高速USB OTG--便携设备绝佳的互连解决方案
便携设备如何相互沟通
随着便携设备的功能和数据容量的提升，使用者也开始希望其能与其他便携式与非便携设备共享信息，但是掌上型设备的数据输入及显示较为不易。因为体积小，便携设备通常没有实用的接口，只有一个小屏幕和有限的按键。
便携设备存在的另一个问题是“需要传输的数据量”。以一台数码相机为例，其存储容量可高达数百兆。此外，数据传输的方式也有很多，手机用户可能会想将手机连接到PC，下载原先储存的信息；有时需要和其他手机联机，互传电话号码；或者需要和数码相机联机，上传所拍摄的照片；当然有时还必须连接到PDA并使用其无线网络功能。
无奈手机等便携设备体积太小，没有空间为各种连机类型提供专属的接头，而且便携设备的市场对成本相当敏感，想要提供这么多的接头，会导致成本过高。由此看来，我们需要一种便宜、普及、使用容易、传输速率高的联机方式，使各种不同的电子设备能够彼此通信并传输数据。
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图1 标准的USB连接架构 |
USB是一种主从架构的通信协议，原先是给一个主端搭配多个外围设备的应用方式设计的，因此USB连机的操控管理，多半是仰赖主端。如果要将整套USB规格的主端控管逻辑全部建构在一个便携设备中，对于着重功能简便的便携设备而言，会造成很大的负担。而且USB传输线具有方向性，插入主端的接头和插入外围设备的接头并不相同。
以便携设备而言，有时候必须担任主端的角色，例如，数码相机传送照片给打印机；而有时候则必须担任外围设备的角色，例如，数码相机将照片上传至PC，如图2所示。虽然USB的专用接头体积不大，但如果要建构于小巧的便携设备之中，可能还是过于庞大。USB架构认定主端具备充足的电源，可为联机的外围设备提供电力，有些设备甚至全部的电力都是来自USB总线的。这样的供电架构，对于一些电力有限的小型便携设备而言，会造成难以承受的负担。USB OTG补充规格中最重要的改变就是扩充了原先的USB协议，提供更严谨的电源管理功能，并允许电子设备担任主端角色或外围角色。
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图2 USB OTG的连接架构 |
“双重角色设备（Dual-Role Device）”既可担任主端角色、亦可担任外围的电子设备角色。除了要符合USB 2.0标准的所有要求之外，“双重角色设备”还必须提供有限的主端功能，并支持“事务请求协议（SRP）”以及“主端协商协议（HNP）”，而且应具备单一Mini-AB插槽。此外，这种设备必须能传送信息给使用者。当“双重角色设备”处于主端模式运作时，VBUS只需要供应8mA的电流，这个规格有别于标准USB主端的100mA或500mA要求。
主端协商协议
当“双重角色设备”连接了一个Mini-A或Mini-B插头时，它相应的便以OTG主机或外设的默认方式工作。A设备为默认主端，所以由它提供VBUS电源，且在检测到有设备接入时复位总线、列举并配置B设备。
A设备在完成对B设备的使用后，可以通过查询B设备的OTG性能描述符来判断是否支持HNP（即是否为“双重角色设备”）。如支持HNP，B设备将返回有效的OTG性能描述符，A设备则产生一个Set_feature命令（即HNP_Enable）来通知B设备可以在总线挂起的时候以主端方式工作，随后A设备挂起总线。
B设备通过上拉电阻（全速时）或者下拉电阻（高速时）拉低D+（数据线上拉电阻）以示连接断开。随后，作为对B设备断开的响应，A设备使能它的数据线并开始以从端方式工作。完成这些转换后，B设备和A设备便各自以主机角色和外设角色使用总线。如果该B设备属于“双重角色设备”且A设备不再使用它了，A设备便重发Set_feature命令并挂起总线。若B设备申请角色转换时出错，A设备则拉低VBUS以结束该事务。当B设备正常结束传输事务时便挂起VBUS使能其上拉电阻，重新以从端方式运行。A设备检测到总线挂起后，发出一个连接断开信号并重新以主机方式工作。
事务请求协议
在以往的USB系统运行过程中,主机提供5V的电源和不低于100mA的总线电流。当OTG主机(指以主机方式工作的两用OTG设备,又称A设备)连接到有线电源时这种方法是适用的，但像手机这样的自供电移动设备则不能承受如此大的电能浪费。为了节约电源延长电池的使用寿命,当总线上没有活动时，OTG主机将挂起总线电源VBUS。SRP可使OTG从端(指外设式设备或者以外设方式工作的“双重角色设备”，又称B设备)请求设备重新使能VBUS，而后A设备使用HNP交换两个设备的工作方式，这两步完成后由新的OTG主机开始事务传输。B设备可在前一事务结束2ms后的任意时间开始SRP。
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