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越來越多的非PC便攜式設(shè)備需要扮演USB宿主與USB外設(shè)雙重角色,為實現(xiàn)這種應(yīng)用模式,必須將OTG宿主功能嵌入到這些設(shè)備中。要達到這個目標,可將USB宿主或OTG IP嵌入至宿主CPU中,或重新設(shè)計系統(tǒng)的PCB,并加入USB OTG芯片功能(USB OTG控制芯片或USB OTG橋接芯片)。
如今的移動運算與通訊設(shè)備大都配備USB外設(shè)連接功能,可與USB宿主(通常為PC)進行通訊。但根據(jù)USB規(guī)范,兩個外設(shè)無法直接相互通訊,這也意味著目前大多數(shù)USB系統(tǒng)必須配合PC才能使用。值得注意的是USB規(guī)范并沒有強制性要求使用這種以PC為中心的模式。為突破上述限制,業(yè)界制定出USB On the Go(OTG)規(guī)范,讓兩個支持OTG規(guī)范的系統(tǒng)能直接進行通訊。OTG是USB 2.0行業(yè)規(guī)范的補充,它使PDA能將文件直接輸出至打印機；MP3隨身聽能互傳文件；可拍照手機能將影像直接送至打印機打?。灰约捌渌姸嘁酝鶡o法進行的應(yīng)用模式。
鑒于業(yè)界需要擴充現(xiàn)有USB設(shè)備及其外設(shè)的功能,通過針對與USB外設(shè)的連接加入宿主功能,USB OTG規(guī)范被設(shè)計成可增強現(xiàn)有USB設(shè)備和USB外設(shè)的功能。這將創(chuàng)造出一個“無縫連接的USB設(shè)備環(huán)境”,使這種最普及的連接技術(shù)達到更理想的境界。
市場趨勢顯示,越來越多的移動設(shè)備兼具USB宿主與USB外設(shè)功能,也就是所謂扮演雙重角色,以便支持打印與大容量存儲的應(yīng)用。為實現(xiàn)這些應(yīng)用模式,必須將OTG宿主功能嵌入到非PC的便攜式設(shè)備中。要達到這個目標,可將USB宿主或OTG IP嵌入至宿主CPU中,或重新設(shè)計系統(tǒng)的PCB,并加入USB OTG芯片功能(USB OTG控制芯片或USB OTG橋接芯片)。
除了硬件的變更之外,在便攜式USB嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)USB OTG,還必須考慮軟件與功耗的因素。
單芯片USB OTG控制器方案為嵌入式系統(tǒng)與外設(shè)提供了一套簡單即插式點對點連接方案。這種方案使工程師能專注于系統(tǒng)層次的設(shè)計,以及與USB芯片廠商合作專注于宿主CPU的USB接口和USB芯片廠商能提供的軟件支持上。
特別有價值的就是USB芯片廠商提供的基于目標操作系統(tǒng)平臺的USB軟件支持。根據(jù)以往的經(jīng)驗,USB軟件支持是最耗時費力的研發(fā)工作。
USB或USB OTG的軟件支持相當復(fù)雜,并非所有USB芯片廠商有能力支持全套軟件,因為市場上有許多不同的操作系統(tǒng)。不同的移動電話制造商在其手機上使用不同的操作系統(tǒng),例如Linux、WinCE mobile、VxWorks以及Nucleus等。
要解決支持不同操作系統(tǒng)的難題,其中一種方法就是使用模塊化的技術(shù),例如飛利浦的FlexiUSB堆棧。這種堆棧能提供廣泛的平臺支持,并提供針對各種嵌入式系統(tǒng)的一個類驅(qū)動程序的完整庫。該庫能迅速移植到RTOS以及各種尚未被支持的處理器。這種模塊支持全速與高速USB OTG解決方案。在FlexiUSB堆棧中,OTG控制方面的應(yīng)用編程接口(API)可直接被應(yīng)用程序?qū)铀褂谩?
