基于USB接口的 OTG應用技術開發

隨著移動終端的普及，為了不使用pc，直接在移動終端間進行數據交換，提出了otg技術。usb otg（on-the-go） 標準在完全兼容usb2.0的基礎上，追加了hnp(host negotiation protocol)和srp(session request protocol)協議。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協議可以實現主從設備的交換，從而實現脫離pc的移動設備間數據的直接交換。

isp1362芯片的結構

飛利浦的isp1362有otg控制器，高級主機控制器和一個基于isp1181的外設控制器。同時通過一個數據總線接口與外部cpu相連。主機與外設控制器都配有緩沖usb通信流量的內置存儲器。isp1362用軟件執行hnp和srp，一系列的寄存器提供支持hnp和srp控制和狀態的監視能力。otg有一般的收發器，還有內置充電泵，電壓比較器，數據線上的上拉/下拉電。結構如圖1。

otg規范的hnp和srp

hnp的事件序列

圖2給出了hnp的事件序列圖。

（1）a設備使用完總線并停止所有的總線活動（即掛起總線）。

（2）b設備檢測到總線處于空閑狀態，啟動hnp序列。

（3）a設備在總線上檢測到b設備要成為主機的請求，連接其d+線上拉電阻以作為響應。

（4）b設備發現d+線是高電平d 線是低電平，這表示a設備識別來自b設備的hnp請求，此時，b設備成為主機而且發送總線復位信號，開始使用總線。

（5）當b設備使用完總線后，它停止所有的總線活動。

（6）a設備在一定的時間內檢測到沒有總線活動時就會斷開其d+線上的上拉電阻。

（7）b設備連接其上拉電阻。

（8）a設備發現d+線是高電平d 線是低電平，表示b設備正在發送連接信號并準備作為外圍設備響應，此時，a設備變為主機，并發送總線復位信號開始使用總線。

srp

otg規范定義了兩種b設備向a設備請求開始會話的方式，稱為數據線脈沖調制（data-line pulsing）和vbus脈沖調制（vbus pulsing）。這兩種方法組成了會話請求協議（srp）。srp 的初始條件是：b設備必須在確定a設備前一次會話結束以后才能嘗試啟動新的會話。a設備通過檢測到vbus下降到低于其會話有效閾值來確定會話結束。b設備在檢測到d+和d 線至少在2ms的時間內為低電平（se0），這確保a設備檢測到設備的斷開。數據線脈沖調制時，b設備等待滿足上述條件后，接入其數據線上拉電阻（d+或d ）。雙重角色b設備只能在全速初始化srp，因此只能上拉d+。vbus脈沖調制時在滿足初始條件后驅動vbus。b設備先執行數據線脈沖調制，然后執行vbus脈沖調制，a設備設計為能響應其中一種srp的方式。

linux操作環境下驅動程序的編寫

當otg雙角色設備以主機方式工作時(如圖5)，usb主設備軟件包工作，以從機方式工作時，usb設備軟件包工作。otg通過驅動連接器中的id的不同連接，或通過是否有主設備轉換協議spr以確定雙角色設備的工作方式，并確定使用usb主設備軟件包或usb設備軟件包。

usb驅動程序由主機驅動程序，usb子系統，usb設備驅動程序組成。在linux操作系統中，存在一個連接usb設備驅動程序和主控制器驅動程序的子系統usbcore，它通過定義一些數據結構，宏和功能函數來抽象所有的硬件設備。usbcore提供了為硬件處理的所有下層接口。包含所有usb設備驅動和主機控制的通用程序，可稱為upperapi和lowerapi。usb子系統提供與設備驅動程序的接口，讀取并解釋usb設備描述符，配置描述符。為usb設備分配唯一的地址，使用默認的配置來配置設備，支持基本的usb命令請求，連接設備與相應的驅動程序，轉發設備驅動程序的數據包。

設備驅動程序是內核的一部分，它完成以下的功能：

（1）對設備初始化和釋放。

（2）把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據。

（3）讀取應用程序傳送給設備文件的數據和會送應用程序請求的數據。

（4）監測和處理設備出現的錯誤。

用戶對設備的訪問，主要有以下的函數：

open 打開函數，read、write讀寫函數，ioltrl設備控制函數，用戶各類設備的特殊控制。設備驅動程序的設計就是實現上述四個函數與外加一個設備初始化的函數，這些函數在設備驅動程序中可以skel_init()、skel_open()、skel_read()、skel_ioctrl()等調用。聲明一個稱之為file operation的結構體將用戶級的open等函數與設備skel_open()等函數聯系起來。

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 函數與write 函數稍有不同：程序并沒有用urb 將數據從設備傳送到驅動程序，而是用usb_bulk_msg 函數代替，這個函數能夠在不需要創建urbs 和操作urb函數的情況下來發送數據給設備，或者從設備來接收數據。調用usb_bulk_msg函數并傳遞一個存儲空間，用來緩沖和放置驅動收到的數據，若沒收到數據，就失敗并返回一個錯誤信息。

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
當我們釋放設備文件句柄時，這個函數會被調用。

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);
}

結束語

本文是在基于arm9開發板linux操作系統下實現usb接口的otg應用技術，實現了雙角色設備的開發。隨著otg技術的發展，usb的應用將會更為廣泛，并且移動設備間的直接數據傳輸成為可能。