雅特力AT32F435/437 OTGFS應(yīng)用筆記

OTGFS介紹

AT32F435/437包含2個獨立的OTGFS，編號OTGFS1和OTGFS2，本章將描述OTGFS支持的一些基本功能。 OTGFS1和OTGFS2特性完全相同。

圖1 OTGFS框圖

OTGFS特性

OTGFS通用特性：

支持USB2.0協(xié)議

內(nèi)置獨立1280字節(jié)SRAM

內(nèi)置全速PHY

內(nèi)置上下拉電阻

SOF信號輸出

低功耗模式

支持忽略VBUS狀態(tài)

支持ID檢測以切換主機設(shè)備模式

不支持HNP/SRP協(xié)議（PHY不支持，不能動態(tài)切換模式，只能根據(jù)ID狀態(tài)切換模式）

AHB時鐘大于30MHz

OTGFS設(shè)備模式特性：

僅支持全速設(shè)備

支持內(nèi)部1.5KΩ上拉

支持軟件斷開連接

支持1個雙向控制端點0

支持7個IN端點,端點號1-7

支持7個OUT端點，端點號1-7

支持控制傳輸，大容量傳輸，中斷傳輸，同步傳輸

端點接收FIFO共享

端點發(fā)送FIFO專用

支持無晶振（crystal-less）

OTGFS主機模式特性：

支持全速和低速

支持內(nèi)部15KΩ下拉

支持16個主機通道

支持控制傳輸，大容量傳輸，中斷傳輸，同步傳輸

通道接收FIFO共享

通道發(fā)送FIFO專用

OTGFS全速PHY

OTGFS內(nèi)置支持全速/低速的PHY，為主機和設(shè)備模式提供通信支持。

1、DP和DM內(nèi)置上下拉電阻，由OTGFS根據(jù)模式自動使能上下拉電阻

當(dāng)OTGFS處于設(shè)備模式時，DP 1.5KΩ上拉自動使能

當(dāng)OTGFS處于主機模式時，DP和DM 15KΩ下拉自動使能

2、ID線內(nèi)置上拉

ID線為高電平，默認為設(shè)備模式

ID線為低電平，為主機模式

3、設(shè)備模式下的VBUS檢測（可忽略VBUS檢測）

設(shè)備模式下，僅支持VBUS高低電平檢測，當(dāng)VBUS為高電平，OTGFS認為是有效電平，將使能DP的上拉電阻，讓主機識別到設(shè)備插入。 當(dāng)VBUS為低電平，OTGFS認為是無效電平，此時不使能DP上拉，處于斷開模式。

在設(shè)備模式下，如果想不檢測VBUS，可通過設(shè)置寄存器OTGFS_GCCFG. VBUSIG=1來實現(xiàn)，此時可將檢測VBUS的引腳釋放出來給其它外設(shè)使用。

4、PHY的低功耗模式

OTGFS全速PHY支持低功耗模式，可以通過設(shè)置寄存器OTGFS_GCCFG. LP_MODE=1讓PHY處于低功耗模式。

OTGFS GPIO引腳

435/437 OTGFS1/2使用GPIO引腳如下表所示：

表1 OTGFS1 GPIO引腳

表2 OTGFS2 GPIO引腳

注：USB_OE信號當(dāng)USB在傳輸數(shù)據(jù)時，會翻轉(zhuǎn)此信號

OTGFS 48MHz時鐘

需要給OTGFS提供48MHz±0.25%的時鐘來用于USB總線采樣。 48MHz時鐘可以直接來源HICK，也可以通過PLLCLK分頻得到。

圖2 USB 48MHz時鐘來源

注意：當(dāng)OTGFS作為HOST時，必須使用外部晶振通過PLL分頻作為USB 48MHz時鐘。

USB時鐘選擇HICK

通過設(shè)置如下寄存器選擇HICK：

1、CRM_MISC1。?？说戏?1;

HICK是否分頻，1表示不分頻，0表示6分頻

2、CRM_MISC1。HICK_TO_USB=1;

1 表示USB 48MHz時鐘來源是HICK，0表示來源為PLL分頻。

如果USB 48MHz時鐘來源選擇HICK時，在設(shè)備模式下需要開啟ACC（HICK自動校準）功能，ACC功能利用USB產(chǎn)生的SOF信號來作為參考信號，實現(xiàn)對HICK時鐘的采樣和校準。 詳細功能可參考RM HICK自動時鐘校準（ACC）章節(jié)。

