2001年底，title="USB">USB開發者論壇發布了USB2.0補充規范USB OTG（On-The-GO），解決了兩個關鍵的問題：一是雙角色的USB外設,二是供電問題，從而實現了便攜設備間無主機的數據傳輸 [1-2]。目前，TI公司推出的高速USB2.0 OTG雙功能控制器TUSB6020，是一種小型解決方案，既能作為針對USB外設的功能控制器使用，又能作為點對點或點對多點通信中的主機/外設工作。本文在此基礎上研究TMS320DM6437與TUSB6020的USB OTG的接口設計方案。
1 TUSB6020的特性、內部結構及其工作原理
1.1 TUSB6020特性和內部結構
TUSB6020采用最小5×5mm封裝，符合USBG2.0 OTG規范，具有以下關鍵特性:
-
SRP和主機流通協議HNP。
- 提供多種工作速率，包括 1.5Mbps低速率、12Mbps全速率和 480Mbps高速率。
- VBUS短路的保護電路。
- 片上集成可切換的上拉和下拉電阻。
- 片上鎖相環可降低高速時鐘噪聲。
- 電源耗電量小于100mW。
圖1為TUSB6020的內部結構。TUSB6020主要模塊有USB 2.0 PHY模塊、電源/復位/時鐘控制模塊（PRCM）、USB2.0 OTG控制模塊及VLYNQ外部主機接口模塊等。功能參見文獻[3]。
1.2 TUSB6020工作原理
TUSB6020工作狀態分為復位狀態、空閑狀態和正常工作狀態。在空閑狀態下，USB2.0 PHY掛起；正常工作狀態下，使能USB2.0 PHY，從而使能VBUS檢測電路和ID檢測電路。不妨設TUSB6020為OTG主機設備（A設備），對方USB設備作為OTG從機設備（B設備），分析對話請求協議SRP和主機通信協議HNP的工作過程。
B設備向A設備發起SRP會話的條件是：(1)VBUS跌落到會話有效閥值0.8V以下；(2)DM/DP維持低電平SEO狀態至少2ms。之后，B設備開始發起SRP請求，如圖2所示。
工作步驟如下：（1）B設備將上拉電阻接入 DM/DP并持續5-10ms；（2）B設備驅動 VBUS足夠長的一段時間直到 VBUS大于會話有效閥值0.8V；（3）A設備檢測到 DM/DP或 VBUS升高，開啟 VBUS電源給 B設備供電；（4）A設備復位總線對 B設備進行枚舉配置，開始傳輸任務。
HNP協議用來控制A、B兩設備主從角色的轉換。A設備查詢B設備的OTG性能描述符，以判斷B設備是否為OTG設備，若B設備為OTG設備，返回有效的性能描述符，A設備向B設備發送Set feature命令，然后掛起總線，等待B設備的HNP請求。如圖3所示。
工作流程可以歸納為：（1）A設備掛起總線，DM/DP為高電平；（2）B設備收到Set feature命令，在總線掛起后斷開它的DM/DP上拉電阻，將總線釋放到SEO狀態；（3）A設備檢測到SEO狀態后響應，連接它的DM/DP上拉電阻；（4）B設備在檢測到DM/DP變高后，開始以主機方式工作，B設備復位總線，開始使用總線；（5）B設備使用完總線后，停止總線活動掛起總線，DM/DP再次變為高電平；（6）A設備檢測到總線空閑后，斷開DM/DP上拉電阻；（7）B設備檢測DM/DP變低后，連接DM/DP上拉電阻；（8）A設備等待DM/DP變高后，表明B設備已準備回到從機狀態，A設備從新成為主機復位總線，開始使用總線。2 “達芬奇”處理器 TMS320DM6437與 TUSB6020的接口設計
TMS320DM6437是達芬奇技術中首批僅基于DSP的產品，集成有600MHz時鐘的C64x+增強型DSP核心、視頻處理子系統(VPS)以及豐富的外圍接口，支持通用USB2.0和VLYNQ高速傳輸總線，以低于以往的價位提供了更高的處理性能。
2.1 硬件設計
TUSB6020與 TMS320DM6437硬件連接的電路圖如圖 4所示。
TUSB6020的DM/DP、ID和VBUS引腳與USBmicroAB連接器相連，建立與對方 USB設備的物理連接，其中 VBUS 5V電壓由 VBUS電源開關提供，CPEN連接至它 EN引腳用以提供電源開關使能信號。雙電源調節器向 TUSB6020提供 3.3V和 1.5V的數字、模擬電壓[4]。
VLYNQ接口引腳詳細描述如下：（1）TUSB6020的 VLYNQ CLK接外部時鐘，VLYNQ控制寄存器中的 CLKDIR比特位設置為 1，VLYNQ接口時鐘由 DM6437系統時鐘提供。（2）VLYNQ SCRUN為 VLYNQ時鐘運行請求引腳，低電平表示允許 VLYNQ時鐘運行，高電平表示傳輸事務結束，VLYNQ時鐘運行停止。（3）TMS320DM6437寫操作時，將數據壓縮、地址編譯，經串行編碼后由 VLYNQTXD[0:3]發出，TUSB6020將數據進行串行解碼和解壓縮后讀取地址，將數據寫入指定寄存器。（4）TMS320DM6437讀操作時，由 VLYNQ TXD[0:3]發送讀請求數據包，TUSB6020收到請求后，將數據壓縮和串行編碼后由 VLYNQ TXD[0:3]發往TMS320DM6437。（5）VLYNQ接口的數據收發與VLYNQ串行時鐘同步。
