CN101359316A - 一种实现通用串行总线usb otg的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现通用串行总线USB OTG的方法：处理器通过第二GPIO接口对主从识别接口信号进行检测；判断主从识别接口信号上的电平；如果主从识别接口信号为低电平，则启动USB主设备控制器；如果主从识别接口信号为高电平，则启动USB从设备控制器。同时还公开了一种实现通用串行总线USB OTG的装置，包括处理器、多个模拟开关、电源模块和MINI_AB接口模块，其中，处理器包括USB主设备控制器、USB从设备控制器、四个GPIO接口、两个数据接口信号、电源接口信号和主从识别接口信号。通过本发明为用户提供一套电路简单、成本低廉、使用方便、应用范围广、性能稳定的通用串行总线USB OTG解决方案。
Description
技术领域
本发明主要涉及计算机数据通讯领域，尤其涉及一种实现通用串行总线USB OTG的方法及装置。
背景技术
通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)OTG(On The Go)技术，是指具有USB接口的设备在没有计算机的条件下直接进行数据通信的一种技术，其目的是使外设设备以主机的身份与另外一组特定的外设设备直接进行数据通信。2001年年底，USB开发者论坛发布了专门用于USB外设设备间“可移动互连”的USB2.0协议的补充规范，即USB OTG规范，该规范包括以下几点：
支持设备之间的点对点通信，尤其对于数据通信两端的设备都支持USBOTG规范的情况，提出了支持主从角色自动切换的主机流通协议HNP(HostNegotiation Protocol)，通过该协议确定主从设备，从而实现主从设备之间可靠的点对点通信。支持USB OTG规范的设备常被称为双角色设备(DRD，DualRole Device)，它们在与其外部连接设备为主设备的情况下，自动切换为从设备模式；在与其外部连接设备为从设备模式下，自动切换为主设备模式。
USB OTG规范采用MINI_AB硬件接口标准，图1为USB OTG规范中MINI_AB硬件接口标准接线图，该MINI_AB接口标准通过定义五脚接口和五线电缆进行数据传输。图1包括第一MINI_AB插槽101、MINI_A插头102、MINI_B插头103和第二MINI_AB插槽104。其中，MINI_A插头102和MINI_B插头103除了传统的VBUS、D+、D-、GND四个管脚外，还包括第五个管脚为管脚ID，管脚ID决定了设备初始化时的主从设备角色：在MINI_A插头102中，管脚ID短路接地，所连设备被初始化为主设备；在MINI_B插头103中，管脚ID悬空，所连设备被初始化为从设备。当然，如果插头为MINI_AB插头，则所连设备的主从角色可以根据主、从设备转换协议HNP进行相互转换。
USB OTG规范为支持低功耗控制还提出了事务请求协议SRP(ServiceRequest Protocol)，该规范要求主设备为VBUS提供5V电源和不少于8mA的电流，而在没有连接从设备的情况下将关闭VBUS电源，并且根据不同的数据流控制主设备调节VBUS的电流输出大小，以节省功耗。
目前，具有USB OTG功能的设备包括两种，具体如下：
一种是由具有主从功能切换的处理器与USB OTG转发器共同组成的设备，其中，处理器可以是专用集成电路(ASIC，Application Specific IntegratedCircuits)主控芯片，该主控制芯片不具备USB收发(transceiver)功能，其接口为普通的CMOS逻辑接口；USB OTG转发器包括转发模块、USB电荷泵和ID检测模块等，用以提供相关的工作电源及主从设备的识别，以及USBTransceiver等外部接口功能，处理器与USB OTG转发器之间采用USB接口通讯。
图2为现有技术中第一种具有USB OTG功能的设备结构框图，图中包括：处理器201、芯片MAX3301E 202和MINI_AB硬件接口模块203。
处理器201通过I2C接口控制芯片MAX3301E 202。
芯片MAX3301E 202为USB OTG转发器，其内部集成了转发模块、ID检测模块和电荷泵，其外部与MINI_AB硬件接口模块203连接，其中，