注意：當(dāng)OTGFS作為HOST時，必須使用外部晶振通過PLL分頻作為USB 48MHz時鐘，因為在HOST模式下不能通過ACC校準HICK。

使用HICK作為USB 48MHz時鐘代碼示例：

USB時鐘選擇PLLCK****分頻

USB 48MHz時鐘默認是由PLL通過分頻得到，435/437系統(tǒng)時鐘最高可達到288Mhz，通過配置USB分頻因子，達到為USB提供48MHz時鐘。

通過配置已下寄存器進行PLL分頻：

CRM_MISC2. USBDIV=USB分頻因子

USB分頻因子支持：1.5分頻，不分頻，2.5分頻，2分頻，3.5分頻，3分頻，4.5分頻，4分頻，5.5分頻，5分頻，6.5分頻，6分頻，7分頻。

使用PLL分頻作為USB 48MHz時鐘代碼示例：

OTGFS數(shù)據(jù)FIFO管理

OTGFS分配專用的1280 Byte SRAM作為數(shù)據(jù)FIFO，在主機或設(shè)備模式下，可通過軟件配置寄存器給端點/通道分配FIFO。

注意：分配的FIFO總大小不要超過**1280 Byte

設(shè)備模式下的FIFO分配

設(shè)備模式下所有端點的接收共享一個接收FIFO，每個端點的發(fā)送對應(yīng)一個專有的發(fā)送FIFO。

圖3 設(shè)備模式FIFO分配

1、RX_FIFO

所有端點的接收共享這一塊FIFO，配置寄存器OTGFS_GRXFSIZ. RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意單位為word（4Byte）。

2、TX_FIFO0

端點0的發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF0，需要配置起始地址和FIFO大小。

OTGFS_DIEPTXF0。INEPT0TXSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP

OTGFS_DIEPTXF0. INEPT0TXDEP=端點0發(fā)送FIFO大小

3、TX_FIFO1

端點1的發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF1，需要配置起始地址和FIFO大小。

OTGFS_DIEPTXF1. INEPTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ. RXFDEP+端點0發(fā)送FIFO大小OTGFS_DIEPTXF1. INEPTXFDEP=端點1發(fā)送FIFO大小

...

注意：對應(yīng)端點FIFO配置寄存器中FIFO大小值的單位都是word（4Byte）。

注意：發(fā)送端點的起始地址一般配置為前面所有端點已占用的FIFO大小，例程如端點2的發(fā)送FIFO起始地址為**RX_FIFO大小+TX_ FIFO0大小+TX_FIFO1**大小。

主機模式下的FIFO分配

主機模式下，所有通道共享一個接收FIFO，通道發(fā)送FIFO分為非周期性發(fā)送FIFO和周期性發(fā)送FIFO。

非周期性和周期性通過傳輸類型來區(qū)分，每個主機通道寄存器都有配置傳輸類型，包含4種傳輸類型：控制傳輸（Control），同步傳輸（ISO），批量傳輸（Bulk），中斷傳輸（Interrupt）

非周期性：控制傳輸（Control），批量傳輸（Bulk）

周期性傳輸：同步傳輸（ISO），中斷傳輸（Interrupt）

圖4 主機模式下FIFO分配

1、RX_FIFO

所有主機通道的接收共享這一塊FIFO，配置寄存器OTGFS_GRXFSIZ. RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意單位為word（4Byte）。

2、非周期性TxFIFO

非周期性的主機通道發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_GNPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。

OTGFS_GNPTXFSIZ。NPTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP

OTGFS_GNPTXFSIZ. NPTXFDEP=非周期性發(fā)送FIFO大小

3、Periodic_TxFIFO

周期性的主機通道發(fā)送FIFO，配置寄存器OTGFS_HPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。

OTGFS_HPTXFSIZ。PTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP+OTGFS_GNPTXFSIZ.NPTXFDEP

OTGFS_HPTXFSIZ. PTXFSIZE=周期性發(fā)送FIFO大小

注意：對應(yīng)FIFO配置寄存器中FIFO大小值的單位都是word（4Byte）

OTGFS中斷結(jié)構(gòu)

圖5 OTGFS中斷結(jié)構(gòu)

