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基于DWC2的USB驅(qū)動(dòng)開發(fā)-0x0B ULPI接口寄存器介紹 (qq.com)

一. ULPI(寄存器介紹)

1.1 前言

前面同步模式中我們介紹了寄存器的讀寫, 對于軟件的角度來說無非就是通過LINK的ULPI接口讀寫PHY的寄存器來設(shè)置和獲取狀態(tài)，同時(shí)通過ULPI接口來進(jìn)行USB數(shù)據(jù)的收發(fā)。

只是這個(gè)過程主要由硬件LINK完成,軟件只需要進(jìn)行一些中斷的處理簡單的設(shè)置即可。當(dāng)然在某些必要的時(shí)候我們也需要通過軟件直接讀寫PHY的寄存器以進(jìn)行操作和獲取狀態(tài)，這主要是在某些底層問題調(diào)試或者性能分析時(shí)需要用到。DWC2提供了直接訪問PHY寄存器的寄存器接口，這個(gè)后面再講。

1.2 寄存器讀寫回顧

在同步模式介紹中詳細(xì)介紹了寄存器的讀寫操作,這里重新回顧下對應(yīng)的時(shí)序圖。

立即寄存器寫

立即寄存器讀

立即寄存器讀寫在TX CMD時(shí)被USB接收中斷

立即寄存器讀寫在turn around時(shí)被USB接收中斷

USB接收和寄存器讀的Data時(shí)鐘在同一個(gè)時(shí)鐘,USB接收延遲

寄存器讀后緊接著USB接收

寄存器寫stp拉高時(shí)緊接著USB接收

寄存器讀緊接著USB接收

擴(kuò)展寄存器寫

擴(kuò)展寄存器讀

擴(kuò)展寄存器讀在擴(kuò)展地址對應(yīng)的時(shí)鐘被USB接收中斷

1.3 寄存器表

如表所示，ULPI提供了一個(gè)立即寄存器集，該寄存器集具有6位地址，該地址構(gòu)成傳輸命令字節(jié)Transmit Command Byte的一部分。擴(kuò)展寄存器還提供需要額外時(shí)鐘周期才能完成的8位地址。立即數(shù)寄存器集被映射到擴(kuò)展地址的低位。也就是說，讀取或?qū)懭霐U(kuò)展地址“00XXXXXX”實(shí)際上將對立即寄存器集進(jìn)行操作。PHY必須支持立即和擴(kuò)展寄存器操作。

擴(kuò)展寄存器訪問需要多一個(gè)CLK來發(fā)送寄存器地址,因?yàn)榈刂反笮?位,不能直接編碼在命令字節(jié)中了,所以要單獨(dú)發(fā)送。實(shí)際上立即寄存器也可以使用擴(kuò)展寄存器的方式操作,即寄存器地址的高2位為0，所以采用擴(kuò)展寄存器方式是統(tǒng)一編碼所有寄存器的,操作高2位為0的擴(kuò)展寄存器和立即寄存器操作是一樣的。那為什么不統(tǒng)一為擴(kuò)展寄存器操作一種方式呢，

因?yàn)閁SB關(guān)注數(shù)據(jù)傳輸帶寬,所以要減少其他控制操作:寄存器讀寫占用的ULPI接口帶寬，

所以把關(guān)鍵的寄存器直接編碼在命令字中,減少一個(gè)CLK的時(shí)間,減少寄存器讀寫占用的帶寬，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挕?/p>

下表的寄存器訪問圖例適用

支持位操作,在只需要置位或者清除某些位時(shí)比"讀-修改-寫"更高效,

因?yàn)閁LPI接口即要進(jìn)行USB數(shù)據(jù)傳輸又要進(jìn)行寄存器讀寫控制,數(shù)據(jù)傳輸才是重點(diǎn),要保證高數(shù)據(jù)傳輸帶寬所以要盡量減少寄存器讀寫占用的帶寬,所以增加set clr兩種寄存器操作模式,而不是只有rd和wr,不同的操作通過寄存器地址區(qū)分。

