雅特力AT32 OTGHS应用笔记

本章将描述OTGHS支持的一些基本功能。

OTGHS特性

OTGHS通用特性：

• 支持USB2.0协议

• 内置独立4096字节SRAM

• 内置USB2.0高速PHY

• 内置上下拉电阻

• SOF信号输出

• 低功耗模式

• 支持忽略VBUS状态

• 支持ID检测以切换主机设备模式

• 不支持HNP/SRP协议（PHY不支持，不能动态切换模式，只能根据ID状态切换模式）

• AHB时钟大于30MHz

OTGHS设备模式特性：

• 支持高速和全速设备

• 支持内部1.5KΩ上拉

• 支持软件断开连接

• 支持1个双向控制端点0

• 支持7个IN端点,端点号1-7

• 支持7个OUT端点，端点号1-7

• 支持控制传输，大容量传输，中断传输，同步传输

• 端点接收FIFO共享

• 端点发送FIFO专用

• 支持内部DMA模式

OTGHS主机模式特性：

• 支持高速、全速和低速

• 支持内部15KΩ下拉

• 支持16个主机通道

• 支持控制传输，大容量传输，中断传输，同步传输

• 通道接收FIFO共享

• 通道发送FIFO专用

• 支持内部DMA模式

OTGHS高速PHY

OTGHS内置PHY支持高速/全速/低速，为主机和设备模式提供通信支持。

• DP和DM内置上下拉电阻，由OTGHS根据模式自动使能上下拉电阻
  当OTGHS处于设备模式时，DP 1.5KΩ上拉自动使能
  当OTGHS处于主机模式时，DP和DM 15KΩ下拉自动使能
• ID线内置上拉
  ID线为高电平，默认为设备模式
  ID线为低电平，为主机模式
• 设备模式下的VBUS检测（可忽略VBUS检测）
  设备模式下，仅支持VBUS高低电平检测，当VBUS为高电平，OTGHS认为是有效电平，将使能DP的上拉电阻，让主机识别到设备插入。当VBUS为低电平，OTGHS认为是无效电平，此时不使能DP上拉，处于断开模式。
  在设备模式下，如果想不检测VBUS，可通过设置寄存器OTGHS_GCCFG.VBUSIG=1来实现，此时可将检测VBUS的引脚释放出来给其它外设使用。
• PHY的低功耗模式
  OTGHS全速PHY支持低功耗模式。

OTGHS GPIO引脚

OTGHS使用GPIO引脚如下表所示：

表1 OTGHS GPIO引脚

注：USB_OE信号当USB在传输数据时，会翻转此信号

OTGHS 12MHz时钟

需要给OTGHS PHY提供12MHz的时钟，建议直接挂12MHz晶振，由晶振直接提供12MHz时钟给PHY。

OTGHS数据FIFO管理

OTGHS分配专用的4096 Byte SRAM作为数据FIFO，在主机或设备模式下，可通过软件配置寄存器给端点/通道分配FIFO，同时可以使用OTG内部DMA实现用户SRAM与FIFO的数据交换。

注意：分配的FIFO总大小不要超过4096 Byte

一、设备模式下的FIFO分配

设备模式下所有端点的接收共享一个接收FIFO，每个端点的发送对应一个专有的发送FIFO。

• RX_FIFO
  所有端点的接收共享这一块FIFO，配置寄存器OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意单位为word（4Byte）。
• TX_FIFO0
  端点0的发送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.RXFDEP
  OTGHS_DIEPTXF0. INEPT0TXDEP=端点0发送FIFO大小
• TX_FIFO1
  端点1的发送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+端点0发送FIFO大小
  OTGHS_DIEPTXF1.INEPTXFDEP=端点1发送FIFO大小
  ….

注意：对应端点FIFO配置寄存器中FIFO大小值的单位都是word（4Byte）。

注意：发送端点的起始地址一般配置为前面所有端点已占用的FIFO大小，例程如端点2的发送

FIFO起始地址为RX_FIFO大小+TX_FIFO0大小+TX_FIFO1大小。

二、主机模式下的FIFO分配

主机模式下，所有通道共享一个接收FIFO，通道发送FIFO分为非周期性发送FIFO和周期性发送FIFO。

非周期性和周期性通过传输类型来区分，每个主机通道寄存器都有配置传输类型，包含4种传输类型：控制传输（Control），同步传输（ISO），批量传输（Bulk），中断传输（Interrupt）

