USB On—The-Go在移動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

摘要：USB On—The-Go(OTG)技術(shù)擴(kuò)展了便攜式設(shè)備之間的連通性，USB OTC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)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。

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．O(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。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USBOTG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(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-BoleDevice)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。

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。

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 Protoc01)、會議請求協(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，實(shí)現(xiàn)二者之間的主從轉(zhuǎn)換。會議請求協(xié)議(SRP)可在會議開始的一個(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。

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。

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USBOTG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引人到開發(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。