1.4立即寄存器

1.4.1 VID和PID

地址：00h-03h只讀。

1.4.2 功能控制Function Control

控制PHY的UTMI功能設(shè)置,是最頻繁使用的寄存器。

地址：04h-06h（讀取）、04h（寫入）、05h（設(shè)置）、06h（清除）。

1.4.3 接口控制Interface Control

啟用替代接口和物理層功能。此寄存器中的所有位都是PHY的可選功能

地址：07h-09h（讀?。?7h（寫入）、08h（設(shè)置）、09h（清除）。

15:適用于切換到串行或Carkit模式的LINK實(shí)現(xiàn)，并且不需要來自PHY的時(shí)鐘源。

1.4.4 OTG控制 OTG Control

控制PHY的UTMI+OTG功能。

地址：0Ah-0Ch（讀取）、0Ah（寫入）、0Bh（設(shè)置）、0Ch（清除）。

16:如果采用Carkit模式寄存器，上拉電阻器和檢測電路應(yīng)符合[CEA-936A]

1.4.5 USB中斷上升沿使能

地址：0Dh-0Fh（讀取），0Dh（寫入），0Eh（設(shè)置），0Fh。

如果設(shè)置，則當(dāng)相應(yīng)的PHY信號從低變高時(shí)，該寄存器中的位導(dǎo)致生成中斷事件通知。默認(rèn)情況下，所有轉(zhuǎn)換都處于啟用狀態(tài)。RxActive和RxError必須始終立即通信，因此不包括在此寄存器中。當(dāng)上升沿和下降沿使能都被禁用時(shí)，中斷電路可以在任何模式下斷電。

為了確保時(shí)鐘斷電時(shí)能夠檢測到中斷，LINK應(yīng)同時(shí)啟用上升沿和下降沿。

1.4.6 USB中斷下降沿使能

地址：10h-12h（讀?。?、10h（寫入）、11h（設(shè)置）、12h（清除）

如果設(shè)置，則當(dāng)相應(yīng)的PHY信號從高變?yōu)榈蜁r(shí)，該寄存器中的位導(dǎo)致生成中斷事件通知。默認(rèn)情況下，所有轉(zhuǎn)換都處于啟用狀態(tài)。RxActive和RxError必須始終立即通信，因此不包括在此寄存器中。當(dāng)上升沿和下降沿使能都被禁用時(shí)，中斷電路可以在任何模式下斷電。為了確保時(shí)鐘斷電時(shí)能夠檢測到中斷，LINK應(yīng)同時(shí)啟用上升沿和下降沿。

1.4.7 USB中斷狀態(tài)

地址：13h（只讀）。

指示中斷源信號的當(dāng)前值。當(dāng)上升沿和下降沿使能都被禁用時(shí)，中斷電路可以在任何模式下斷電。為了確保時(shí)鐘斷電時(shí)能夠檢測到中斷，LINK應(yīng)同時(shí)啟用上升沿和下降沿。

1.4.8 USB中斷鎖存

地址：14小時(shí)（只讀，自動(dòng)清除）。

當(dāng)在對應(yīng)的內(nèi)部信號上發(fā)生未屏蔽的改變時(shí)，這些比特由PHY設(shè)置。當(dāng)LINK讀取此寄存器時(shí)，或當(dāng)進(jìn)入低功率模式時(shí)，PHY將自動(dòng)清除所有位。無論ClockSuspendM的值如何，當(dāng)進(jìn)入串行模式或Carkit套件模式時(shí)，PHY也會(huì)清除此寄存器。當(dāng)上升沿和下降沿使能都被禁用時(shí)，中斷電路可以在任何模式下斷電。為了確保時(shí)鐘斷電時(shí)能夠檢測到中斷，LINK應(yīng)同時(shí)啟用上升沿和下降沿。

PHY必須遵循下表中的規(guī)則來設(shè)置任何鎖存寄存器位。需要注意的是，如果寄存器讀取數(shù)據(jù)在設(shè)置USB中斷鎖存位的同一周期內(nèi)返回到LINK，則中斷條件會(huì)立即在寄存器讀取數(shù)據(jù)中給出，而鎖存位不會(huì)設(shè)置。

