啥？有單片機(jī)內(nèi)建PHY之FS/HS USB OTG？ - 新唐M484單片機(jī) 簡化你的外部電路的設(shè)計(jì)

USB (Universal Serial Bus) 通用串行總線界面被廣泛應(yīng)用在各式設(shè)備，從小型個(gè)人移動(dòng)裝置到個(gè)人計(jì)算機(jī)或工業(yè)及消費(fèi)類產(chǎn)品，可以說無所不在。USB屬于非對(duì)稱式架構(gòu)，由主機(jī) (USB Host) 控制器與多個(gè)設(shè)備 (USB Device) 以樹狀形連接在一起，數(shù)個(gè)設(shè)備可透過HUB集線器連結(jié)起來，在一個(gè)主機(jī)控制器下，最多能串接5級(jí)HUB集線器，包括HUB集線器在內(nèi)，最多可以串接127個(gè)設(shè)備。透過USB連接的外部裝置非常多樣，常見的有鍵盤、鼠標(biāo)、游戲桿、打印機(jī)、掃描儀、光驅(qū)、網(wǎng)卡等，由于USB采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接頭，再加上支持熱插拔 (Hot Plug) 與即插即用 (Plug and Play, PnP)，更使得USB接口大量普及于我們的生活周遭。

USB通用串行總線接口除了主機(jī)與設(shè)備外，還支持OTG (On-The-Go) 模式，USB OTG是USB 2.0規(guī)格的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。使用USB OTG接口的設(shè)備，自身的角色有時(shí)可以當(dāng)主機(jī)端Host，有時(shí)可以當(dāng)設(shè)備端Device。在一般情況下，這些支持OTG功能的USB設(shè)備在與USB主機(jī)通訊時(shí)，依然作為USB設(shè)備使用;但在另一種場景，可由USB設(shè)備轉(zhuǎn)換為USB主機(jī)，再與其他USB設(shè)備通訊。這些USB OTG裝置可以直接連接外部USB隨身碟來讀取檔案內(nèi)容。譬如智能型手機(jī)或平板，當(dāng)角色為USB設(shè)備時(shí)，可藉由計(jì)算機(jī) (USB主機(jī)) 來讀取其內(nèi)容，也可以外接USB鍵盤、鼠標(biāo)來擴(kuò)充外部硬件功能。

新唐的M484系列Cortex-M4單片機(jī)可支持兩組USB 2.0 OTG FS/HS接口，同時(shí)符合USB OTG Supplement 2.0規(guī)范，支持Host-only、Device-only或者ID-dependent的功能，并內(nèi)建FS OTG PHY及HS OTG PHY，大幅簡化了外部電路的設(shè)計(jì)。

新唐提供的USB 2.0高速OTG接口支持Host、Device與OTG模式，內(nèi)含一個(gè)獨(dú)立的控制 (Control) 端點(diǎn)與12個(gè)可配置的端點(diǎn) (Endpoint) ，可設(shè)置成Isochronous、Bulk或Interrupt傳輸類型，同時(shí)擁有DMA支持與4096 bytes專屬的SRAM buffer給12個(gè)端點(diǎn)使用，每次傳輸 (Transaction) 的最大數(shù)據(jù)量可達(dá)1024 bytes。

新唐的USB 2.0全速OTG接口亦支持Host、Device與OTG模式，包含12個(gè)可配置的端點(diǎn) (可設(shè)置成Control、Isochronous、Bulk或Interrupt傳輸類型)，擁有1024 bytes專屬的SRAM buffer給12個(gè)端點(diǎn)，可支持多個(gè)復(fù)合裝置。

在USB的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中，定義了兩種接口設(shè)備的使用：(1)單機(jī)裝置，如：鼠標(biāo);(2)復(fù)合式裝置，如：共享一個(gè)USB通訊端口的數(shù)字照像機(jī)和音頻處理器。每一個(gè)接口設(shè)備都具有端點(diǎn)地址。

通常一個(gè)USB主機(jī)僅呈現(xiàn)一個(gè)單一功能的USB裝置，一個(gè)功能會(huì) (Function) 占用一個(gè)USB纜線 (Cable) 和USB埠 (Port)，如：鼠標(biāo)、鍵盤、RS-232或移動(dòng)儲(chǔ)存裝置等。但為了同時(shí)使用多個(gè)功能時(shí)，就需要許多的USB纜線和USB埠，因此，采用復(fù)合裝置就可以透過多個(gè)「端點(diǎn)」的使用，在僅有的一條纜線和一個(gè)USB端口實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，譬如帶觸摸板的鍵盤，或者是多路Virtual COM。

USB設(shè)備定義許多不同的類別 (Classification)，常見的類別有：USB通訊裝置類別 (CDC)、人性化接口裝置類別 (HID)、大容量儲(chǔ)存裝置類別 (MSC)，以及USB音頻裝置類別 (Audio)，使用多個(gè)類別功能組合成一個(gè)單一的USB埠被稱為復(fù)合裝置，例如：鍵盤搭配鼠標(biāo)、USB隨身碟和USB轉(zhuǎn)RS232。

復(fù)合裝置可以涵蓋多項(xiàng)功能，但其接口描述元 (Interface Descriptor) 必須小心使用。如果復(fù)合裝置中有單一功能對(duì)應(yīng)多個(gè)接口的類別就必須額外使用接口關(guān)聯(lián)描述元 (Interface Association Descriptor, IAD)，讓設(shè)備中的不同接口與其相同功能建立關(guān)聯(lián)。

新唐M484提供多種復(fù)合裝置范例，包含非多重接口功能的復(fù)合裝置，如HID Mouse + HID Keyboard，與多重接口功能的復(fù)合裝置，如Virtual COM + HID Transfer，讓用戶能夠過這些范例快速建立起USB之間的通訊。

以單片機(jī)中的USB應(yīng)用角色而言，可廣泛使用于USB相關(guān)的應(yīng)用與產(chǎn)品的，包含但不僅限于USB UAC 1.0/2.0耳機(jī)或喇叭、USB電競鼠標(biāo)鍵盤、指紋識(shí)別隨身碟、虛擬現(xiàn)實(shí)VR裝置、通訊接口轉(zhuǎn)換等，兩組USB更可同時(shí)分別處于不同角色定義，譬如USB Host + USB Host或USB Host + USB Device。

使用新唐M484系列雙USB 2.0 OTG單片機(jī)，各類USB應(yīng)用在開發(fā)時(shí)USB內(nèi)部資源不足的問題將輕松獲得解決。

作者：新唐科技股份有限公司 單片機(jī)營銷應(yīng)用處 鄭乃文技術(shù)經(jīng)理