全局常用中斷OTGFS_GINTSTS，此寄存器中包含了主機和設(shè)備的中斷標志，部分中斷標志只在設(shè)備模式或者主機模式下有效。

1、設(shè)備和主機模式都有效中斷標志

OTGFS_GINTSTS. MODEMIS：模式不匹配（主機和設(shè)備都適用）

OTGFS_GINTSTS. SOF：SOF中斷（主機和設(shè)備都適用）

OTGFS_GINTSTS. RXFLVL：接收FIFO非空（主機和設(shè)備都適用）

OTGFS_GINTSTS. CONIDSCHG：ID線狀態(tài)變化（主機和設(shè)備都適用）

OTGFS_GINTSTS. WKUPINT：喚醒信號中斷（主機和設(shè)備都適用）

2、僅主機模式下有效中斷標志

OTGFS_GINTSTS. NPTXFEMP：非周期發(fā)送FIFO為空（主機適用）

OTGFS_GINTSTS. PRTINT：主機端口中斷（主機適用）

OTGFS_GINTSTS. HCHINT：主機通道中斷（主機適用）

OTGFS_GINTSTS. PTXFEMP：周期性發(fā)送FIFO為空（主機適用）

OTGFS_GINTSTS. DISCONINT：設(shè)備斷開（主機適用）

3、僅設(shè)備模式下有效中斷標志

OTGFS_GINTSTS. USBSUSP：設(shè)備掛起（設(shè)備適用）

OTGFS_GINTSTS. USBRST：USB復(fù)位（設(shè)備適用）

OTGFS_GINTSTS. ENUMDONE：枚舉速度完成（設(shè)備適用）

OTGFS_GINTSTS. ISOOUTDROP：同步OUT包丟失（設(shè)備適用）

OTGFS_GINTSTS. IEPTINT：IN端點中斷（設(shè)備適用）

OTGFS_GINTSTS. OEPTINT：OUT端點中斷（設(shè)備適用）

OTGFS_GINTSTS. INCOMPISOIN：未完成的同步IN傳輸（設(shè)備適用）

圖6 中斷處理流程

OTGFS模式

通過配置如下寄存器讓OTGFS處于OTG模式：

OTGFS_GUSBCFG. FDEVMODE=0（非強制設(shè)備模式）

OTGFS_GUSBCFG. FHSTMODE=0（非強制主機模式）

435/437 OTGFS可以通過檢測ID線上的狀態(tài)來確定當(dāng)前處于設(shè)備模式還是主機模式。 當(dāng)ID狀態(tài)為高電平時為設(shè)備模式，當(dāng)ID狀態(tài)為低電平時為主機模式。

寄存器GINTSTS.CURMOD=0，表示當(dāng)前為設(shè)備模式

寄存器GINTSTS.CURMOD=1，表示當(dāng)前為主機模式

另外可以根據(jù)GINTSTS. CONIDSCHG中斷來檢測當(dāng)前ID線的狀態(tài)是否有變化，當(dāng)檢測到ID線有變化時，根據(jù)當(dāng)前的模式位（GINTSTS.CURMOD），應(yīng)用程序選擇初始化主機程序還是設(shè)備程序。

圖7 OTG模式連接示意圖

設(shè)備模式

435/437 OTGFS作為設(shè)備時僅支持全速設(shè)備,不支持低速和高速設(shè)備。 支持8個IN端點（包括端點0），8個OUT端點（包括端點0）。

OTGFS強制作為設(shè)備

通過設(shè)定如下寄存器將OTGFS強制作為設(shè)備：

OTGFS_GUSBCFG. FDEVMODE=1（強制設(shè)備模式）

OTGFS_GUSBCFG. FHSTMODE=0（非強制主機模式）

圖8 設(shè)備模式連接示意圖

注意：綠色線表示可選連接，當(dāng)使能VBUSIG信號時，VBUS**引腳可作為普通I/O。

OTGFS設(shè)備常用功能

本節(jié)介紹OTGFS作為設(shè)備模式時的一些功能。

1、軟件斷開

可以通過配置設(shè)備模式下的寄存器，達到讓設(shè)備斷開與主機的連接。 原理是通過控制DP的上拉使能來控制連接狀態(tài)。

配置OTGFS_DCTL. SFTDISCON=1，DP上拉不使能，斷開連接。

配置OTGFS_DCTL. SFTDISCON=0，DP上拉使能，開始連接。

2、Remote wakeup喚醒

當(dāng)設(shè)備進入掛起狀態(tài)之后，可以通過Remote wakeup功能喚醒主機。

喚醒流程：

設(shè)置OTGFS_DCTL. RWKUPSIG=1；

延遲1-15ms

設(shè)置OTGFS_DCTL. RWKUPSIG=0；

3、忽略VBUS信號

在設(shè)備模式下，可以忽略VBUS信號，此模式可以釋放VBUS引腳給其它外設(shè)使用。 通過配置OTGFS_GCCFG. VBUSIG=1來忽略VBUS信號。

