ISP1362 USB OTG控制芯片及其應用
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關鍵詞：ISP1362；OTG；USB主機控制器；MCF5249
１ 引言
ＵＳＢ已在ＰＣ及筆記本電腦中得到了廣泛的應用，它們起到了集線器的作用，用以連接數碼相機、打印機等各種外設，但目前大部分設備還不能實現彼此之間的直接通信。
新的ＵＳＢ Ｏｎ－ｔｈｅ－Ｇｏ標準正是針對這一情況而推出的，它將最終結束用電腦作為各種電子設備連接紐帶的時代，借助ＵＳＢ Ｏｎ－ｔｈｅ－Ｇｏ，外設既可作為主機，也可作為從機，彼此之間能夠互相通信，并可根據實際情況協商確定哪個設備作為主機。
圖1
２ ＩＳＰ１３６２的結構特點
飛利浦ＩＳＰ１３６２由ＯＴＧ控制器、主機控制器、外設控制器、ＵＳＢ收發器、ＯＴＧ收發器和緩存器等組成，通過內部集成的總線接口可與ＣＰＵ相連，ＩＳＰ１３６２的內部結構如圖１所示。
ＯＴＧ控制器模塊用于提供ＯＴＧ要求的所有控制、監控及交換功能。它還支持ＯＴＧ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １．０標準規定的所有功能。
若以ＯＴＧ模式進行配置，ＩＳＰ１３６２既可用作主機，也可用作外設，并支持主機與外設之間角色轉換的主機通信協議ＨＮＰ（Ｈｏｓｔ Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）和兩種模式下的對話請求協議ＳＲＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｒｏｔｏ-ｃｏｌ）。ＩＳＰ１３６２作為主機使用時，能夠關閉ＶＢＵＳ以響應ＳＲＰ，而作為外設使用時，能夠啟動ＳＲＰ以喚醒主機。一套ＯＴＧ寄存器提供的控制及狀態監控功能可以用來支持ＨＮＰ及ＳＲＰ軟件。
ＩＳＰ１３６２支持內置電源供電及外部電源供電兩種模式。對于較低功耗的應用設計，可用內部集成的電荷泵激勵器。而如果應用系統的功耗較高，則要用外部電源供電。
作為外設控制器時，ＩＳＰ１３６２支持兩個控制端點，還能以全速及低速將多達１４個端點編程為任何四種傳輸類型。
除了通用的ＵＳＢ收發器，ＩＳＰ１３６２還集成了計時器及全ＯＴＧ功能所需要的模擬元件。一個１２ＭＨｚ～４８ＭＨｚ的鎖相環?ＰＬＬ?使得采用低成本的１２ＭＨｚ晶振成為可能，同時由于采用了低頻率運作模式，也降低了ＥＭＩ。
ＩＳＰ１３６２還內置了一個用于非ＯＴＧ配置（僅限于主機及外設）的過流保護電路。當ＩＳＰ１３６２用作主機時，一個片內的３．３Ｖ到５Ｖ電荷激勵器可調整支持大量外設所要求的輸出電流。此外，ＩＳＰ１３６２還提供兩個ＵＳＢ端口。端口１可進行軟件配置，并可用作下行、上行或ＯＴＧ端口。作為ＯＴＧ端口，端口１可在主機或外設模式下工作，并可通過ＨＮＰ或布線變化來動態轉換角色。端口２只用作下行傳輸。
３ ＩＳＰ１３６２的引腳功能
圖２是ＬＱＦＰ封裝的ＩＳＰ１３６２ＢＤ的引腳排列，其主要引腳功能如下：
Ｄ０～Ｄ１５：連接到ＩＳＰ１３６２內部寄存器和緩沖存儲器的１６比特數據總線。
ＲＤ(引腳２０）：讀信號線。低電平時表示ＨＣ／ＤＣ驅動器需要讀相應的緩沖存儲器和寄存器。
ＣＳ（引腳２１）：片選信號，低電平有效。用于控制ＨＣ／ＤＣ驅動器訪問對應的緩沖存儲器和寄存器。
ＷＲ（引腳２２）：寫信號線。低電平時表示ＨＣ／ＤＣ驅動器需要寫數據到相應的緩沖存儲器和寄存器。
ＴＥＳＴ０（引腳２３）：輸入輸出測試。
ＤＲＥＱ１（引腳２４）：ＤＭＡ請求輸出。當它有效時，通知ＤＭＡ控制器ＨＣ正在請求數據傳送。
ＤＲＥＱ２（引腳２５）：ＤＭＡ請求輸出。當它有效時，通知ＤＭＡ控制器ＤＣ正在請求數據傳送。
ＤＡＣＫ１（引腳２８）：ＤＭＡ確認輸入。表明來自ＨＣ的ＤＭＡ傳輸請求已經被ＤＭＡ控制器確認。
ＤＡＣＫ２（引腳２９）：ＤＭＡ確認輸入。表明來自ＤＣ的ＤＭＡ傳輸請求已經被ＤＭＡ控制器確認。
ＩＮＴ１和ＩＮＴ２（引腳３０，３１）：連接到外部微處理器的ＩＲＱ引腳，使ＩＳＰ１３６２執行中斷服務程序（ＩＳＲＳ）。
ＲＥＳＥＴ（引腳３２）：復位輸入。
圖3
Ｄ ＳＵＳＰＥＮＤ（引腳３４）：該引腳電平為高時，設備控制器處于“掛起”狀態，電平為低時，喚醒設備控制器。