• 非周期性：控制传输（Control），批量传输（Bulk）
• 周期性传输：同步传输（ISO），中断传输（Interrupt）

图4 主机模式下FIFO分配

• RX_FIFO
  所有主机通道的接收共享这一块FIFO，配置寄存器OTGHS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意单位为word（4Byte）。
• Non-periodic TxFIFO
  非周期性的主机通道发送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.RXFDEP
  OTGHS_GNPTXFSIZ. NPTXFDEP=非周期性发送FIFO大小
• Periodic_TxFIFO
  周期性的主机通道发送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.
  NPTXFDEP
  OTGHS_HPTXFSIZ. PTXFSIZE=周期性发送FIFO大小

注意：对应FIFO配置寄存器中FIFO大小值的单位都是word（4Byte）。

OTGHS中断结构

图5. OTGHS中断结构

全局常用中断OTGHS_GINTSTS，此寄存器中包含了主机和设备的中断标志，部分中断标志只在设备模式或者主机模式下有效。

• 设备和主机模式都有效中断标志
  OTGHS_GINTSTS. MODEMIS：模式不匹配（主机和设备都适用）
  OTGHS_GINTSTS. SOF：SOF中断（主机和设备都适用）
  OTGHS_GINTSTS.RXFLVL：接收FIFO非空（主机和设备都适用）
  OTGHS_GINTSTS. CONIDSCHG：ID线状态变化（主机和设备都适用）
  OTGHS_GINTSTS.WKUPINT：唤醒信号中断（主机和设备都适用）
• 仅主机模式下有效中断标志
  OTGHS_GINTSTS. NPTXFEMP：非周期发送FIFO为空（主机适用）OTGHS_GINTSTS. PRTINT：主机端口中断（主机适用）
  OTGHS_GINTSTS. HCHINT：主机通道中断（主机适用）
  OTGHS_GINTSTS. PTXFEMP：周期性发送FIFO为空（主机适用）
  OTGHS_GINTSTS. DISCONINT：设备断开（主机适用）
• 仅设备模式下有效中断标志
  OTGHS_GINTSTS. USBSUSP：设备挂起（设备适用）
  OTGHS_GINTSTS. USBRST：USB复位（设备适用）
  OTGHS_GINTSTS. ENUMDONE：枚举速度完成（设备适用）
  OTGHS_GINTSTS. ISOOUTDROP：同步OUT包丢失（设备适用）
  OTGHS_GINTSTS. IEPTINT：IN端点中断（设备适用）
  OTGHS_GINTSTS. OEPTINT：OUT端点中断（设备适用）
  OTGHS_GINTSTS. INCOMPISOIN：未完成的同步IN传输（设备适用）

图6. 中断处理流程

OTG模式

通过配置如下寄存器让OTGHS处于OTG模式：

• OTGHS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非强制设备模式）
• OTGHS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非强制主机模式）

OTGHS可以通过检测ID线上的状态来确定当前处于设备模式还是主机模式。当ID状态为高电平时为设备模式，当ID状态为低电平时为主机模式。

寄存器GINTSTS.CURMOD=0，表示当前为设备模式

寄存器GINTSTS.CURMOD=1，表示当前为主机模式

另外可以根据GINTSTS. CONIDSCHG中断来检测当前ID线的状态是否有变化，当检测到ID线有变化时，根据当前的模式位（GINTSTS.CURMOD），应用程序选择初始化主机程序还是设备程序。

图7. OTG模式连接示意图

设备模式

OTGHS作为设备时支持高速和全速设备,不支持低速设备。支持8个IN端点（包括端点0），8个OUT端点（包括端点0）。

OTGHS强制作为设备

通过设定如下寄存器将OTGHS强制作为设备：

OTGHS_GUSBCFG.FDEVMODE=1（强制设备模式）

OTGHS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非强制主机模式）

图8. 设备模式连接示意图

注意：绿色线表示可选连接，当使能VBUSIG信号时，VBUS引脚可作为普通I/O。

OTGHS设备常用功能

本节介绍OTGHS作为设备模式时的一些功能。

• 软件断开
  可以通过配置设备模式下的寄存器，达到让设备断开与主机的连接。原理是通过控制DP的上拉使能来控制连接状态。
  配置OTGHS_DCTL.SFTDISCON=1，DP上拉不使能，断开连接。
  配置OTGHS_DCTL.SFTDISCON=0，DP上拉使能，开始连接。
• Remote wakeup唤醒
  当设备进入挂起状态之后，可以通过Remote wakeup功能唤醒主机。
  唤醒流程：
  1. 设置OTGHS_DCTL.RWKUPSIG=1；
  2. 延迟1-15ms
  3. 设置OTGHS_DCTL.RWKUPSIG=0；
• 忽略VBUS信号
  在设备模式下，可以忽略VBUS信号，此模式可以释放VBUS引脚给其它外设使用。通过配置OTGHS_GCCFG.VBUSIG=1来忽略VBUS信号。
• 支持内部DMA
  IN/OUT端点都支持DMA操作，可通过DMA交换USB FIFO和用户SRAM的数据。