2.2 軟件設計
2.2.1 TMS320DM6437和TUSB6020底層通信的實現
TMS320DM6437和TUSB6020底層通信是整個USB體系軟件的根基，包括了DM6437對TUSB6020的讀、寫、設定地址等操作,主要通過 DM6437訪問 TUSB6020的控制寄存器來完成。下面是寫TUSB6020控制寄存器的部分程序代碼。
void TUSB6020_Write_Reg(Uint32*OTG_base_addr，Uint32 offset，Uint8 size，Uint32 data)
{
Uint32 tmp_addr=0;
Uint16 tmp_data=0;
…
{…
case 16:
tmp_addr=*OTG_base_addr;
tmp_addr=tmp_addr+offset;
tmp_data=(Uint16)data;
(*(volatile Uint16*)tmp_addr)=data;
break;
…/*Todo Print Error Message*/
break;
}
}
2.2.2 TUSB6020驅動程序設計
圖 5為 DSP/BIOS外設驅動模型。TI公司的DSP／BIOS外設驅動模型分為兩層三類，即：類驅動層和微型驅動層，PIP/PI0類、SIO／DIO類和 GI0類，結構圖如圖5所示。
PIO模型具有良好的緩沖器分配回收機制，適合描述視頻設備，SIO模型支持更底層的通信，適合設計比較簡單的外設驅動程序，GIO模型設計的目的就是針對特殊硬件的新型設備，因此，TUSB6020類驅動程序的設計選用 GIO模型。
GIO模型在提供必要的同步讀／寫API函數及其擴展函數的同時，將代碼和使用數據緩存的大小盡量簡化，應用程序可以調用 GIO的 API函數直接與微型驅動的 IOM交換數據。當調用GIO_create創建 TUSB6020的通道實例時，GIO在通道實例中增加I／O請求狀態結構、IOM數據包(TUSB6020_USB_Packets)及一個 GIO數據對象。
微型驅動創建規定的函數，應用程序通過 GIO類驅動調用，這些函數將放入TUSB6020_USB_fxns中的相應位置，供應用程序通過 GIO類驅動調用。TMS320DM6437初始化時調用已注冊到微型驅動中的 mdBindDev綁定通道函數。mdBindDev函數實現下列功能：根據配置的 TUSB6020設備參數初始化 TUSB6020設備，掛入中斷服務函數，獲得緩存、DMA等資源；與其對應的 mdUnBindDev綁定通道解除函數使 TUSB6020設備處于無效狀態，不能再使用；mdCreateChan通道創建函數為應用程序和驅動程序建立通信通道，并給通道對象設置初始值，為通道申請緩沖區；mdDeleteChan通道刪除函數刪除已創建好的通道對象，釋放緩沖區資源；mdSubmitChan I/O請求發送函數負責管理緩沖區，處理 TUSB6020_USB_Packet包中的命令字段；mdControlChan設備控制函數用來操作 TUSB6020設備，完成 OTG角色轉換及數據收發等功能。
3 小結
TUSB6020節省芯片資源，功耗低，架構簡潔，接口靈活，兼容性好。本文介紹了TUSB6020的功能特性、內部結構和TUSB6020的工作原理，分析了TUSB6020與外部主機的連接方式，提出了一種TMS320DM6437與TUSB6020的USB OTG接口設計方案。該接口設計可以廣泛應用于各種便攜式、嵌入式系統中，從而可靠便捷地實現USB OTG功能。
本文作者創新點：提出了TUSB6020與TMS320DM6437的USB OTG設計方案，硬件設計有效利用了VLYNQ接口，軟件設計簡捷靈活，為USB OTG的接口設計提供了一種新的參考，有廣泛的應用價值。
參考文獻：
[1] 王中心，王春曉．USB On-The-Go技術原理及應用[J]．阜陽師范學院學報:自然科學版，2005，22(1):39-42．
[2] 肖燕娟，楊俊峰．基于USB2.0的高速數據通信接口設計[J]．微計算機信息，2008，2¬
2:310-312．
[3] Texas Instrument．TUSB6020 USB2.0 High-Speed On-The-Go Dual-Role Controller：America，SCPS170E[P]．March 2008．
[4] Texas Instrument．TMS320DM643x DMP VLYNQ Port User's Guide：America SPRU938B[P]．September 2007．