ISP1362 USB OTG控制芯片及其應(yīng)用
關(guān)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(yīng)用，它們起到了集線器的作用，用以連接數(shù)碼相機、打印機等各種外設(shè)，但目前大部分設(shè)備還不能實現(xiàn)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(jié)束用電腦作為各種電子設(shè)備連接紐帶的時代，借助ＵＳＢ Ｏｎ－ｔｈｅ－Ｇｏ，外設(shè)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(jù)實際情況協(xié)商確定哪個設(shè)備作為主機。
圖1
２ ＩＳＰ１３６２的結(jié)構(gòu)特點
飛利浦ＩＳＰ１３６２由ＯＴＧ控制器、主機控制器、外設(shè)控制器、ＵＳＢ收發(fā)器、ＯＴＧ收發(fā)器和緩存器等組成，通過內(nèi)部集成的總線接口可與ＣＰＵ相連，ＩＳＰ１３６２的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示。
ＯＴＧ控制器模塊用于提供ＯＴＧ要求的所有控制、監(jiān)控及交換功能。它還支持ＯＴＧ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １．０標準規(guī)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(shè)，并支持主機與外設(shè)之間角色轉(zhuǎn)換的主機通信協(xié)議ＨＮＰ（Ｈｏｓｔ Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）和兩種模式下的對話請求協(xié)議ＳＲＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｒｏｔｏ-ｃｏｌ）。ＩＳＰ１３６２作為主機使用時，能夠關(guān)閉ＶＢＵＳ以響應(yīng)ＳＲＰ，而作為外設(shè)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(tài)監(jiān)控功能可以用來支持ＨＮＰ及ＳＲＰ軟件。
ＩＳＰ１３６２支持內(nèi)置電源供電及外部電源供電兩種模式。對于較低功耗的應(yīng)用設(shè)計，可用內(nèi)部集成的電荷泵激勵器。而如果應(yīng)用系統(tǒng)的功耗較高，則要用外部電源供電。
作為外設(shè)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(fā)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(huán)?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(nèi)置了一個用于非ＯＴＧ配置（僅限于主機及外設(shè)）的過流保護電路。當ＩＳＰ１３６２用作主機時，一個片內(nèi)的３．３Ｖ到５Ｖ電荷激勵器可調(diào)整支持大量外設(shè)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(shè)模式下工作，并可通過ＨＮＰ或布線變化來動態(tài)轉(zhuǎn)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(nèi)部寄存器和緩沖存儲器的１６比特數(shù)據(jù)總線。
ＲＤ(引腳２０）：讀信號線。低電平時表示ＨＣ／ＤＣ驅(qū)動器需要讀相應(yīng)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(qū)動器訪問對應(yīng)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(qū)動器需要寫數(shù)據(jù)到相應(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送。
ＤＡＣＫ１（引腳２８）：ＤＭＡ確認輸入。表明來自ＨＣ的ＤＭＡ傳輸請求已經(jīng)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(jīng)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(zhí)行中斷服務(wù)程序（ＩＳＲＳ）。
ＲＥＳＥＴ（引腳３２）：復位輸入。
圖3
Ｈ ＳＵＳＰＥＮＤ（引腳３３）：該引腳為高電平時，主機控制器處于“掛起”狀態(tài)，為低電平時，喚醒主機控制器。
Ｄ ＳＵＳＰＥＮＤ（引腳３４）：該引腳電平為高時，設(shè)備控制器處于“掛起”狀態(tài)，電平為低時，喚醒設(shè)備控制器。
Ｈ－ＰＳＷ１（引腳３５）：和外部ＰＭＯＳ開關(guān)相連。當引腳電平為低時，打開ＰＭＯＳ開關(guān)以為ＶＢＵＳ提供下行端口；引腳電平為高時，關(guān)閉ＰＭＯＳ開關(guān)。
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(tài)還是數(shù)據(jù)狀態(tài)；
Ａ１（引腳６２）：用于決定控制器工作于主機還是設(shè)備控制模式：０ 表示處于主機控制（ＨＣ）模式；１表示處于設(shè)備控制（ＤＣ）模式。
４ 應(yīng)用舉例
下面以ＩＳＰ１３６２開發(fā)的ＵＳＢ主機為例詳細說明ＩＳＰ１３６２的應(yīng)用。該設(shè)計所采用硬件平臺是ＭＯ-ＴＯＲＯＬＡ ＭＣＦ５２４９Ｃ３實驗開發(fā)板，以它作為母板，為ＵＳＢ主機開發(fā)提供ＲＳ２３２、ＢＤＭ接口，并提供８Ｍ的ＳＤＲＡＭ及２Ｍ的ｆｌａｓｈ ＲＯＭ的編程調(diào)試資源。該設(shè)計采用的軟件平臺是Ｍｅｔｒｏｗｅｒｋｓ ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒ，通過對ＭＣＦ５２４９編程實現(xiàn)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(shè)功能模塊。它們既可相互獨立，又可相互調(diào)用，共同完成ＵＳＢ主機的功能。
４．３ ＭＣＦ５２４９和ＩＳＰ１３６２底層通信的實現(xiàn)
這是整個ＵＳＢ體系軟件的根基，包括了ＭＣＦ５２４９對ＩＳＰ１３６２的讀、寫、設(shè)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(jié)構(gòu)是命令—數(shù)據(jù)寄存器對結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)階段。命令階段用來告知ＩＳＰ１３６２將在數(shù)據(jù)階段訪問它的寄存器。在微處理器的１６位數(shù)據(jù)總線上，命令階段占低字節(jié)，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(shù)據(jù)階段
ｒｅｓｕｌｔ_ｈ＝ｉｎｐｏｒｔ(ｈｃ_ｄａｔａ); ／／數(shù)據(jù)階段
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ_ｈ;
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ＜＜１６;
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ＋ｒｅｓｕｌｔ_ｌ;
ｒｅｔｕｒｎ(ｒｅｓｕｌｔ);
}
４．４ 主機功能實現(xiàn)
整個程序通過中斷調(diào)度來完成主機功能。ＵＳＢ總線在工作的時候，系統(tǒng)仍然按照特定的時序和協(xié)議規(guī)范運行。如系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線上的電平變化檢測到ＵＳＢ設(shè)備的接入與移出，接著主機和外設(shè)就按照事先約定的順序執(zhí)行一系列的信息交換, 即：主機重啟外設(shè)→主機給外設(shè)供電→外設(shè)通過缺省的地址０與主機通訊→主機給外設(shè)分配地址→主機請求外設(shè)的一系列功能和設(shè)備描述符。因此, 在Ｃ 語言中, 通過順序的編程和中斷的調(diào)度,就可以完成主機系統(tǒng)的標準的ＵＳＢ活動。
５ 結(jié)束語
借助ＩＳＰ１３６２，開發(fā)商可制造兼容ＯＴＧ的雙功能產(chǎn)品，實現(xiàn)點到點通信，其中的ＩＳＰ１３６２不僅可作為主機或傳統(tǒng)外設(shè)使用，還可根據(jù)需要動態(tài)轉(zhuǎn)換主機／外設(shè)角色。ＩＳＰ１３６２的低功耗特性使其成為小型手持設(shè)備如個人數(shù)字助理（ＰＤＡ）、數(shù)碼相機、ＭＰ３播放器及移動電話等的理想選擇，能滿足此類產(chǎn)品對電池使用壽命、產(chǎn)品尺寸的嚴格要求。
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