OTGHS设备端点配置

本节简单介绍OTGHS端点寄存器的配置。

一、IN端点配置

IN端点寄存器OTGHS_DIEPCTLx（x为0~7）,端点寄存器存放端点的基本信息。

如下是一个IN端点的基本配置选项：

• OTGHS_DIEPCTLx.MPS（最大包长度）
• OTGHS_DIEPCTLx.EPTYPE（端点类型：控制传输，同步传输，块传输，中断传输）
• OTGHS_DIEPCTLxTXFNUM（发送FIFO编号，正常跟端点号相同）
• OTGHS_DIEPCTLx.USBACEPT（激活端点）
• OTGHS_DIEPCTLx.SNAK（设置端点为NAK状态）
• OTGHS_DIEPCTLx.CNAK（清除端点NAK状态）
• OTGHS_DIEPCTLx.STALL（设置端点为STALL状态）
• OTGHS_DIEPCTLx.EPTENA（开始传输数据）

二、OUT端点配置

OUT端点寄存器OTGHS_DOEPCTLx（x为0~7）,端点寄存器存放端点的基本信息。

如下是一个OUT端点的基本配置选项：

• OTGHS_DOEPCTLx.MPS（最大包长度）
• OTGHS_DOEPCTLx.EPTYPE（端点类型：控制传输，同步传输，块传输，中断传输）
• OTGHS_DOEPCTLx.USBACEPT（激活端点）
• OTGHS_DOEPCTLx.SNAK（设置端点为NAK状态）
• OTGHS_DOEPCTLx.CNAK（清除端点NAK状态）
• OTGHS_DOEPCTLx.STALL（设置端点为STALL状态）
• OTGHS_DOEPCTLx.EPTENA（开始传输数据）

主机模式

OTGHS作为主机模式时支持高速/全速/低速设备，同时支持16个主机通道。

OTGHS强制作为主机

通过设定如下寄存器将OTGHS强制作为主机，此时DP/DM下拉自动使能：

• OTGHS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非强制设备模式）
• OTGHS_GUSBCFG.FHSTMODE=1（强制主机模式）

图9. 主机模式连接示意图

• 支持高速、全速和低速设备
  通过OTGHS_HPRT.PRTSDP判断当前连接的设备是全速设备还是低速设备；
  OTGHS_HPRT.PRTSDP=0表示高速
  OTGHS_HPRT.PRTSDP=1表示全速
  OTGHS_HPRT.PRTSDP=2表示低速
• 复位
  通过设置OTGHS_HPRT.PRTRST来设置端口复位；
  OTGHS_HPRT.PRTRST=1；
  延时10ms
  OTGHS_HPRT.PRTRST=0；
• 挂起
  通过设置OTGHS_HPRT.PRTSUP=1来设置端口挂起，此时主机停止发送SOF；
• 支持内部DMA
  主机通道支持DMA操作，可通过DMA交换USB FIFO和用户SRAM的数据

OTGHS主机通道配置

主机通道配置寄存器OTGHS_HCCHARx（x为0~15）,通道寄存器存放通道的基本信息。

如下是一个通道的基本配置选项：

• OTGHS_HCCHARx.MPS（最大包长度）

• OTGHS_HCCHARx.EPTNUM（指示设备端点号）

• OTGHS_HCCHARx.EPTDIR（指示设备端点方向OUT/IN）

• OTGHS_HCCHARx.LSPDDEV（低速设备）

• OTGHS_HCCHARx.EPTYPE（端点类型：控制传输，同步传输，块传输，中断传输）

• OTGHS_HCCHARx.MC（周期性传输在每帧内传输的事务个数）

• OTGHS_HCCHARx.DEVADDR（设备地址）

• OTGHS_HCCHARx.ODDFRM（周期性传输奇数帧/偶数帧）

• OTGHS_HCCHARx.CHDIS（通道禁止）

• OTGHS_HCCHARx.CHENA（通道使能）