实现二者之间的主从转换。会议请求协议(SRP)可在会议开始的一个时间段内，VBUS高于A—设备的通话门限值，A-设备被默认为主设备。在会议过程中，A-设备与B—设备可通过主设备转换协议，完成主从角色的转换。当VBUS跌落到小于A-设备的通话门限值，则通话结束，B—设备将总线控制权交还给A—设备，B—设备再重新转为从属设备，同时，A-设备也还原为主设备。图3为OTG双角色设备驱动程序配置。从图3中可以看出，OTG双角色设备驱动程序由USB主设备软件包和USB设备软件包构成。OTG驱动通过连接器中“ID”的不同连接，或通过是否有主设备转换协议确定双角色设备工作方式的转换，确定使用USB主设备软件包还是USB设备软件包。当OTG双角色设备以主机方式工作时，USB主设备软件包工作。主控制驱动完成USB主设备软件包与双角色USBOTG硬件间的数据交换，USB总线驱动保存设备的信息，目标主设备类驱动支持目标设备列表里的设备。OTG提供通用的主设备类驱动程序。当OTG双角色设备以从机方式工作时，USB设备软件包工作。设备控制驱动完成USB设备软件包与双角色USBOTG硬件间的数据交换，USB协议层完成USB协议规范，USB设备类驱动的功能取决于该双角色OTG设备的功能。2USBOTG在移动领域中的应用USBOTG实现了手机或PDA与其它USB外设的无障碍连接。图4和图5分别为OTG在手机和PDA上的应用。在图4中，作为主设备的手机，与手机相连交换信息；与数码相机相连，通过E-mail发送图片，也可上载图片到互联网页；与扫描仪相连，可获得扫描的名片信息；与MP3相连，可交换或发送音乐；与便携式硬盘相连交换文件；与键盘相连，可作为用户接口。在图5中，作为主设备的PDA，与PDA、手机相连交换文件；与数码相机相连，可上载图片；与扫描仪相连，可获得图片信息；与MP3相连，可交换音乐文件；与便携式硬盘相连交换文件；与打印机相连打印文件；与键盘相连，可作为用户接口。USBOTG标准的支持者很多。Philips是目前USBOTG产品化进展最快的厂家之一，推出了USBOTG收发器——ISP1301、USBOTG控制器——ISP1362等产品。ISP1362是一种符合OTG标准的USB2．0主机和外设控制器，可以作为USB主控及USB外设或同时担任双重角色。USBOTG的广泛应用还需各类外设将USBOTG引人到开发标准中，并在驱动程序上进行改进，使其早日成为各类设备的标准接口。USBOTG扩展了便携式设备之间的连通性，使其脱离PC，可以实现便携式设备作为主机与现有USB外设的连接，以及便携式设备之间连接，更加扩展了USB的应用范围。