OTGFS設(shè)備端點配置

本節(jié)簡單介紹OTGFS端點寄存器的配置。

IN 端點放置

IN端點寄存器OTGFS_DIEPCTLx（x為0~7）,端點寄存器存放端點的基本信息。

如下是一個IN端點的基本配置選項：

OTGFS_DIEPCTLx.MPS（最大包長度）

OTGFS_DIEPCTLx.EPTYPE（端點類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）

OTGFS_DIEPCTLxTXFNUM（發(fā)送FIFO編號，正常跟端點號相同）

OTGFS_DIEPCTLx.USBACEPT（激活端點）

OTGFS_DIEPCTLx.SNAK（設(shè)置端點為NAK狀態(tài)）

OTGFS_DIEPCTLx.CNAK（清除端點NAK狀態(tài)）

OTGFS_DIEPCTLx.STALL（設(shè)置端點為STALL狀態(tài)）

OTGFS_DIEPCTLx.EPTENA（開始傳輸數(shù)據(jù)）

輸出端點放置

OUT端點寄存器OTGFS_DOEPCTLx（x為0~7）,端點寄存器存放端點的基本信息。

如下是一個OUT端點的基本配置選項：

OTGFS_DOEPCTLx.MPS（最大包長度）

OTGFS_DOEPCTLx.EPTYPE（端點類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）

OTGFS_DOEPCTLx.USBACEPT（激活端點）

OTGFS_DOEPCTLx.SNAK（設(shè)置端點為NAK狀態(tài)）

OTGFS_DOEPCTLx.CNAK（清除端點NAK狀態(tài)）

OTGFS_DOEPCTLx.STALL（設(shè)置端點為STALL狀態(tài)）

OTGFS_DOEPCTLx.EPTENA（開始傳輸數(shù)據(jù)）

主機模式

435/437 OTGFS作為主機模式時支持全速/低速設(shè)備，同時支持16個主機通道。

OTGFS強制作為主機

通過設(shè)定如下寄存器將OTGFS強制作為主機，此時DP/DM下拉自動使能：

OTGFS_GUSBCFG. FDEVMODE=0（非強制設(shè)備模式）

OTGFS_GUSBCFG. FHSTMODE=1（強制主機模式）

圖9 主機模式連接示意圖

OTGFS主機常用功能

1、支持全速和低速設(shè)備

通過OTGFS_HPRT. PRTSDP判斷當(dāng)前連接的設(shè)備是全速設(shè)備還是低速設(shè)備；

OTGFS_HPRT. PRTSDP=1表示全速

OTGFS_HPRT. PRTSDP=2表示低速

2、復(fù)位

通過設(shè)置OTGFS_HPRT. PRTRST來設(shè)置端口復(fù)位；

OTGFS_HPRT。PRTRST=1;

延時10ms

OTGFS_HPRT。PRTRST=0;

3、掛起

通過設(shè)置OTGFS_HPRT. PRTSUP=1來設(shè)置端口掛起，此時主機停止發(fā)送SOF；

OTGFS主機通道配置

主機通道配置寄存器OTGFS_HCCHARx（x為0~15）,通道寄存器存放通道的基本信息。

如下是一個通道的基本配置選項：

OTGFS_HCCHARx.MPS（最大包長度）

OTGFS_HCCHARx.EPTNUM（指示設(shè)備端點號）

OTGFS_HCCHARx.EPTDIR（指示設(shè)備端點方向 OUT/IN）

OTGFS_HCCHARx.LSPDDEV（低速設(shè)備）

OTGFS_HCCHARx.EPTYPE（端點類型：控制傳輸，同步傳輸，塊傳輸，中斷傳輸）

OTGFS_HCCHARx.MC（周期性傳輸在每幀內(nèi)傳輸?shù)氖聞?wù)個數(shù)）

OTGFS_HCCHARx.DEVADDR（設(shè)備地址）

OTGFS_HCCHARx.ODDFRM（周期性傳輸奇數(shù)幀/偶數(shù)幀）

OTGFS_HCCHARx.CHDIS（通道禁止）

OTGFS_HCCHARx.CHENA（通道使能）