转发模块支持单端和差分两种转发模式，通过管脚DAT_VP、SE0_VM来实现两种模式的上下行数据收发，管脚VP、VM在下行数据接收时，可作为管脚D+和D-的镜像信号送到处理器中；
ID检测模块用于检测管脚ID上的电平信号，具体如下：
当外部USB设备将MINI_B插头插入MINI_AB硬件接口模块202，ID检测模块将检测到管脚ID上的电平信号为高电平，表示处理器201应该为从设备，芯片MAX3301E通过管脚INT产生中断信号给处理器201，处理器201收到中断信号后进行从设备模式的配置，包括：关闭VBUS电源，配置管脚D+和D-所在数据线的上拉功能等。
当外部USB设备将MINI_A插头插入MINI_AB硬件接口模块202，ID检测模块将检测到管脚ID上的电平信号为低电平，表示处理器201应该为主设备，芯片MAX3301E通过管脚INT产生中断信号给处理器201，处理器201收到中断后再进行从设备模式的配置，包括：打开VBUS电源，配置管脚D+和D-所在数据线的下拉功能等。
处理器进行主、从设备状态的切换过程具体如下：
当处理器201处于从设备状态时，可以通过配置VBUS的上拉寄存器对VBUS充电，产生SRP协议所需要的VBUS脉冲，发起会话请求信号，实现由从设备状态到主设备状态的转换。
当处理器201处于主设备状态时，可以通过配置相应寄存器由电荷泵产生VBUS电源，当不需要与外部设备进行数据传输时，还可以配置相应寄存器关闭VBUS电源以达到省电目的。
本设备支持SRP协议，MAX3301E 202通过寄存器检测数据线上是否有高脉冲，如果有，则表示处于从设备状态的外部设备发起SRP请求，MAX3301E202随即发送中断给处理器201，处理器201配置相应寄存器打开VBUS电源，实现对外部设备会话请求的响应。
本设备还支持HNP协议，处理器201通过响应芯片MAX3301E 202发出的中断，检测到从设备已关闭管脚DP所在数据线上的上拉功能后，通过I2C接口配置芯片MAX3301E 202的上拉控制寄存器，打开管脚DP所在数据线的上拉功能，完成主从设备角色的转换，一旦检测到总线空闲时，可以再次通过I2C接口关闭上拉功能，然后通过接收从设备的响应，再次切换到主设备状态。
另一种是由处理器与USB OTG控制器共同组成的设备，其中，处理器为不包含USB功能模块的普通处理器；USB OTG控制器集成了USB主、从控制器、OTG控制器、电荷泵等外部接口电路。处理器和USB OTG控制器之间采用外部总线接口实现通讯，以支持USB接口在全速和低速模式下的数据传输。
随着手持设备对USB OTG功能需求的日益增大，越来越多的公司相继推出了USB OTG控制芯片，如飞利浦公司的ISP1362以及OXFORD公司TD1120等，这些芯片内部均集成了USB OTG控制器、USB主设备控制器4011和USB从设备控制器等，通用微处理器通过控制USB OTG控制芯片实现USB OTG功能。
图3为现有技术中第二种具有USB OTG功能的设备结构框图，图中包括：微处理器301、USB OTG控制芯片302和MINI_AB硬件接口模块303，其中，USB OTG控制芯片302包括外部总线接口模块3021、主设备控制器3022、主控缓存3023、OTG控制器3024、从设备控制器3025、从控缓存3026、OTG收发模块3027和电荷泵3028。
微处理器301通过外部总线接口模块3021实现对USB OTG控制器芯片302的控制，
微处理器301读取外部设备发送的数据，过程如下：
外部设备与MINI_AB硬件接口模块303连接，其发送的数据经OTG收发模块3027到达OTG控制器3024，OTG控制器3024根据外部设备的设备状态，将数据发送到对应的缓存中，如果外部设备处于从设备状态，则表示处理器301处于主设备状态，此时，OTG控制器3024将数据转发给主设备控制器3022，主设备控制器3022接收数据并存入主控缓存3023中，微处理器301通过外部总线接口模块3021读取主控缓存3023中的数据，从而完成对外部设备的读操作。如果外部设备处于主设备状态，则表示处理器301处于从设备状态，此时，OTG控制器3024将数据转发给从设备控制器3025，从设备控制器3025接收数据并存入从控缓存3026中，微处理器301通过外部总线接口模块3021读取从控缓存3026中的数据，从而完成对外部设备的读操作。
