OTGHS介紹

本章將描述OTGHS支持的一些基本功能。圖1.OTGHS框圖

OTGHS特性

OTGHS通用特性：

• 支持USB2.0協議

• 內置獨立4096字節SRAM

• 內置USB2.0高速PHY

• 內置上下拉電阻

• SOF信號輸出

• 低功耗模式

• 支持忽略VBUS狀態

• 支持ID檢測以切換主機設備模式

• 不支持HNP/SRP協議（PHY不支持，不能動態切換模式，只能根據ID狀態切換模式）

• AHB時鐘大于30MHz

OTGHS設備模式特性：

• 支持高速和全速設備

• 支持內部1.5KΩ上拉

• 支持軟件斷開連接

• 支持1個雙向控制端點0

• 支持7個IN端點,端點號1-7

• 支持7個OUT端點，端點號1-7

• 支持控制傳輸，大容量傳輸，中斷傳輸，同步傳輸

• 端點接收FIFO共享

• 端點發送FIFO專用

• 支持內部DMA模式

OTGHS主機模式特性：

• 支持高速、全速和低速

• 支持內部15KΩ下拉

• 支持16個主機通道

• 支持控制傳輸，大容量傳輸，中斷傳輸，同步傳輸

• 通道接收FIFO共享

• 通道發送FIFO專用

• 支持內部DMA模式

OTGHS高速PHY

OTGHS內置PHY支持高速/全速/低速，為主機和設備模式提供通信支持。

• DP和DM內置上下拉電阻，由OTGHS根據模式自動使能上下拉電阻當OTGHS處于設備模式時，DP1.5KΩ上拉自動使能當OTGHS處于主機模式時，DP和DM 15KΩ下拉自動使能
• ID線內置上拉ID線為高電平，默認為設備模式ID線為低電平，為主機模式
• 設備模式下的VBUS檢測（可忽略VBUS檢測）設備模式下，僅支持VBUS高低電平檢測，當VBUS為高電平，OTGHS認為是有效電平，將使能DP的上拉電阻，讓主機識別到設備插入。當VBUS為低電平，OTGHS認為是無效電平，此時不使能DP上拉，處于斷開模式。在設備模式下，如果想不檢測VBUS，可通過設置寄存器OTGHS_GCCFG.VBUSIG=1來實現，此時可將檢測VBUS的引腳釋放出來給其它外設使用。
• PHY的低功耗模式OTGHS全速PHY支持低功耗模式。

OTGHS GPIO引腳

OTGHS使用GPIO引腳如下表所示：表1 OTGHS GPIO引腳注：USB_OE信號當USB在傳輸數據時，會翻轉此信號

OTGHS 12MHz時鐘

需要給OTGHS PHY提供12MHz的時鐘，建議直接掛12MHz晶振，由晶振直接提供12MHz時鐘給PHY。圖2.OTGHS 12MHz時鐘來源

OTGHS數據FIFO管理

OTGHS分配專用的4096 Byte SRAM作為數據FIFO，在主機或設備模式下，可通過軟件配置寄存器給端點/通道分配FIFO，同時可以使用OTG內部DMA實現用戶SRAM與FIFO的數據交換。注意：分配的FIFO總大小不要超過4096 Byte
一、設備模式下的FIFO分配設備模式下所有端點的接收共享一個接收FIFO，每個端點的發送對應一個專有的發送FIFO。圖3 設備模式FIFO分配

• RX_FIFO所有端點的接收共享這一塊FIFO，配置寄存器OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意單位為word（4Byte）。
• TX_FIFO0端點0的發送FIFO，配置寄存器OTGHS_DIEPTXF0，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGHS_DIEPTXF0. INEPT0TXSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEPOTGHS_DIEPTXF0. INEPT0TXDEP=端點0發送FIFO大小
• TX_FIFO1端點1的發送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF1，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGHS_DIEPTXF1.INEPTXFSTADDR=OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEP+端點0發送FIFO大小OTGHS_DIEPTXF1.INEPTXFDEP=端點1發送FIFO大小….

