AT32講堂047 | 雅特力AT32F435/437 OTGFS應(yīng)用筆記

OTGFS介紹

AT32F435/437包含2個獨(dú)立的OTGFS，編號OTGFS1和OTGFS2，本章將描述OTGFS支持的一些基本功能。OTGFS1和OTGFS2特性完全相同。圖1 OTGFS框圖

OTGFS特性

OTGFS通用特性：

• 支持USB2.0協(xié)議
• 內(nèi)置獨(dú)立1280字節(jié)SRAM
• 內(nèi)置全速PHY
• 內(nèi)置上下拉電阻
• SOF信號輸出
• 低功耗模式
• 支持忽略VBUS狀態(tài)
• 支持ID檢測以切換主機(jī)設(shè)備模式
• 不支持HNP/SRP協(xié)議（PHY不支持，不能動態(tài)切換模式，只能根據(jù)ID狀態(tài)切換模式）
• AHB時鐘大于30MHz

OTGFS設(shè)備模式特性：

• 僅支持全速設(shè)備
• 支持內(nèi)部1.5KΩ上拉
• 支持軟件斷開連接
• 支持1個雙向控制端點(diǎn)0
• 支持7個IN端點(diǎn),端點(diǎn)號1-7
• 支持7個OUT端點(diǎn)，端點(diǎn)號1-7
• 支持控制傳輸，大容量傳輸，中斷傳輸，同步傳輸
• 端點(diǎn)接收FIFO共享
• 端點(diǎn)發(fā)送FIFO專用
• 支持無晶振（crystal-less）

OTGFS主機(jī)模式特性：

• 支持全速和低速
• 支持內(nèi)部15KΩ下拉
• 支持16個主機(jī)通道
• 支持控制傳輸，大容量傳輸，中斷傳輸，同步傳輸
• 通道接收FIFO共享
• 通道發(fā)送FIFO專用

OTGFS全速PHY

OTGFS內(nèi)置支持全速/低速的PHY，為主機(jī)和設(shè)備模式提供通信支持。1、DP和DM內(nèi)置上下拉電阻，由OTGFS根據(jù)模式自動使能上下拉電阻當(dāng)OTGFS處于設(shè)備模式時，DP 1.5KΩ上拉自動使能當(dāng)OTGFS處于主機(jī)模式時，DP和DM 15KΩ下拉自動使能2、ID線內(nèi)置上拉ID線為高電平，默認(rèn)為設(shè)備模式ID線為低電平，為主機(jī)模式3、設(shè)備模式下的VBUS檢測（可忽略VBUS檢測）設(shè)備模式下，僅支持VBUS高低電平檢測，當(dāng)VBUS為高電平，OTGFS認(rèn)為是有效電平，將使能DP的上拉電阻，讓主機(jī)識別到設(shè)備插入。當(dāng)VBUS為低電平，OTGFS認(rèn)為是無效電平，此時不使能DP上拉，處于斷開模式。在設(shè)備模式下，如果想不檢測VBUS，可通過設(shè)置寄存器OTGFS_GCCFG.VBUSIG=1來實(shí)現(xiàn)，此時可將檢測VBUS的引腳釋放出來給其它外設(shè)使用。4、PHY的低功耗模式OTGFS全速PHY支持低功耗模式，可以通過設(shè)置寄存器OTGFS_GCCFG.LP_MODE=1讓PHY處于低功耗模式。

OTGFS GPIO引腳

435/437 OTGFS1/2使用GPIO引腳如下表所示：表1 OTGFS1 GPIO引腳表2 OTGFS2 GPIO引腳注：USB_OE信號當(dāng)USB在傳輸數(shù)據(jù)時，會翻轉(zhuǎn)此信號

OTGFS 48MHz時鐘

需要給OTGFS提供48MHz±0.25%的時鐘來用于USB總線采樣。48MHz時鐘可以直接來源HICK，也可以通過PLLCLK分頻得到。圖2 USB 48MHz時鐘來源注意：當(dāng)OTGFS作為HOST時，必須使用外部晶振通過PLL分頻作為USB 48MHz時鐘。USB時鐘選擇HICK通過設(shè)置如下寄存器選擇HICK：1、CRM_MISC1. HICKDIV=1；HICK是否分頻，1表示不分頻，0表示6分頻2、CRM_MISC1. HICK_TO_USB=1;1 表示USB 48MHz時鐘來源是HICK，0表示來源為PLL分頻。如果USB 48MHz時鐘來源選擇HICK時，在設(shè)備模式下需要開啟ACC（HICK自動校準(zhǔn)）功能，ACC功能利用USB產(chǎn)生的SOF信號來作為參考信號，實(shí)現(xiàn)對HICK時鐘的采樣和校準(zhǔn)。詳細(xì)功能可參考RM HICK自動時鐘校準(zhǔn)（ACC）章節(jié)。注意：當(dāng)OTGFS作為HOST時，必須使用外部晶振通過PLL分頻作為USB 48MHz時鐘，因?yàn)樵贖OST模式下不能通過ACC校準(zhǔn)HICK。