微处理器301向外部设备发送数据，过程如下：
微处理器301通过外部总线接口模块3021向OTG控制器3024发送数据，OTG控制器3024根据微处理器的设备状态，将数据发送到对应的缓存中，如果微处理器301处于主设备状态，OTG控制器3024将数据转发给主设备控制器3022，主设备控制器3022接收数据并存入主控缓存3023中；如果微处理器301处于从设备状态，OTG控制器3024将数据转发给从设备控制器3025，从设备控制器3025接收数据并存入从控缓存3026中，然后由OTG控制器3024通过OTG收发模块3027将对应缓存中的数据经MINI_AB硬件接口模块303发送给外部设备。
另外，外部总线接口模块3021上的管脚INT1、INT2分别用于主设备控制器3022、从设备控制器3025发送给微处理器的中断信号；管脚DREQ1、DREQ2分别用于主设备控制器3022、从设备控制器3025向微处理器发送的DMA搬移请求信号。管脚DACK1/、DACK2/分别用于微处理器在启动DMA搬移操作后向主设备控制器3022和从设备控制器3025发送的DMA搬移操作响应，以便USB OTG控制芯片302可以继续转发外部设备侧的数据。
OTG控制器3024通过检测外部USB_ID信号的电平状态判断USB OTG控制芯片302所处的设备模式，对数据线的上拉、下拉控制，以及控制电荷泵3028产生5V VBUS电压。
本设备支持HNP协议，如果当前微处理器301处于主设备模式时，微处理器301在收到相应中断后通过查询相应数据线的状态寄存器，判断外部设备是否发起了HNP请求，如果是，则通过配置USB OTG控制芯片302的相关寄存器打开管脚DP所在数据线的上拉功能，并将控制器配置为从设备模式，而当查询相关寄存器发现处于主设备模式的外部设备挂起总线时，将通过配置寄存器关闭管脚DP所在数据线的上拉功能，发起HNP请求，在外部设备的响应配合下再次切换到主设备模式。
本设备也支持SRP协议，微处理器301在从设备模式下，通过配置相关寄存器发送数据脉冲或VBUS脉冲，发起SRP请求；在主设备模式下，由于USB OTG控制芯片302内部集成了VBUS脉冲检测电路和数据脉冲检测电路，OTG控制器3024一旦检测到外部设备发起的脉冲信号，将产生中断给微处理器301，然后由微处理器301通过配置相关寄存器打开VBUS电源，响应SRP请求。
综上所述，对于第一种具有USB OTG功能的设备，其将USB主、从设备控制器和USB转发电路进行分离，并将USB转发电路和USB OTG控制器设计成控制器芯片，这种方案对于早期的难于集成转发电路的数字处理器或ASIC比较适合，而随着芯片的模数混合工艺的发展，目前用于PDA或手机终端的大部分处理器都已经实现了完整的USB主、从设备控制器电路，即USB控制器与USB转发电路被集成在一起，因此，该设备因其繁琐的控制接口，需要两块专用芯片的高成本以及与现有处理器接口不匹配等缺点，已经无法适应基于目前的手机或PDA等手持设备平台实现USB OTG功能的需求。
对于第二种具有USB OTG功能的设备，由于其中所用的USB OTG控制芯片已经集成了主、从控制器模块，因此，对于带有主、从控制器的处理器平台，必将浪费掉一套主、从控制器，造成成本的增加。另外，由于控制和数据访问将占用处理器的异步总线，从而造成其他异步总线接口设备与USB设备访问之间的总线竞争，大大影响了系统的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现通用串行总线USB OTG的方法及装置，通过该装置达到为用户提供一套电路简单、成本低廉、使用方便、应用范围广、性能稳定的通用串行总线USB OTG解决方案的目的。
本发明提供了一种实现通用串行总线USB OTG的方法，包括：
处理器通过第二GPIO接口对主从识别接口信号进行检测；
判断主从识别接口信号上的电平；
如果主从识别接口信号为低电平，则启动USB主设备控制器；
