基于USB接口的 OTG應(yīng)用技術(shù)開發(fā)

隨著移動(dòng)終端的普及，為了不使用pc，直接在移動(dòng)終端間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提出了otg技術(shù)。usb otg（on-the-go） 標(biāo)準(zhǔn)在完全兼容usb2.0的基礎(chǔ)上，追加了hnp(host negotiation protocol)和srp(session request protocol)協(xié)議。在硬件方面增添了更小的連接器和電纜，包括袖珍型的a插頭和插槽（mini-a），袖珍型的ab插槽（mini-ab）。通過hnp和srp協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備的交換，從而實(shí)現(xiàn)脫離pc的移動(dòng)設(shè)備間數(shù)據(jù)的直接交換。

isp1362芯片的結(jié)構(gòu)

飛利浦的isp1362有otg控制器，高級(jí)主機(jī)控制器和一個(gè)基于isp1181的外設(shè)控制器。同時(shí)通過一個(gè)數(shù)據(jù)總線接口與外部cpu相連。主機(jī)與外設(shè)控制器都配有緩沖usb通信流量的內(nèi)置存儲(chǔ)器。isp1362用軟件執(zhí)行hnp和srp，一系列的寄存器提供支持hnp和srp控制和狀態(tài)的監(jiān)視能力。otg有一般的收發(fā)器，還有內(nèi)置充電泵，電壓比較器，數(shù)據(jù)線上的上拉/下拉電。結(jié)構(gòu)如圖1。

otg規(guī)范的hnp和srp

hnp的事件序列

圖2給出了hnp的事件序列圖。

（1）a設(shè)備使用完總線并停止所有的總線活動(dòng)（即掛起總線）。

（2）b設(shè)備檢測(cè)到總線處于空閑狀態(tài)，啟動(dòng)hnp序列。

（3）a設(shè)備在總線上檢測(cè)到b設(shè)備要成為主機(jī)的請(qǐng)求，連接其d+線上拉電阻以作為響應(yīng)。

（4）b設(shè)備發(fā)現(xiàn)d+線是高電平d 線是低電平，這表示a設(shè)備識(shí)別來自b設(shè)備的hnp請(qǐng)求，此時(shí)，b設(shè)備成為主機(jī)而且發(fā)送總線復(fù)位信號(hào)，開始使用總線。

（5）當(dāng)b設(shè)備使用完總線后，它停止所有的總線活動(dòng)。

（6）a設(shè)備在一定的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到?jīng)]有總線活動(dòng)時(shí)就會(huì)斷開其d+線上的上拉電阻。

（7）b設(shè)備連接其上拉電阻。

（8）a設(shè)備發(fā)現(xiàn)d+線是高電平d 線是低電平，表示b設(shè)備正在發(fā)送連接信號(hào)并準(zhǔn)備作為外圍設(shè)備響應(yīng)，此時(shí)，a設(shè)備變?yōu)橹鳈C(jī)，并發(fā)送總線復(fù)位信號(hào)開始使用總線。

srp

otg規(guī)范定義了兩種b設(shè)備向a設(shè)備請(qǐng)求開始會(huì)話的方式，稱為數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制（data-line pulsing）和vbus脈沖調(diào)制（vbus pulsing）。這兩種方法組成了會(huì)話請(qǐng)求協(xié)議（srp）。srp 的初始條件是：b設(shè)備必須在確定a設(shè)備前一次會(huì)話結(jié)束以后才能嘗試啟動(dòng)新的會(huì)話。a設(shè)備通過檢測(cè)到vbus下降到低于其會(huì)話有效閾值來確定會(huì)話結(jié)束。b設(shè)備在檢測(cè)到d+和d 線至少在2ms的時(shí)間內(nèi)為低電平（se0），這確保a設(shè)備檢測(cè)到設(shè)備的斷開。數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制時(shí)，b設(shè)備等待滿足上述條件后，接入其數(shù)據(jù)線上拉電阻（d+或d ）。雙重角色b設(shè)備只能在全速初始化srp，因此只能上拉d+。vbus脈沖調(diào)制時(shí)在滿足初始條件后驅(qū)動(dòng)vbus。b設(shè)備先執(zhí)行數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制，然后執(zhí)行vbus脈沖調(diào)制，a設(shè)備設(shè)計(jì)為能響應(yīng)其中一種srp的方式。

linux操作環(huán)境下驅(qū)動(dòng)程序的編寫

當(dāng)otg雙角色設(shè)備以主機(jī)方式工作時(shí)(如圖5)，usb主設(shè)備軟件包工作，以從機(jī)方式工作時(shí)，usb設(shè)備軟件包工作。otg通過驅(qū)動(dòng)連接器中的id的不同連接，或通過是否有主設(shè)備轉(zhuǎn)換協(xié)議spr以確定雙角色設(shè)備的工作方式，并確定使用usb主設(shè)備軟件包或usb設(shè)備軟件包。