Ｈ－ＰＳＷ１（引腳３５）：和外部ＰＭＯＳ開關相連。當引腳電平為低時，打開ＰＭＯＳ開關以為ＶＢＵＳ提供下行端口；引腳電平為高時，關閉ＰＭＯＳ開關。
ＣＬＫＯＵＴ（引腳３８）：可編程時鐘輸出。默認時鐘頻率為１２ＭＨｚ，變化范圍為３ＭＨｚ～４８ＭＨｚ。
Ａ０（引腳６１）：用于決定控制器處于命令狀態還是數據狀態；
Ａ１（引腳６２）：用于決定控制器工作于主機還是設備控制模式：０ 表示處于主機控制（ＨＣ）模式；１表示處于設備控制（ＤＣ）模式。
４ 應用舉例
下面以ＩＳＰ１３６２開發的ＵＳＢ主機為例詳細說明ＩＳＰ１３６２的應用。該設計所采用硬件平臺是ＭＯ-ＴＯＲＯＬＡ ＭＣＦ５２４９Ｃ３實驗開發板，以它作為母板，為ＵＳＢ主機開發提供ＲＳ２３２、ＢＤＭ接口，并提供８Ｍ的ＳＤＲＡＭ及２Ｍ的ｆｌａｓｈ ＲＯＭ的編程調試資源。該設計采用的軟件平臺是Ｍｅｔｒｏｗｅｒｋｓ ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒ，通過對ＭＣＦ５２４９編程實現對ＩＳＰ１３６２的控制，從而完成ＵＳＢ主機功能。
４．１ 硬件連接原理圖
圖３所示為ＩＳＰ１３６２控制芯片與ＭＣＦ５２４９的硬件連接電路原理圖。
４．２ ＵＳＢ主機軟件流程
整個ＵＳＢ主機軟件流程如圖４所示，軟件部分主要包括ＵＳＢ主機和ＵＳＢ外設功能模塊。它們既可相互獨立，又可相互調用，共同完成ＵＳＢ主機的功能。
４．３ ＭＣＦ５２４９和ＩＳＰ１３６２底層通信的實現
這是整個ＵＳＢ體系軟件的根基，包括了ＭＣＦ５２４９對ＩＳＰ１３６２的讀、寫、設定地址等操作，主要通過ＭＣＦ５２４９訪問ＩＳＰ１３６２的控制寄存器來完成。ＩＳＰ１３６２的寄存器結構是命令―數據寄存器對結構，一個完整的寄存器訪問周期需要在一個命令階段后緊跟一個數據階段。命令階段用來告知ＩＳＰ１３６２將在數據階段訪問它的寄存器。在微處理器的１６位數據總線上，命令階段占低字節，高位填零。下面是讀３２位寄存器的程序代碼：
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｒｅａｄ_ｒｅｇ３２(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｒｅｇ_ｎｏ)
{
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｒｅｓｕｌｔ_ｌ,ｒｅｓｕｌｔ_ｈ;
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｒｅｓｕｌｔ;
ｏｕｔｐｏｒｔ(ｈｃ_ｃｏｍ, ｒｅｇ_ｎｏ); ／／命令階段
ｒｅｓｕｌｔ_ｌ＝ｉｎｐｏｒｔ(ｈｃ_ｄａｔａ); ／／數據階段
ｒｅｓｕｌｔ_ｈ＝ｉｎｐｏｒｔ(ｈｃ_ｄａｔａ); ／／數據階段
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ_ｈ;
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ＜＜１６;
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ＋ｒｅｓｕｌｔ_ｌ;
ｒｅｔｕｒｎ(ｒｅｓｕｌｔ);
}
４．４ 主機功能實現
整個程序通過中斷調度來完成主機功能。ＵＳＢ總線在工作的時候，系統仍然按照特定的時序和協議規范運行。如系統通過數據線上的電平變化檢測到ＵＳＢ設備的接入與移出，接著主機和外設就按照事先約定的順序執行一系列的信息交換, 即：主機重啟外設→主機給外設供電→外設通過缺省的地址０與主機通訊→主機給外設分配地址→主機請求外設的一系列功能和設備描述符。因此, 在Ｃ 語言中, 通過順序的編程和中斷的調度,就可以完成主機系統的標準的ＵＳＢ活動。
５ 結束語
借助ＩＳＰ１３６２，開發商可制造兼容ＯＴＧ的雙功能產品，實現點到點通信，其中的ＩＳＰ１３６２不僅可作為主機或傳統外設使用，還可根據需要動態轉換主機／外設角色。ＩＳＰ１３６２的低功耗特性使其成為小型手持設備如個人數字助理（ＰＤＡ）、數碼相機、ＭＰ３播放器及移動電話等的理想選擇，能滿足此類產品對電池使用壽命、產品尺寸的嚴格要求。
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