USB主设备控制器将第一GPIO接口配置为高电平，将第四GPIO接口配置为低电平；第一GPIO接口触发第一模拟开关切换至第一通道，使电池电源成为电源模块的输入电压；触发第二模拟开关切换至第一通道，开启对第一数据接口信号所在数据线的下拉控制；触发第三模拟开关切换至第一通道，开启对第二数据接口信号所在数据线的下拉控制；第四GPIO接口触发第四模拟开关切换至第二通道，关闭对第一数据接口信号所在数据线的上拉控制，处理器进入主设备状态；
如果主从识别接口信号为高电平，则启动USB从设备控制器；
USB从设备控制器将第一GPIO接口配置为低电平，将第四GPIO接口配置为高电平；第一GPIO接口触发第一模拟开关切换至第二通道，使MINI_AB接口模块的电源接口信号与电源模块的输入端建立连接，外部设备通过该电源接口信号向电源模块供电；触发第二模拟开关切换至第二通道，关闭对第一数据接口信号所在数据线的下拉控制；触发第三模拟开关的使能端将第三模拟开关切换至第二通道，关闭对第二数据接口信号所在数据线的下拉控制；第四GPIO接口触发第四模拟开关切换至第一通道，开启对第一数据接口信号所在数据线的上拉控制，处理器进入从设备状态。
该方法所述第一GPIO接口配置为高电平后，打开电荷泵，为MINI_AB接口模块的电源接口信号供电；
该方法所述第一GPIO接口配置为低电平后，关闭电荷泵。
该方法所述启动USB主设备控制器后，关闭USB从设备控制器；
该方法所述启动USB从设备控制器后，关闭USB主设备控制器。
该方法所述处理器对第一数据接口信号所在的数据线进行检测，在检测到该数据线处于空闲状态的时间超过预定时间后，关闭对该数据线的上拉控制，使该第一数据接口信号上的电平从高电平跳转到低电平，在第三GPIO接口上产生一个下降沿，该下降沿将触发处理器产生中断，将第一GPIO接口配置为低电平，触发第二模拟开关切换到第一通道，打开第一数据接口信号所在数据线上的上拉功能；
外部设备根据第一数据接口信号所在数据线为高电平，第二数据接口信号所在数据线为低电平，确定处理器响应其发起的主机流通HNP请求，由从设备模式转换为主设备模式。
该方法所述在第三GPIO接口上产生一个下降沿后，处理器在预定时间内没有再次检测到第三GPIO接口上的下降沿，则确定该次下降沿中断为外部设备请求切换成主设备的信号。
该方法所述处理器处于主设备模式时，通过检测第一数据接口信号所在数据线上的脉冲信号，响应处于从设备模式下的外部设备发出的事务请求协议SRP请求，将第一GPIO接口配置为高电平，完成对外部设备的SRP请求的响应；
该方法所述处理器处于从设备模式时，通过将接口第一GPIO接口配置为高低脉冲信号在MINI_AB接口模块的电源接口信号上产生脉冲信号或者将第四GPIO接口配置为高低脉冲信号产生数据脉冲，向外部设备发起SRP请求。
本发明还提供了一种实现通用串行总线USB OTG的装置，包括：
处理器，包括USB主设备控制器、USB从设备控制器、第一GPIO接口、第二GPIO接口、第三GPIO接口、第四GPIO接口、第一数据接口信号、第二数据接口信号、电源接口信号和主从识别接口信号；
MINI_AB接口模块，包括第一数据接口信号、第二数据接口信号、电源接口信号和主从识别接口信号，其中，第一数据接口信号与处理器的第一数据接口信号连接，第二数据接口信号与处理器的第二数据接口信号连接，主从识别接口信号与第二GPIO接口连接；
其特征在于，还包括：
第一模拟开关，包括使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与所述第一GPIO接口连接，所述第一输入端口与所述电池电源接口连接，所述第二输入端口与所述MINI_AB接口模块的电源接口信号连接；
第二模拟开关，包括使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与所述第一GPIO接口连接，所述第一输入端口接地，所述第二输入端口悬空，所述输出端口经电阻与所述第一数据接口信号所在数据线连接；
第三模拟开关，包括使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与所述第一GPIO接口连接，所述第一输入端口接地，所述第二输入端口悬空，所述输出端口经电阻与所述第二数据接口信号所在数据线连接；
第四模拟开关，包括：使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与第四GPIO接口连接，所述第一输入端口与电源模块的电压输出端连接，所述第二输入端口悬空，所述输出端口经电阻与第一数据接口信号所在数据线连接；