使用HICK作為USB 48MHz時鐘代碼示例：

USB時鐘選擇PLLCK分頻USB 48MHz時鐘默認(rèn)是由PLL通過分頻得到，435/437系統(tǒng)時鐘最高可達(dá)到288Mhz，通過配置USB分頻因子，達(dá)到為USB提供48MHz時鐘。

通過配置已下寄存器進(jìn)行PLL分頻：

• CRM_MISC2.USBDIV=USB分頻因子

USB分頻因子支持：1.5分頻，不分頻，2.5分頻，2分頻，3.5分頻，3分頻，4.5分頻，4分頻，5.5分頻，5分頻，6.5分頻，6分頻，7分頻。

使用PLL分頻作為USB 48MHz時鐘代碼示例：

OTGFS數(shù)據(jù)FIFO管理

OTGFS分配專用的1280 Byte SRAM作為數(shù)據(jù)FIFO，在主機(jī)或設(shè)備模式下，可通過軟件配置寄存器給端點(diǎn)/通道分配FIFO。注意：分配的FIFO總大小不要超過1280 Byte設(shè)備模式下的FIFO分配設(shè)備模式下所有端點(diǎn)的接收共享一個接收FIFO，每個端點(diǎn)的發(fā)送對應(yīng)一個專有的發(fā)送FIFO。圖3 設(shè)備模式FIFO分配1、RX_FIFO所有端點(diǎn)的接收共享這一塊FIFO，配置寄存器OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意單位為word（4Byte）。2、TX_FIFO0端點(diǎn)0的發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF0，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_DIEPTXF0. INEPT0TXSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEPOTGFS_DIEPTXF0. INEPT0TXDEP=端點(diǎn)0發(fā)送FIFO大小3、TX_FIFO1端點(diǎn)1的發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF1，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_DIEPTXF1.INEPTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP+端點(diǎn)0發(fā)送FIFO大小OTGFS_DIEPTXF1.INEPTXFDEP=端點(diǎn)1發(fā)送FIFO大小...

注意：對應(yīng)端點(diǎn)FIFO配置寄存器中FIFO大小值的單位都是word（4Byte）。

注意：發(fā)送端點(diǎn)的起始地址一般配置為前面所有端點(diǎn)已占用的FIFO大小，例程如端點(diǎn)2的發(fā)送FIFO起始地址為RX_FIFO大小+TX_FIFO0大小+TX_FIFO1大小。主機(jī)模式下的FIFO分配主機(jī)模式下，所有通道共享一個接收FIFO，通道發(fā)送FIFO分為非周期性發(fā)送FIFO和周期性發(fā)送FIFO。非周期性和周期性通過傳輸類型來區(qū)分，每個主機(jī)通道寄存器都有配置傳輸類型，包含4種傳輸類型：控制傳輸（Control），同步傳輸（ISO），批量傳輸（Bulk），中斷傳輸（Interrupt）

• 非周期性：控制傳輸（Control），批量傳輸（Bulk）
• 周期性傳輸：同步傳輸（ISO），中斷傳輸（Interrupt）

圖4 主機(jī)模式下FIFO分配

1、RX_FIFO

所有主機(jī)通道的接收共享這一塊FIFO，配置寄存器OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意單位為word（4Byte）。2、Non-periodic TxFIFO非周期性的主機(jī)通道發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_GNPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_GNPTXFSIZ. NPTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEPOTGFS_GNPTXFSIZ. NPTXFDEP=非周期性發(fā)送FIFO大小3、Periodic_TxFIFO周期性的主機(jī)通道發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_HPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_HPTXFSIZ.PTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP+OTGFS_GNPTXFSIZ.NPTXFDEPOTGFS_HPTXFSIZ. PTXFSIZE=周期性發(fā)送FIFO大小注意：對應(yīng)FIFO配置寄存器中FIFO大小值的單位都是word（4Byte）

OTGFS中斷結(jié)構(gòu)

圖5 OTGFS中斷結(jié)構(gòu)全局常用中斷OTGFS_GINTSTS，此寄存器中包含了主機(jī)和設(shè)備的中斷標(biāo)志，部分中斷標(biāo)志只在設(shè)備模式或者主機(jī)模式下有效。