usb驅(qū)動(dòng)程序由主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，usb子系統(tǒng)，usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成。在linux操作系統(tǒng)中，存在一個(gè)連接usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和主控制器驅(qū)動(dòng)程序的子系統(tǒng)usbcore，它通過定義一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，宏和功能函數(shù)來抽象所有的硬件設(shè)備。usbcore提供了為硬件處理的所有下層接口。包含所有usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)和主機(jī)控制的通用程序，可稱為upperapi和lowerapi。usb子系統(tǒng)提供與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口，讀取并解釋usb設(shè)備描述符，配置描述符。為usb設(shè)備分配唯一的地址，使用默認(rèn)的配置來配置設(shè)備，支持基本的usb命令請(qǐng)求，連接設(shè)備與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)包。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分，它完成以下的功能：

（1）對(duì)設(shè)備初始化和釋放。

（2）把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)。

（3）讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和會(huì)送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。

（4）監(jiān)測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

用戶對(duì)設(shè)備的訪問，主要有以下的函數(shù)：

open 打開函數(shù)，read、write讀寫函數(shù)，ioltrl設(shè)備控制函數(shù)，用戶各類設(shè)備的特殊控制。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)函數(shù)與外加一個(gè)設(shè)備初始化的函數(shù)，這些函數(shù)在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中可以skel_init()、skel_open()、skel_read()、skel_ioctrl()等調(diào)用。聲明一個(gè)稱之為file operation的結(jié)構(gòu)體將用戶級(jí)的open等函數(shù)與設(shè)備skel_open()等函數(shù)聯(lián)系起來。

static struct file_operations skel_fops = {
.owner = this_module,
.read = skel_read,
.write = skel_write,
.open = skel_open,
.release = skel_release,
};
打開設(shè)備：
static int skel_open(struct inode *inode, struct file *file)
{ struct usb_skel *dev;
struct usb_interface *interface;
int subminor;
int retval = 0;
subminor = iminor(inode);
interface = usb_find_interface(&skel_driver, subminor);
if (!interface) {
err ("%s - error, cant find device for minor %d", __function__, subminor);
retval = -enodev;
goto exit;
}
dev = usb_get_intfdata(interface);
if (!dev) {
retval = -enodev;
goto exit;
}
/* increment our usage count for the device */
kref_get(&dev->kref);
/* save our object in the files private structure */
file->private_data = dev;
exit:
return retval;
}

read 函數(shù)與write 函數(shù)稍有不同：程序并沒有用urb 將數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到驅(qū)動(dòng)程序，而是用usb_bulk_msg 函數(shù)代替，這個(gè)函數(shù)能夠在不需要?jiǎng)?chuàng)建urbs 和操作urb函數(shù)的情況下來發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備，或者從設(shè)備來接收數(shù)據(jù)。調(diào)用usb_bulk_msg函數(shù)并傳遞一個(gè)存儲(chǔ)空間，用來緩沖和放置驅(qū)動(dòng)收到的數(shù)據(jù)，若沒收到數(shù)據(jù)，就失敗并返回一個(gè)錯(cuò)誤信息。

static ssize_t skel_read(struct file *file, char __user *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
{ struct usb_skel *dev;
int retval = 0;
dev = (struct usb_skel *)file->private_data;
/* do a blocking bulk read to get data from the device */
retval = usb_bulk_msg(dev->udev,
usb_rcvbulkpipe(dev->udev, dev->bulk_in_endpointaddr),
dev->bulk_in_buffer,
min(dev->bulk_in_size, count),
&count, hz*10);
/* if the read was successful, copy the data to userspace */
if (!retval) {
if (copy_to_user(buffer, dev->bulk_in_buffer, count))
retval = -efault;
else
retval = count;
}
return retval;
}

skel_disconnect函數(shù)
當(dāng)我們釋放設(shè)備文件句柄時(shí)，這個(gè)函數(shù)會(huì)被調(diào)用。

static void skel_disconnect(struct usb_interface *interface)
{ struct usb_skel *dev;
int minor = interface->minor;
lock_kernel();
dev = usb_get_intfdata(interface);
usb_set_intfdata(interface, null);
/* give back our minor */
usb_deregister_dev(interface, &skel_class);
unlock_kernel();
/* decrement our usage count */
kref_put(&dev->kref, skel_delete);
info("usb skeleton #%d now disconnected", minor);
}

結(jié)束語

本文是在基于arm9開發(fā)板linux操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)usb接口的otg應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙角色設(shè)備的開發(fā)。隨著otg技術(shù)的發(fā)展，usb的應(yīng)用將會(huì)更為廣泛，并且移動(dòng)設(shè)備間的直接數(shù)據(jù)傳輸成為可能。