注意：對應端點FIFO配置寄存器中FIFO大小值的單位都是word（4Byte）。注意：發送端點的起始地址一般配置為前面所有端點已占用的FIFO大小，例程如端點2的發送FIFO起始地址為RX_FIFO大小+TX_FIFO0大小+TX_FIFO1大小。
二、主機模式下的FIFO分配主機模式下，所有通道共享一個接收FIFO，通道發送FIFO分為非周期性發送FIFO和周期性發送FIFO。非周期性和周期性通過傳輸類型來區分，每個主機通道寄存器都有配置傳輸類型，包含4種傳輸類型：控制傳輸（Control），同步傳輸（ISO），批量傳輸（Bulk），中斷傳輸（Interrupt）

• 非周期性：控制傳輸（Control），批量傳輸（Bulk）
• 周期性傳輸：同步傳輸（ISO），中斷傳輸（Interrupt）

圖4 主機模式下FIFO分配

• RX_FIFO所有主機通道的接收共享這一塊FIFO，配置寄存器OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意單位為word（4Byte）。
• Non-periodic TxFIFO非周期性的主機通道發送FIFO，配置寄存器OTGHS_GNPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGHS_GNPTXFSIZ. NPTXFSTADDR=OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEPOTGHS_GNPTXFSIZ. NPTXFDEP=非周期性發送FIFO大小
• Periodic_TxFIFO周期性的主機通道發送FIFO，配置寄存器OTGHS_HPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGHS_HPTXFSIZ.PTXFSTADDR=OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEP+OTGFS_GNPTXFSIZ.NPTXFDEPOTGHS_HPTXFSIZ. PTXFSIZE=周期性發送FIFO大小

注意：對應FIFO配置寄存器中FIFO大小值的單位都是word（4Byte）。

OTGHS中斷結構

圖5.OTGHS中斷結構全局常用中斷OTGHS_GINTSTS，此寄存器中包含了主機和設備的中斷標志，部分中斷標志只在設備模式或者主機模式下有效。

• 設備和主機模式都有效中斷標志OTGHS_GINTSTS. MODEMIS：模式不匹配（主機和設備都適用）OTGHS_GINTSTS. SOF：SOF中斷（主機和設備都適用）OTGHS_GINTSTS.RXFLVL：接收FIFO非空（主機和設備都適用）OTGHS_GINTSTS. CONIDSCHG：ID線狀態變化（主機和設備都適用）OTGHS_GINTSTS.WKUPINT：喚醒信號中斷（主機和設備都適用）
• 僅主機模式下有效中斷標志OTGHS_GINTSTS. NPTXFEMP：非周期發送FIFO為空（主機適用）OTGHS_GINTSTS. PRTINT：主機端口中斷（主機適用）OTGHS_GINTSTS. HCHINT：主機通道中斷（主機適用）OTGHS_GINTSTS. PTXFEMP：周期性發送FIFO為空（主機適用）OTGHS_GINTSTS. DISCONINT：設備斷開（主機適用）
• 僅設備模式下有效中斷標志OTGHS_GINTSTS. USBSUSP：設備掛起（設備適用）OTGHS_GINTSTS. USBRST：USB復位（設備適用）OTGHS_GINTSTS. ENUMDONE：枚舉速度完成（設備適用）OTGHS_GINTSTS. ISOOUTDROP：同步OUT包丟失（設備適用）OTGHS_GINTSTS. IEPTINT：IN端點中斷（設備適用）OTGHS_GINTSTS. OEPTINT：OUT端點中斷（設備適用）OTGHS_GINTSTS. INCOMPISOIN：未完成的同步IN傳輸（設備適用）

圖6.中斷處理流程

OTG模式

通過配置如下寄存器讓OTGHS處于OTG模式：

• OTGHS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非強制設備模式）
• OTGHS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非強制主機模式）

OTGHS可以通過檢測ID線上的狀態來確定當前處于設備模式還是主機模式。當ID狀態為高電平時為設備模式，當ID狀態為低電平時為主機模式。

寄存器GINTSTS.CURMOD=0，表示當前為設備模式寄存器GINTSTS.CURMOD=1，表示當前為主機模式另外可以根據GINTSTS. CONIDSCHG中斷來檢測當前ID線的狀態是否有變化，當檢測到ID線有變化時，根據當前的模式位（GINTSTS.CURMOD），應用程序選擇初始化主機程序還是設備程序。圖7.OTG模式連接示意圖

設備模式

OTGHS作為設備時支持高速和全速設備,不支持低速設備。支持8個IN端點（包括端點0），8個OUT端點（包括端點0）。

OTGHS強制作為設備

通過設定如下寄存器將OTGHS強制作為設備：OTGHS_GUSBCFG.FDEVMODE=1（強制設備模式）OTGHS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非強制主機模式）圖8.設備模式連接示意圖注意：綠色線表示可選連接，當使能VBUSIG信號時，VBUS引腳可作為普通I/O。