1、設(shè)備和主機(jī)模式都有效中斷標(biāo)志

OTGFS_GINTSTS. MODEMIS：模式不匹配（主機(jī)和設(shè)備都適用）OTGFS_GINTSTS. SOF：SOF中斷（主機(jī)和設(shè)備都適用）OTGFS_GINTSTS. RXFLVL：接收FIFO非空（主機(jī)和設(shè)備都適用）OTGFS_GINTSTS. CONIDSCHG：ID線狀態(tài)變化（主機(jī)和設(shè)備都適用）OTGFS_GINTSTS. WKUPINT：喚醒信號中斷（主機(jī)和設(shè)備都適用）

2、僅主機(jī)模式下有效中斷標(biāo)志

OTGFS_GINTSTS. NPTXFEMP：非周期發(fā)送FIFO為空（主機(jī)適用）OTGFS_GINTSTS. PRTINT：主機(jī)端口中斷（主機(jī)適用）OTGFS_GINTSTS. HCHINT：主機(jī)通道中斷（主機(jī)適用）OTGFS_GINTSTS. PTXFEMP：周期性發(fā)送FIFO為空（主機(jī)適用）OTGFS_GINTSTS. DISCONINT：設(shè)備斷開（主機(jī)適用）

3、僅設(shè)備模式下有效中斷標(biāo)志

OTGFS_GINTSTS. USBSUSP：設(shè)備掛起（設(shè)備適用）OTGFS_GINTSTS. USBRST：USB復(fù)位（設(shè)備適用）OTGFS_GINTSTS. ENUMDONE：枚舉速度完成（設(shè)備適用）OTGFS_GINTSTS. ISOOUTDROP：同步OUT包丟失（設(shè)備適用）OTGFS_GINTSTS. IEPTINT：IN端點(diǎn)中斷（設(shè)備適用）OTGFS_GINTSTS. OEPTINT：OUT端點(diǎn)中斷（設(shè)備適用）OTGFS_GINTSTS. INCOMPISOIN：未完成的同步IN傳輸（設(shè)備適用）圖6 中斷處理流程

OTGFS模式

通過配置如下寄存器讓OTGFS處于OTG模式：

• OTGFS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非強(qiáng)制設(shè)備模式）
• OTGFS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非強(qiáng)制主機(jī)模式）

435/437 OTGFS可以通過檢測ID線上的狀態(tài)來確定當(dāng)前處于設(shè)備模式還是主機(jī)模式。當(dāng)ID狀態(tài)為高電平時為設(shè)備模式，當(dāng)ID狀態(tài)為低電平時為主機(jī)模式。

寄存器GINTSTS.CURMOD=0，表示當(dāng)前為設(shè)備模式寄存器GINTSTS.CURMOD=1，表示當(dāng)前為主機(jī)模式另外可以根據(jù)GINTSTS. CONIDSCHG中斷來檢測當(dāng)前ID線的狀態(tài)是否有變化，當(dāng)檢測到ID線有變化時，根據(jù)當(dāng)前的模式位（GINTSTS.CURMOD），應(yīng)用程序選擇初始化主機(jī)程序還是設(shè)備程序。圖7 OTG模式連接示意圖

設(shè)備模式

435/437 OTGFS作為設(shè)備時僅支持全速設(shè)備,不支持低速和高速設(shè)備。支持8個IN端點(diǎn)（包括端點(diǎn)0），8個OUT端點(diǎn)（包括端點(diǎn)0）。

OTGFS強(qiáng)制作為設(shè)備

通過設(shè)定如下寄存器將OTGFS強(qiáng)制作為設(shè)備：

• OTGFS_GUSBCFG.FDEVMODE=1（強(qiáng)制設(shè)備模式）
• OTGFS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非強(qiáng)制主機(jī)模式）

圖8 設(shè)備模式連接示意圖注意：綠色線表示可選連接，當(dāng)使能VBUSIG信號時，VBUS引腳可作為普通I/O。

OTGFS設(shè)備常用功能

本節(jié)介紹OTGFS作為設(shè)備模式時的一些功能。1、軟件斷開可以通過配置設(shè)備模式下的寄存器，達(dá)到讓設(shè)備斷開與主機(jī)的連接。原理是通過控制DP的上拉使能來控制連接狀態(tài)。配置OTGFS_DCTL.SFTDISCON=1，DP上拉不使能，斷開連接。配置OTGFS_DCTL.SFTDISCON=0，DP上拉使能，開始連接。2、Remote wakeup喚醒當(dāng)設(shè)備進(jìn)入掛起狀態(tài)之后，可以通過Remote wakeup功能喚醒主機(jī)。喚醒流程：

• 設(shè)置OTGFS_DCTL.RWKUPSIG=1；
• 延遲1-15ms
• 設(shè)置OTGFS_DCTL.RWKUPSIG=0；

3、忽略VBUS信號在設(shè)備模式下，可以忽略VBUS信號，此模式可以釋放VBUS引腳給其它外設(shè)使用。通過配置OTGFS_GCCFG.VBUSIG=1來忽略VBUS信號。

