运动控制器36：STM32的USB_OTG模块的功能和设备模式

OTG模块介绍

• FS：全速模式
• LS：低速模式
• OTG：ON THE GO
• OTG_FS为双重角色设备，主机模式+VBUS电荷泵

OTG_FS主要功能

通用功能

• 支持USB2.0
• 支持OTG协议
• 通过软件设置，设计成为：USB全速B类设备，USB主机A类设备和USB OTG的双重角色设备
• 支持全速通信的SOF信号和低速通信的保持有效信号
• 支持省电模式
• 提供1.25K字节专用RAM和高级FIFO
• 不需要系统介入情况下，保证一个帧的流量

主机模式

• 外置VBUS
• 最多支持8个通道
• 内置硬件调度器
• 专用FIFO

设备模式

• 双向控制端点
• 3个IN端点
• 3个OUT端点
• 发送FIFO和接收FIFO
• 4个专用IN FIFO
• 支持软件断开

OTG_FS功能描述

框图如下：

USB1.png

主要模块包括了全速控制器和全速PHY物理接口

全速控制器

控制获得48M时钟，和系统时钟通过FIFO对接，FIFO的大小为1.25K字节。

全速PHY物理接口

物理接口管理四个引脚：

• DP：内置上下拉，由FS控制器来设置不同类型的需求
• DM
• ID：用于区分A类和B类设备，
• Vbus：内置检测器，用于测试UBUS的有效性

OTG双角色设备

• ID用于检测插入的线是B端还是A端，从而判断是主机还是设备。
• 全局配置的HNP使能位，动态的控制OTG_FS在A类主机和设备，B类主机和设备做动态切换。
• SRP可以作为A类设备时关闭VBUS以节能，具体看编程

USB设备模式

设备状态

• 上电状态:当VBUS检测到有效电平后，USB作为设备进入上电状态，此时OTG_FS等待复位信号，接收到复位信号后，产生中断，并进入默认状态。
• 软件断开：可以设置断开位，移除DP的上拉电阻，从而实现断开。
• 默认状态：等待SET_ADDRESS命令，进入地址状态以后，等待主机发起传输
• 3ms空闲后，产生挂起中断，从而FS控制进入挂起状态，从挂起状态，可以设置WKUPINT或由远程来控制此位，并在15ms内清除此位唤醒。

设备端点

如果按照USB协议栈的层次划分

• 一个Host可能有一个或者多个Device
• 一个Device可能有一个或者多个Interface
• 一个Interface可能有一个或者多个Endpoint

1. 首先端点跟信号线没任何关系，如果对应到TCP/IP协议栈的话，类似于TCP/UDP里的端口概念
2. 。Host（主机）连的是Device（设备），这一层是走物理连接的，也就是这个信号线。对应到网络协议栈，就是两台主机，或者服务器-客户机这种层次（USB线相当于网线）。Device（设备）下可能有多个Interfece（接口），从这开始都是逻辑概念了，一个Interface，可以理解为像两个联网的电脑上里不同的通信软件，比如有浏览器，有QQ，每个Interface模拟一个设备功能，比如集成了键盘和鼠标的USB设备，里面就是两个interface，一个是键盘，另一个是鼠标。Interface之间通常是隔离的，互相不干扰。
3. 每个Interface（接口）下面有一个或者多个Endpoint（端点），这也是逻辑概念，比如QQ要通信，可能开好几个端口，同样U盘要跟主机通信，要有控制信号和数据信号，这些都是不同的端点。端点是USB设备通信的基本单位，所有通信几乎都是从端点发起的。

作为USB设备，一共有7个端点，一个控制，3个输入和三个输出：

1. 控制端点：双向，IN和OUT独立控制，包括配置，控制和中断三个寄存器
2. 输入端点：同步，块传输和中断传输，同样有三个寄存器，中断可屏蔽。
3. 输出端点：同输入。

下面对配置，传输和中断做分别介绍：

1. 配置
   • 端点使能
   • 激活端点
   • 传输类型（同步，块传输和中断）
   • 最大的USB包
   • 与端点匹配的FIFO
   • 数据包大小
   • 帧的奇偶，用于校验
   • 可选响应，和CRC校验
2. 传输
   • 设置传输长度和查询状态，只需要设置单词的长度以及数据包数量。
3. 中断
   • 作为传输，有状态和中断可以设置和传输，具体见库函数。

关于USB的三种协议

1. USB1.0规格：频宽为1.5Mbps.不过因为当时支持USB的周边装置少的可怜，所以主机板商不太把USB Port直接设计在主机板上。
2. 速度暴增的USB2.0规范：规范把外设数据传输速度提高到了480Mbps
3. 双发双收的USB3.0规范：USB3.0的最大传输带宽高达5.0Gbps(640MB/s),USB3.0 引入全双工数据传输。

关于USB的三类数据线

1. USB Type A:就是我们电脑的那种接口，和鼠标的那种公座.
2. USB Type B:有三种，一种是粗型，工业上多一些，另外是以前MP3的MINI USB以及安卓现在普遍用的MICRO USB_B

3. USB Type C:支持正反插入，支持到10G速度，以及电流3A!!!

   
   
   

   USB2.png