OTGHS設備常用功能

本節介紹OTGHS作為設備模式時的一些功能。

• 軟件斷開可以通過配置設備模式下的寄存器，達到讓設備斷開與主機的連接。原理是通過控制DP的上拉使能來控制連接狀態。配置OTGHS_DCTL.SFTDISCON=1，DP上拉不使能，斷開連接。配置OTGHS_DCTL.SFTDISCON=0，DP上拉使能，開始連接。
• Remote wakeup喚醒當設備進入掛起狀態之后，可以通過Remote wakeup功能喚醒主機。喚醒流程：1. 設置OTGHS_DCTL.RWKUPSIG=1；2. 延遲1-15ms3. 設置OTGHS_DCTL.RWKUPSIG=0；
• 忽略VBUS信號在設備模式下，可以忽略VBUS信號，此模式可以釋放VBUS引腳給其它外設使用。通過配置OTGHS_GCCFG.VBUSIG=1來忽略VBUS信號。
• 支持內部DMAIN/OUT端點都支持DMA操作，可通過DMA交換USB FIFO和用戶SRAM的數據。

OTGHS設備端點配置

本節簡單介紹OTGHS端點寄存器的配置。
一、IN端點配置IN端點寄存器OTGHS_DIEPCTLx（x為0~7）,端點寄存器存放端點的基本信息。如下是一個IN端點的基本配置選項：

• OTGHS_DIEPCTLx.MPS（最大包長度）
• OTGHS_DIEPCTLx.EPTYPE（端點類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）
• OTGHS_DIEPCTLxTXFNUM（發送FIFO編號，正常跟端點號相同）
• OTGHS_DIEPCTLx.USBACEPT（激活端點）
• OTGHS_DIEPCTLx.SNAK（設置端點為NAK狀態）
• OTGHS_DIEPCTLx.CNAK（清除端點NAK狀態）
• OTGHS_DIEPCTLx.STALL（設置端點為STALL狀態）
• OTGHS_DIEPCTLx.EPTENA（開始傳輸數據）

二、OUT端點配置OUT端點寄存器OTGHS_DOEPCTLx（x為0~7）,端點寄存器存放端點的基本信息。如下是一個OUT端點的基本配置選項：

• OTGHS_DOEPCTLx.MPS（最大包長度）
• OTGHS_DOEPCTLx.EPTYPE（端點類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）
• OTGHS_DOEPCTLx.USBACEPT（激活端點）
• OTGHS_DOEPCTLx.SNAK（設置端點為NAK狀態）
• OTGHS_DOEPCTLx.CNAK（清除端點NAK狀態）
• OTGHS_DOEPCTLx.STALL（設置端點為STALL狀態）
• OTGHS_DOEPCTLx.EPTENA（開始傳輸數據）

主機模式

OTGHS作為主機模式時支持高速/全速/低速設備，同時支持16個主機通道。

OTGHS強制作為主機

通過設定如下寄存器將OTGHS強制作為主機，此時DP/DM下拉自動使能：

• OTGHS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非強制設備模式）
• OTGHS_GUSBCFG.FHSTMODE=1（強制主機模式）

圖9.主機模式連接示意圖

OTGHS主機常用功能

• 支持高速、全速和低速設備通過OTGHS_HPRT.PRTSDP判斷當前連接的設備是全速設備還是低速設備；OTGHS_HPRT.PRTSDP=0表示高速OTGHS_HPRT.PRTSDP=1表示全速OTGHS_HPRT.PRTSDP=2表示低速
• 復位通過設置OTGHS_HPRT.PRTRST來設置端口復位；OTGHS_HPRT.PRTRST=1；延時10msOTGHS_HPRT.PRTRST=0；
• 掛起通過設置OTGHS_HPRT.PRTSUP=1來設置端口掛起，此時主機停止發送SOF；
• 支持內部DMA主機通道支持DMA操作，可通過DMA交換USB FIFO和用戶SRAM的數據

OTGHS主機通道配置

主機通道配置寄存器OTGHS_HCCHARx（x為0~15）,通道寄存器存放通道的基本信息。如下是一個通道的基本配置選項：

• OTGHS_HCCHARx.MPS（最大包長度）

• OTGHS_HCCHARx.EPTNUM（指示設備端點號）

• OTGHS_HCCHARx.EPTDIR（指示設備端點方向OUT/IN）

• OTGHS_HCCHARx.LSPDDEV（低速設備）

• OTGHS_HCCHARx.EPTYPE（端點類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）

• OTGHS_HCCHARx.MC（周期性傳輸在每幀內傳輸的事務個數）

• OTGHS_HCCHARx.DEVADDR（設備地址）

• OTGHS_HCCHARx.ODDFRM（周期性傳輸奇數幀/偶數幀）

• OTGHS_HCCHARx.CHDIS（通道禁止）

• OTGHS_HCCHARx.CHENA（通道使能）