OTGFS設(shè)備端點(diǎn)配置

本節(jié)簡單介紹OTGFS端點(diǎn)寄存器的配置。IN端點(diǎn)配置IN端點(diǎn)寄存器OTGFS_DIEPCTLx（x為0~7）,端點(diǎn)寄存器存放端點(diǎn)的基本信息。如下是一個IN端點(diǎn)的基本配置選項(xiàng)：

• OTGFS_DIEPCTLx.MPS（最大包長度）
• OTGFS_DIEPCTLx.EPTYPE（端點(diǎn)類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）
• OTGFS_DIEPCTLxTXFNUM（發(fā)送FIFO編號，正常跟端點(diǎn)號相同）
• OTGFS_DIEPCTLx.USBACEPT（激活端點(diǎn)）
• OTGFS_DIEPCTLx.SNAK（設(shè)置端點(diǎn)為NAK狀態(tài)）
• OTGFS_DIEPCTLx.CNAK（清除端點(diǎn)NAK狀態(tài)）
• OTGFS_DIEPCTLx.STALL（設(shè)置端點(diǎn)為STALL狀態(tài)）
• OTGFS_DIEPCTLx.EPTENA（開始傳輸數(shù)據(jù)）

OUT端點(diǎn)配置OUT端點(diǎn)寄存器OTGFS_DOEPCTLx（x為0~7）,端點(diǎn)寄存器存放端點(diǎn)的基本信息。如下是一個OUT端點(diǎn)的基本配置選項(xiàng)：

• OTGFS_DOEPCTLx.MPS（最大包長度）
• OTGFS_DOEPCTLx.EPTYPE（端點(diǎn)類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）
• OTGFS_DOEPCTLx.USBACEPT（激活端點(diǎn)）
• OTGFS_DOEPCTLx.SNAK（設(shè)置端點(diǎn)為NAK狀態(tài)）
• OTGFS_DOEPCTLx.CNAK（清除端點(diǎn)NAK狀態(tài)）
• OTGFS_DOEPCTLx.STALL（設(shè)置端點(diǎn)為STALL狀態(tài)）
• OTGFS_DOEPCTLx.EPTENA（開始傳輸數(shù)據(jù)）

主機(jī)模式

435/437 OTGFS作為主機(jī)模式時支持全速/低速設(shè)備，同時支持16個主機(jī)通道。

OTGFS強(qiáng)制作為主機(jī)

通過設(shè)定如下寄存器將OTGFS強(qiáng)制作為主機(jī)，此時DP/DM下拉自動使能：

• OTGFS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非強(qiáng)制設(shè)備模式）
• OTGFS_GUSBCFG.FHSTMODE=1（強(qiáng)制主機(jī)模式）

圖9 主機(jī)模式連接示意圖

OTGFS主機(jī)常用功能

1、支持全速和低速設(shè)備

通過OTGFS_HPRT.PRTSDP判斷當(dāng)前連接的設(shè)備是全速設(shè)備還是低速設(shè)備；OTGFS_HPRT.PRTSDP=1表示全速OTGFS_HPRT.PRTSDP=2表示低速

2、復(fù)位

通過設(shè)置OTGFS_HPRT.PRTRST來設(shè)置端口復(fù)位；OTGFS_HPRT.PRTRST=1；延時10msOTGFS_HPRT.PRTRST=0；

3、掛起

通過設(shè)置OTGFS_HPRT.PRTSUP=1來設(shè)置端口掛起，此時主機(jī)停止發(fā)送SOF；

OTGFS主機(jī)通道配置

主機(jī)通道配置寄存器OTGFS_HCCHARx（x為0~15）,通道寄存器存放通道的基本信息。如下是一個通道的基本配置選項(xiàng)：

• OTGFS_HCCHARx.MPS（最大包長度）
• OTGFS_HCCHARx.EPTNUM（指示設(shè)備端點(diǎn)號）
• OTGFS_HCCHARx.EPTDIR（指示設(shè)備端點(diǎn)方向 OUT/IN）
• OTGFS_HCCHARx.LSPDDEV（低速設(shè)備）
• OTGFS_HCCHARx.EPTYPE（端點(diǎn)類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）
• OTGFS_HCCHARx.MC（周期性傳輸在每幀內(nèi)傳輸?shù)氖聞?wù)個數(shù)）
• OTGFS_HCCHARx.DEVADDR（設(shè)備地址）
• OTGFS_HCCHARx.ODDFRM（周期性傳輸奇數(shù)幀/偶數(shù)幀）
• OTGFS_HCCHARx.CHDIS（通道禁止）
• OTGFS_HCCHARx.CHENA（通道使能）