电源模块，其一端与第一模拟开关的输出端口相连，另一端作为电压输出端，与处理器的电源接口信号连接，为处理器提供工作电压。
该装置进一步包括电荷泵，其一端与所述第一GPIO接口连接，另一端与所述MINI_AB接口模块的电源接口信号连接，用于为处理器和外部设备供电。
该装置所述MINI_AB接口模块的主从识别接口信号还与上拉电源连接，使该主从识别接口信号所在的数据线被上拉为高电平，使装置处于从设备状态。
本发明所述实现通用串行总线USB OTG的方法及装置，在现有的带有USB主、从设备控制器的便携式或手持设备的硬件平台上，通过增加电源芯片和模拟开关，实现设备的USB OTG功能，达到为用户提供一套电路简单、成本低廉、使用方便、应用范围广、性能稳定的USB OTG解决方案的有益效果。
附图说明
图1为USB OTG规范中MINI_AB硬件接口标准接线图；
图2为现有技术中第一种具有USB OTG功能的设备结构框图；
图3为现有技术中第二种具有USB OTG功能的设备结构框图；
图4为本发明具体实施例中具有USB OTG功能的装置结构框图。
具体实施方式
本发明在现有基带处理芯片或应用处理芯片已经实现了USB主从设备控制器功能但尚未实现USB OTG功能的前提下，提出了一种在处理器芯片外部采用简单的控制电路和电源电路，以配合处理器芯片实现USB OTG功能，即自动识别出外部设备所处的设备模式，并根据识别结果将主处理器切换到与外部设备对应的设备模式。同时，根据USB OTG规范的要求，支持HNP协议和SRP协议。
下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。
本发明在本身具有USB主、从设备控制器的基带处理器或应用处理器基础上，通过增加4个单通道模拟开关及一颗电源芯片，并搭配处理器上的4个通用可编程输入输出(GPIO，General Purpose Input Output)接口，通过简单的控制信号控制外围电路，完成处理器在主、从设备状态之间的转换，从而实现USB OTG的硬件功能，同时支持USB OTG规范中的SRP协议和HNP协议。
图4为本发明具体实施例中具有USB OTG功能的装置结构框图，图中包括：处理器401、模拟开关402、模拟开关403、模拟开关404、模拟开关405、MINI_AB接口模块406、电源模块407和电荷泵408。
处理器401包括USB主设备控制器4011、USB从设备控制器4012和4个GPIO接口GPIO_A、GPIO_B、GPIO_C和GPIO_D。
MINI_AB接口模块406，用于与外部设备连接的硬件接口，包括四个接口信号，两个数据接口信号USB_DP和USB_DM、电源接口信号USB_VBUS和主从识别接口信号USB_ID。
处理器401采用接口GPIO_A、GPIO_B、GPIO_C和GPIO_D对设备中外围电路进行检测和控制，其中，
处理器401通过接口GPIO_B对USB_ID信号进行检测，具体如下：
当处理器401通过接口GPIO_B检测到USB_ID接口信号为低时，启动USB主设备控制器4011，关闭USB从设备控制器4012，根据USB OTG规范对主设备的要求，USB主设备控制器4011将接口GPIO_A配置为高电平，从而打开电荷泵408生成接口电压USB_VBUS，同时使模拟开关402、403、404均切换到A通道，其中，
模拟开关402切换到A通道，使电池电源电压VBAT成为电源模块407的输入电压。
模拟开关403切换到A通道，开启对USB_DP接口信号所在数据线的下拉控制。
模拟开关404切换到A通道，开启对USB_DM接口信号所在数据线的下拉控制。
另外，USB主设备控制器4011将接口GPIO_D配置为低电平，使模拟开关405切换到B通道，从而关闭对USB_DP接口信号所在数据线的上拉控制。
当主处理器401通过接口GPIO_B检测到USB_ID接口信号为高时，启动USB从设备控制器4012，关闭USB主设备控制器4011，根据USB OTG规范对从设备的要求，USB从设备控制器4012将接口GPIO_A配置为低电平，从而关闭电荷泵408，同时使模拟开关402、403、404均切换到B通道；其中，
