OTG -- 初识STM32F407 OTG（一）

目录

前沿

1 OTG简介

2 STM32F407 OTG简介

2.1 STM32F407 OTG_FS简介

2.1.1 引脚定义

2.2 STM32F407 OTG_HS简介

2.2.1 OTG_HS内部全速PHY引脚定义

2.2.2 OTG_HS外部高速PHY ULPI接口讲解

3 STM32F407 OTG模块总结

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前沿

USB专栏对USB的协议、USB Device模式及STM32F103系列单片机USB模块的功能及代码进行了详细的讲解，本专栏将对STM32F407 OTG模块进行一个系列的讲解，主要围绕以下讲解：

• STM32F407 OTG模块的组成
• ULPI简介
• OTG代码获取及代码讲解

1 OTG简介

OTG是一款双角色（DRD）控制器，同时支持USB主机和USB从机模式，主要是通过ID线来区别该设备是主机设备还是从机设备。同时OTG也支持HNP和SRP协议，也就是主机协商和会话请求协议，个人认为这两个协议比较鸡肋，使用比较少，所以不展开讲有关这两个协议涉及到的内容。

2 STM32F407 OTG简介

从STM32F40x的数据手册可知，STM32F407有两个OTG模块，分别是USB OTG FS和USB OTG HS。主要区别在于前者支持的最大通信速度为12Mbps（全速模式），后者支持的最大通信速度为480Mbps（高速模式）。

2.1 STM32F407 OTG_FS简介

打开STM32F407的用户手册，查看OTG_FS框图，如下所示：

框图分为两部分，一部分是MCU内部结构，另一部分为OTG_FS引出的接口。MCU内部结构是我们不需要关心的部分，这个是芯片设计人员关注的问题。

从MCU内部结构可看出，USB2.0 OTG FS core通过UTMIFS接口与OTG FS PHY通信，所以此设备只支持全速（12Mbps）通信。

2.1.1 引脚定义

从上图可知，开放给嵌入式软件工程师的接口为OTG_FS_DP、OTG_FS_DM、OTG_FS_ID、OTG_FS_VBUS和OTG_FS_SOF引脚，所以我们只需要关注这几条信号线即可（内部的UTMIFS接口可以不关注），引脚对应的功能如下：

Pin脚	功能	备注
PA8	OTG_FS_SOF	SOF输出引脚，对于全速/低速设备，输出的频率为1KHz
PA9	OTG_FS_VBUS	VBUS引脚，通过寄存器选择外部VBUS供电还是内部VBUS供电
PA10	OTG_FS_ID	ID引脚，拉高/浮空为设备模式，拉低为主机模式
PA11	OTG_FS_DM	差分信号负端
PA12	OTG_FS_DP	差分信号正端

2.2 STM32F407 OTG_HS简介

此框图主要描述了OTG的三大部分：

• OTG HS内核部分
• OTG FS PHY部分
• ULPI接口部分

OTG HS内核部分不是我们这里关注的要点，主要关注OTG FS PHY部分和ULPI接口部分。

2.2.1 OTG_HS内部全速PHY引脚定义

OTG HS模块中的OTG FS PHY可以理解为OTG FS模块中的PHY，他俩的PHY是同一类PHY，都是通过UTMI接口进行通信的，因为在芯片内部，所以我们只关心PHY模块引出的引脚，OTG_HS_DP、OTG_HS_DM、OTG_HS_ID、OTG_HS_VBUS、OTG_HS_SOF。

Pin脚	功能	备注
PA4	OTG_HS_SOF	SOF输出引脚，对于全速/低速设备，输出的频率为1KHz
PB13	OTG_HS_VBUS	VBUS引脚，通过寄存器选择外部VBUS供电还是内部VBUS供电
PB12	OTG_HS_ID	ID引脚，拉高/浮空为设备模式，拉低为主机模式
PB14	OTG_HS_DM	差分信号负端
PB15	OTG_HS_DP	差分信号正端

2.2.2 OTG_HS外部高速PHY ULPI接口讲解

此接口需要外挂一个USB的PHY芯片，这个芯片我们一般使用USB3318和USB3300等芯片，都是支持高速USB的，通过我们配置STM32F407的OTG HS寄存器，进一步在ULPI总线上下发命令来配置这类型的PHY芯片，他们支持的协议都是一样的，所以使用相同的STM32F407 OTG程序，能够完全驱动这两款PHY芯片，进而实现USB的通信。

Pin脚	功能	备注
PA5	ULPI_CLK	MCU时钟输入，固定60M
PC0	ULPI_STP	MCU在一个时钟周期内触发STP，以停止当前总线上的数据流。如果MCU正在向PHY发送数据，STP表示数据的最后一个字节在前一个周期中位于总线上。
PC3	ULPI_NXT	限制数据。当MCU向PHY发送数据时，NXT指示当前字节何时已被PHY接受。MCU在下一个时钟周期中将下一个字节放置在数据总线上。
PC2	ULPI_DIR	控制数据总线的方向。当PHY有数据要传输到链路时，它将DIR驱动到高电平以获得总线的所有权。当PHY没有要传输的数据时，它将DIR驱动为低电平，并监视总线以获取来自链路的命令。
PA3	ULPI_D0	双向数据总线
PB0	ULPI_D1	双向数据总线
PB1	ULPI_D2	双向数据总线
PB10	ULPI_D3	双向数据总线
PB11	ULPI_D4	双向数据总线
PB12	ULPI_D5	双向数据总线
PB13	ULPI_D6	双向数据总线
PB5	ULPI_D7	双向数据总线

其实以上MCU的引脚定义我们也不必太多关注，只需要把PHY芯片的对应引脚接入MCU对应的引脚即可。

3 STM32F407 OTG模块总结

STM32F407 有两个OTG模块，分别是OTG FS和OTG HS。

• OTG FS内置全速PHY芯片，通过引脚PA11和PA12进行通信
• OTG HS分为两个部分，一部分是内置全速PHY芯片，通过引脚PB14和PB15进行通信；另一部分是通过ULPI接口外挂一个高速PHY芯片（如USB3318或USB3300），通过高速芯片进行USB的通信