以電池供電的便攜式嵌入型USB系統(tǒng),最重要的考慮因素就是降低功耗。在以PC為中心的環(huán)境中,PC扮演宿主的角色,能為USB設(shè)備與USB外設(shè)供電。在內(nèi)建宿主或OTG功能的雙重角色USB便攜式設(shè)備中,USB設(shè)備必須為其USB外設(shè)供應(yīng)8mA的電源。此外,外部電源控制電路的大量功耗問題亦須克服。因此,OTG控制器必須盡可能降低功耗并整合各種關(guān)鍵的省電特性。
市場上具備低功耗與各種省電特性的芯片級解決方案,包括飛利浦的全速USB OTG解決方案ISP1362以及高速USB OTG解決方案ISP1761。這兩款USB控制器具有內(nèi)建的電源管理電路與相關(guān)功能,能協(xié)助節(jié)省和延長電池的壽命。低待機電流以及會話請求協(xié)議(SRP)能在USB總線沒有作業(yè)時關(guān)閉Vbus,從而節(jié)省耗電,并能讓設(shè)備啟動USB總線的傳輸作業(yè)。
在實現(xiàn)一款單芯片USB OTG控制器時,設(shè)計者須考慮接口支持:該接口支持必須與目前市場上大多數(shù)宿主CPU兼容。例如,ISP1362與ISP1761具備支持DMA的通用CPU接口,能支持大多數(shù)ARM、MIPS以及各種RISC處理器。
包括可拍照手機在內(nèi)的便攜式移動設(shè)備,其存儲容量持續(xù)增加,USB傳輸?shù)牧髁恳嚯S之增長,故需要運用高速USB OTG解決方案來滿足對于高速USB OTG功能的需求。如今在市場上還沒有宿主CPU或基帶芯片組能提供高速USB OTG功能。
在宿主CPU中加入USB宿主或OTG IP,或擴增一組外部USB OTG芯片組,需要大量的設(shè)計時間與軟件開發(fā)工作,因此系統(tǒng)設(shè)計被改變。由于芯片組的USB內(nèi)核已被改進以便支持USB OTG,因此現(xiàn)有的PCB設(shè)計也需要改變。此外,軟件也需針對所有操作系統(tǒng)進行升級。
避免這類繁復(fù)工作的一種方法就是部署USB-to-OTG橋接芯片。橋接芯片有望徹底變革USB OTG的設(shè)計概念。飛利浦的ISP1261運用該公司的軟件仿真OTG控制器(SEOC)協(xié)議,通過這項技術(shù)優(yōu)化現(xiàn)有“單純USB外設(shè)型(USB peripheral-only)”解決方案,其方法就是利用嵌入式USB外設(shè)控制器的USB DP與DM線路或序列接口引擎(SIE)接口。在采用ISP1261后,就不需要大多數(shù)USB OTG控制器中存在的16位并行總線來作為與宿主CPU之間的傳輸接口。這種方案可大幅降低重新設(shè)計的工作量,加快最終產(chǎn)品的上市時間,創(chuàng)建出體積更小的PCB。
現(xiàn)有單純USB外設(shè)型解決方案能支持ISP1261USB-OTG橋接器實現(xiàn)的最低要求是該解決方案要:支持Control-In 與Control-Out端點；支持64位的Bulk-In與Bulk-Out端點。這些都是市場上大多數(shù)USB外設(shè)硬件具備的公共特性。
對于具備集成USB收發(fā)器的USB外設(shè)而言,可選擇DP與DM接口,不然就采用支持USB收發(fā)器的SIE接口。這些接口可簡單地連接起來。硬件改變已完成,其余的就是軟件方面的工作。系統(tǒng)軟件需要配合OTG堆棧進行升級,SEOC協(xié)議層亦須進行移植,作為現(xiàn)有USB外設(shè)硬件與USB軟件之間的接口層。
現(xiàn)有的硬件設(shè)計幾乎不需要改變,僅需將ISP1261加入原來的PCB設(shè)計中。ISP1261可作為外插件(dongle),因為現(xiàn)有產(chǎn)品的PCB已設(shè)計完成,且最終產(chǎn)品必須盡快上市。此dongle可由設(shè)備或額外的電池供電。
設(shè)備制造商開始看到配備有限宿主或OTG功能的USB設(shè)備的真實優(yōu)勢以及潛在商機。市場上已出現(xiàn)支持宿主/外設(shè)功能的雙重角色便攜式娛樂設(shè)備,例如MP3隨身聽。在今年年底之前,我們將在市場上看到配備USB宿主或OTG功能的手機產(chǎn)品。
1百萬像素的可拍照手機從USB升級至USB OTG,可直接與打印機相連,也可將數(shù)據(jù)傳送至大容量存儲設(shè)備以及將相片傳送至數(shù)碼相機或另一部手機。這些都是USB OTG讓生活更簡便、更有樂趣的實例。
作者:Yeo Hock Meng
USB OTG國際產(chǎn)品行銷部
飛利浦半導(dǎo)體公司