模拟开关402切换到B通道，使USB_VUSB接口电压成为电源模块407的供电电压，USB_VUSB接口电压通常为5V。
模拟开关403切换到B通道，关闭对USB_DP接口信号所在数据线的下拉控制。
模拟开关404切换到B通道，关闭对USB_DM接口信号所在数据线的下拉控制。
另外，USB从设备控制器4012将接口GPIO_D配置为高电平，使模拟开关405切换到A通道，从而开启对USB_DP接口信号所在数据线的上拉控制。
在装置刚启动上电时，接口GPIO_A被下拉为低电平，接口GPIO_D被处理器配置为高电平。由于接口GPIO_A被下拉为低电平，因此，电荷泵408处于关闭状态，模拟开关402、403、404均处于B通道导通状态。由于GPIO_D被配置为高电平，因此，模拟开关405处于A通道导通状态。其中，
模拟开关402处于B通道导通状态，使得USB_VUSB接口电压成为电源模块407输入电压，产生3.3V电压提供给处理器401中的USB主设备控制器4011H和从设备控制器4012。
模拟开关403处于B通道导通状态，使得对USB_DP接口信号所在数据线的下拉控制被关闭。
模拟开关404处于B通道导通状态，使得对USB_DM接口信号所在数据线的下拉控制被关闭。
模拟开关405处于A通道导通状态，使得对USB_DP接口信号所在数据线的上拉控制被开启。
而此时的USB_ID接口信号由于接10K电阻被上拉为VDDIO_3V，而成为高电平，因此，处理器401及整个外围电路均处于从设备模式状态。
当MINI_AB接口模块406插入MINI_B插头时，由于MINI_B插头中USB_ID接口信号所对应的管脚被悬空，所以处理器401及其外围接口电路仍然保持从设备模式不变，同时由带有MINI_A接口的外部设备为USB_VBUS供电，从而进一步通过USB_VBUS对电源模块407供电，使电源模块407产生USB从设备控制器4012所需要的3.3V电压，这样，处理器401中的USB从设备控制器4012开始与外部设备的USB设备控制器完成设备模式转换，进行后续的数据交互。
当MINI_AB接口模块406插入MINI_A插头时，由于MINI_A插头中USB_ID接口信号被短接到GND，这样USB_ID接口信号将从刚启动上电时的高电平变成低电平，从而启动USB主设备控制器4011，关闭USB从设备控制器4012，同时在与USB_ID接口信号相连的接口GPIO_B上将产生一个下降沿，此时主处理器401根据接口GPIO_B上的下降沿触发边沿中断，将接口GPIO_A配置为高电平，从而使模拟开关402、403、404均切换到A通道，同时打开电荷泵408产生接口电压USB_VBUS。其中，
模拟开关403切换到A通道，开启对USB_DP接口信号所在数据线的下拉控制。
模拟开关404切换到A通道，开启对USB_DM接口信号所在数据线的下拉控制。
模拟开关402切换到A通道，使VBAT电压成为电源模块407的供电电压，即USB主设备控制器4011采用VBAT通过电源模块407生成的3.3V电压开始工作。
这样，处理器401中的USB主设备控制器4011开始与外部设备的USB设备控制器完成设备模式转换，进行后续的数据交互。
本发明所述的装置支持HNP协议，即保证在两套OTG设备在连接的状态下可以根据需要灵活的交换主从角色，实现双角色设备功能。具体如下：
当处于主设备模式下的处理器401，在完成相应的总线交互，处于空闲状态时，将打开接口GPIO_C的中断功能，此时，当外部设备检测到总线处于空闲状态超过预定时间5ms时，将关掉其USB_DP接口信号所在数据线上的上拉功能，USB_DP接口信号上的电压将从数字高电平跳转到数字低电平，进而在接口GPIO_C上产生一个下降沿触发处理器401的中断，处理器401在检测到下降沿中断后，在预定时间2ms内没有检测到第二次下降沿中断，则确定该次中断为外部设备请求切换成主设备的信号，于是处理器401将接口GPIO_A配置为低，从而将模拟开关403切换到A通道，进而打开USB_DP接口信号所在数据线上的上拉功能，此时，外部设备将检测到USB_DP接口信号所在数据线处于高电平，而USB_DM接口信号所在数据线处于低电平，这表明处理器401已经确认了外部设备发起的HNP请求，并且完成主从角色的转换，此时，外部设备转换到主设备模式，处理器401转换到从设备模式，外部设备和处理器401将能够进行总线复位并发起相应的总线数据交互；
