基于TD1120 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中USB OTG方案

TD1120集成了一個片上高電流充電泵，可以支持高達100mA的電流，這樣可以支持很多種USB設(shè)備，包括鍵盤、鼠標(biāo)、部分U盤，這樣就不存在需要外部充電泵的問題。此外，還集成了鎖相環(huán)(PLL)來支持外部晶振或12MHz和30MHz晶振實現(xiàn)額外的系統(tǒng)靈活性。

采用TD1120在全速主機模式下功耗低于40mA(最大)，全速外設(shè)操作時最大為80mA。TD1120整個芯片支持功率節(jié)省模式，包括主機控制器以及外設(shè)控制器的延緩模式以使功率消耗最小化，延長系統(tǒng)電池壽命，對于移動設(shè)備來說，電池壽命是很關(guān)鍵的性能。

◆ 接口性能表現(xiàn)
USB數(shù)據(jù)傳輸速率高度依賴于系統(tǒng)平臺。對速率的期望要現(xiàn)實而適當(dāng)，因為有很多因素會影響到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，包括CPU處理能力、CPU的利用率、OS存儲系統(tǒng)總線訪問時間、USB控制器、系統(tǒng)應(yīng)用程序、軟件和協(xié)議開銷，等等。采用400MHz處理器的嵌入式系統(tǒng)不能與4GHzCPU的USB速度相提并論，后者在高速模式下可以達到200Mbps的吞吐量。

TD1120設(shè)計實現(xiàn)了硬件處理調(diào)度和傳輸層協(xié)議，包括實現(xiàn)高級性能的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、重試和帶寬管理。當(dāng)出現(xiàn)傳輸錯誤或者設(shè)備還沒有準(zhǔn)備接收傳輸時，將發(fā)送設(shè)備否定應(yīng)答(NAK)。NAK可以是性能和系統(tǒng)影響的巨大因素，TD1120的設(shè)計減小了這些影響。當(dāng)出現(xiàn)在主機與連接的外設(shè)之間進行大量的數(shù)據(jù)交換所采用的批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r時，批量列表結(jié)構(gòu)(Bulkliststructure)經(jīng)過存儲器映射到TD1120的主機控制器，所有因為USB設(shè)備NAK而產(chǎn)生的重試以及傳輸描述符(TD)都在硬件內(nèi)部處理，而不需要對系統(tǒng)總線的持續(xù)訪問，這樣減少了中斷并降低了對CPU的占用。

TD1120的高速的外設(shè)控制器實現(xiàn)了像連接到PC這樣的主機的性能，減少了傳輸大量數(shù)據(jù)內(nèi)容的時間，因而大大提高了通過高速外設(shè)控制器的吞吐量，提升了用戶體驗。TD1120支持兩個與外部直接存儲器存取(DMA)主機接口的從DMA通道，這樣可以在沒有CPU干涉的情況下實現(xiàn)從或到外部存儲器或設(shè)備的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，減少對系統(tǒng)CPU的占用。然而，必須注意仔細(xì)調(diào)整CPU的外部存儲器訪問時間，以嚴(yán)格匹配外部USB主機控制器的時序要求，從而提高系統(tǒng)性能。

◆ 軟件支持
　　軟件在實現(xiàn)USB功能方面扮演了主要的角色。用于驅(qū)動控制器的必要軟件可能很復(fù)雜。除了硬件之外，選擇適當(dāng)?shù)腛S和USB堆棧方案是USB實現(xiàn)的關(guān)鍵。支持TD1120的軟件可以從TransDimension的SoftConnex軟件套件得到，很多的實時操作系統(tǒng)(RTOS)都支持該軟件堆棧，該軟件套件提供完整的嵌入式USB方案的軟件堆棧和驅(qū)動程序。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域采用了大量的實時操作系統(tǒng)。本身帶有USB主機和外設(shè)堆棧支持的操作系統(tǒng)在市場上并不多，如WinCE或Linux。對這些本身就帶有USB堆棧的操作系統(tǒng)，TransDimension支持主機和外設(shè)低級控制器驅(qū)動程序來與USB協(xié)議層接口。協(xié)議堆棧負(fù)責(zé)協(xié)議管理和調(diào)度功能，包括處理即插即用特性，以便告知系統(tǒng)新插入的設(shè)備，并管理帶寬以及其他與USB相關(guān)的資源。

　　對于其他本身并不帶USB堆棧的操作系統(tǒng)來說，TransDimension可以通過向客戶發(fā)放許可證的形式讓客戶使用TransDimension的軟件堆棧和驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)USB主機、外設(shè)或OTG功能，并將其配置到很多種操作系統(tǒng)和CPU。模塊化的軟件架構(gòu)能實現(xiàn)靈活的產(chǎn)品設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計工程師可以輕易地從主機或/和外設(shè)設(shè)計轉(zhuǎn)到OTG方案上。

　　此外，TransDimension還提供便攜主機控制器驅(qū)動程序(HCD)以及外設(shè)控制器驅(qū)動程序(PCD)。開發(fā)商可以輕易地將驅(qū)動程序移植到多種USB主機和外設(shè)軟件堆棧、操作系統(tǒng)、處理器和硬件平臺中。便攜HCD和PCD提供設(shè)計工程師低級的應(yīng)用編程接口(API)驅(qū)動程序來開發(fā)他們自己的USB方案，而可以不管TD1120是如何工作的細(xì)節(jié)。

　　便攜式HCD和PCD提供簡單的API，使用戶能寫?yīng)毩⒌腢SB應(yīng)用程序以及將驅(qū)動程序連接到現(xiàn)存的USB堆棧，并實現(xiàn)特定應(yīng)用軟件。當(dāng)要求更多特性的應(yīng)用，如支持大容量存儲，而內(nèi)部開發(fā)能力和資源受到項目時間的限制，采用授權(quán)軟件產(chǎn)品可以提供最快的產(chǎn)品面世方案。

低功率設(shè)計
　　--低功率特性包括可調(diào)節(jié)內(nèi)核時鐘、動態(tài)寄存器關(guān)斷、動態(tài)和可編程時鐘選通大大降低功率消耗

魯棒的OTG邏輯
　　--可配置硬件和軟件主機協(xié)調(diào)協(xié)議和會話請求協(xié)議

內(nèi)存映射接口
　　--16位數(shù)據(jù)總線允許直接連接到大多數(shù)微處理器

同時操作
　　--主機和外設(shè)控制器實現(xiàn)允許同時操作

靈活的端口配置
　　--允許多個端口配置，支持多達3個端口

參考文獻:

[1].PCBdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/PCB_1201640.html.
[2].PCDdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/PCD_1201639.html.