同理，当外部设备完成总线使用后，处理器401通过对总线进行检测，当总线空闲超过预定时间5ms时，处理器401通过配置接口GPIO_A，关闭USB_DP接口信号所在数据线的上拉功能，发起HNP请求，外部设备在检测到USB_DP接口信号所在数据线的下拉控制被关闭时，响应处理器401发出的HNP请求，从主设备模式转换到从设备模式，处理器401将重新转换为主设备模式。
本发明所述的装置还支持SRP协议，即尽量节省能耗，延长装置的使用时间。具体如下：
处于主设备模式的处理器401检测到总线空闲时间超过预定时间时，将接口GPIO_A配置为低电平，从而关闭电荷泵，即关闭USB_VBUS电压，进入省电模式；处于从设备的外部设备将关闭USB_DP接口信号所在数据线的上拉功能，从而使处理器401和外部设备均处于省电状态；
当处理器401处于主设备模式时，其通过检测USB_DP接口信号所在数据线上的脉冲信号，响应处于从设备模式下的外部设备发出的SRP请求，即在预定时间2ms内，如果检测到多个连续的下降沿中断时，则将接口GPIO_A配置为高电平，从而打开VBUS电压，完成对SRP请求的响应；
当处理器401处于从设备模式时，其通过将接口GPIO_A配置高低脉冲信号，从而产生USB_VBUS的脉冲信号或者将接口GPIO_D配置高低脉冲信号产生数据脉冲，向处于主设备模式下的外部设备发起SRP请求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现通用串行总线USB OTG的方法，其特征在于，包括：
处理器通过第二GPIO接口对主从识别接口信号进行检测；
判断主从识别接口信号上的电平；
如果主从识别接口信号为低电平，则启动USB主设备控制器；
USB主设备控制器将第一GPIO接口配置为高电平，将第四GPIO接口配置为低电平；第一GPIO接口触发第一模拟开关切换至第一通道，使电池电源成为电源模块的输入电压；触发第二模拟开关切换至第一通道，开启对第一数据接口信号所在数据线的下拉控制；触发第三模拟开关切换至第一通道，开启对第二数据接口信号所在数据线的下拉控制；第四GPIO接口触发第四模拟开关切换至第二通道，关闭对第一数据接口信号所在数据线的上拉控制，处理器进入主设备状态；
如果主从识别接口信号为高电平，则启动USB从设备控制器；
USB从设备控制器将第一GPIO接口配置为低电平，将第四GPIO接口配置为高电平；第一GPIO接口触发第一模拟开关切换至第二通道，使MINI_AB接口模块的电源接口信号与电源模块的输入端建立连接，外部设备通过该电源接口信号向电源模块供电；触发第二模拟开关切换至第二通道，关闭对第一数据接口信号所在数据线的下拉控制；触发第三模拟开关的使能端将第三模拟开关切换至第二通道，关闭对第二数据接口信号所在数据线的下拉控制；第四GPIO接口触发第四模拟开关切换至第一通道，开启对第一数据接口信号所在数据线的上拉控制，处理器进入从设备状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一GPIO接口配置为高电平后，打开电荷泵，为MINI_AB接口模块的电源接口信号供电；
所述第一GPIO接口配置为低电平后，关闭电荷泵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述启动USB主设备控制器后，关闭USB从设备控制器；
所述启动USB从设备控制器后，关闭USB主设备控制器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理器对第一数据接口信号所在的数据线进行检测，在检测到该数据线处于空闲状态的时间超过预定时间后，关闭对该数据线的上拉控制，使该第一数据接口信号上的电平从高电平跳转到低电平，在第三GPIO接口上产生一个下降沿，该下降沿将触发处理器产生中断，将第一GPIO接口配置为低电平，触发第二模拟开关切换到第一通道，打开第一数据接口信号所在数据线上的上拉功能；
外部设备根据第一数据接口信号所在数据线为高电平，第二数据接口信号所在数据线为低电平，确定处理器响应其发起的主机流通HNP请求，由从设备模式转换为主设备模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在第三GPIO接口上产生一个下降沿后，处理器在预定时间内没有再次检测到第三GPIO接口上的下降沿，则确定该次下降沿中断为外部设备请求切换成主设备的信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述处理器处于主设备模式时，通过检测第一数据接口信号所在数据线上的脉冲信号，响应处于从设备模式下的外部设备发出的事务请求协议SRP请求，将第一GPIO接口配置为高电平，完成对外部设备的SRP请求的响应；
所述处理器处于从设备模式时，通过将接口第一GPIO接口配置为高低脉冲信号在MINI_AB接口模块的电源接口信号上产生脉冲信号或者将第四GPIO接口配置为高低脉冲信号产生数据脉冲，向外部设备发起SRP请求。
7.一种实现通用串行总线USB OTG的装置，包括：
处理器，包括USB主设备控制器、USB从设备控制器、第一GPIO接口、第二GPIO接口、第三GPIO接口、第四GPIO接口、第一数据接口信号、第二数据接口信号、电源接口信号和主从识别接口信号；
MINI_AB接口模块，包括第一数据接口信号、第二数据接口信号、电源接口信号和主从识别接口信号，其中，第一数据接口信号与处理器的第一数据接口信号连接，第二数据接口信号与处理器的第二数据接口信号连接，主从识别接口信号与第二GPIO接口连接；
其特征在于，还包括：
第一模拟开关，包括使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与所述第一GPIO接口连接，所述第一输入端口与所述电池电源接口连接，所述第二输入端口与所述MINI_AB接口模块的电源接口信号连接；
第二模拟开关，包括使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与所述第一GPIO接口连接，所述第一输入端口接地，所述第二输入端口悬空，所述输出端口经电阻与所述第一数据接口信号所在数据线连接；
第三模拟开关，包括使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与所述第一GPIO接口连接，所述第一输入端口接地，所述第二输入端口悬空，所述输出端口经电阻与所述第二数据接口信号所在数据线连接；
第四模拟开关，包括：使能端、第一输入端口、第二输入端口和输出端口，其中，所述使能端与第四GPIO接口连接，所述第一输入端口与电源模块的电压输出端连接，所述第二输入端口悬空，所述输出端口经电阻与第一数据接口信号所在数据线连接；
电源模块，其一端与第一模拟开关的输出端口相连，另一端作为电压输出端，与处理器的电源接口信号连接，为处理器提供工作电压。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括电荷泵，其一端与所述第一GPIO接口连接，另一端与所述MINI_AB接口模块的电源接口信号连接，用于为处理器和外部设备供电。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述MINI_AB接口模块的主从识别接口信号还与上拉电源连接，使该主从识别接口信号所在的数据线被上拉为高电平，使装置处于从设备状态。
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Application publication date: 20090204 Assignee: Shanghai Li Ke Semiconductor Technology Co., Ltd. Assignor: Leadcore Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2018990000159 Denomination of invention: Method and apparatus for implementing general-purpose serial bus USB OTG Granted publication date: 20100630 License type: Common License Record date: 20180615 |