注意，LINK在同步模式下讀取USB中斷鎖存寄存器是可選的，因?yàn)镽X CMD字節(jié)已經(jīng)直接指示中斷源。

1.4.9 調(diào)試寄存器

地址：15h（只讀）

指示對調(diào)試有用的各種信號的當(dāng)前值。

1.4.10 自定義使用寄存器Scratch寄存器

地址：16h-18h（讀?。?、16h（寫入）、17h（設(shè)置）、18h（清除）。

用戶可自定義寫入任何值,可作為測試使用

1.4.11 Carkit控制寄存器

地址：19h-1Bh（讀?。?、19h（寫入）、1Ah（設(shè)置）、1Bh（清除）。

此寄存器是可選的控制PHY內(nèi)Carkit電路的操作。如果未設(shè)置接口控制寄存器中的CarkitMode位，則忽略TxdEn和RxdEn位。如果CarkitMode位被設(shè)置，而RxdEn位未被設(shè)置，則數(shù)據(jù)（1）引腳保持在邏輯高。

1.4.12 Carkit中斷延遲

地址：1Ch（讀?。?Ch（寫入）。

此寄存器是可選的當(dāng)Carkit中斷電話時(shí)，它會(huì)在很長一段時(shí)間內(nèi)將D+拉低。如果D+在TPH_DP_INT時(shí)間內(nèi)低于VPH_DP_LO電壓閾值，則電話必須檢測到中斷。

只要設(shè)置了Carkit中斷啟用寄存器中的CarIntDet位，PHY中的Carkit中斷定時(shí)器就會(huì)啟用。如果啟用，當(dāng)D+電壓低于VPH_DP_LO時(shí)，Carkit中斷定時(shí)器會(huì)遞增。如果D+電壓高于VPH_DP_LO，則車載套件中斷定時(shí)器復(fù)位。當(dāng)D+高于VPH_DP_LO的時(shí)間短至TCR_INJ_WDTH時(shí)，Carkit中斷定時(shí)器必須復(fù)位。

當(dāng)Carkit中斷定時(shí)器達(dá)到存儲在CarIntDly中的值時(shí)，設(shè)置Carkit中斷鎖存寄存器中的CarIntDet位，并生成中斷。

1.4.13 Carkit中斷使能

地址：1Dh-1Fh（讀?。?、1Dh（寫入）、1Eh（設(shè)置）、1Fh（清除）。

此寄存器是可選的如果設(shè)置，則當(dāng)相應(yīng)的PHY信號發(fā)生變化時(shí)，該寄存器中的位會(huì)導(dǎo)致生成中斷事件通知。默認(rèn)情況下，此寄存器中的所有位都被清除。

1.4.14 Carkit狀態(tài)寄存器

地址：20h（只讀）。

此寄存器是可選的當(dāng)carkit中斷事件通知發(fā)生時(shí)，LINK可以讀取此寄存器，以確定是哪個(gè)事件觸發(fā)了中斷。

1.4.15 Carkit中斷鎖存

地址：21h（只讀，自動(dòng)清除）

此寄存器是可選的上一頁當(dāng)LINK讀取此寄存器時(shí)，或當(dāng)進(jìn)入低功率模式時(shí)，PHY將自動(dòng)清除所有位。

PHY必須遵循下表中的規(guī)則來設(shè)置任何鎖存寄存器位。需要注意的是，如果寄存器讀取數(shù)據(jù)在與設(shè)置Carkit中斷鎖存位相同的周期內(nèi)返回到LINK，則中斷條件會(huì)立即在寄存器讀取數(shù)據(jù)中給出，而鎖存位不會(huì)設(shè)置。

1.4.16 Carkit脈沖控制

地址：22h-24h（讀?。?2h（寫入）、23h（設(shè)置）、24h（清除）。

此寄存器是可選的它在PHY內(nèi)的音頻功能期間控制Carkit數(shù)據(jù)的操作。如果未設(shè)置接口控制寄存器中的車載設(shè)備模式位，則忽略TxPlsEn和RxPlsEn。

TxPlsEn：當(dāng)設(shè)置TxPlsSen位，并設(shè)置Carkit控制寄存器中的SpkLeftEn位時(shí)，PHY應(yīng)在79UTMI+低引腳接口規(guī)范（修訂版1.1，2004年10月20日）數(shù)據(jù)（0）線上的每個(gè)上升沿或下降沿后，在D線上輸出一個(gè)正脈沖，然后輸出一個(gè)負(fù)脈沖。當(dāng)生成這樣的脈沖對時(shí)，PHY應(yīng)執(zhí)行Carkit規(guī)范中定義的步驟。以下步驟列表提供了有關(guān)Carkit規(guī)格意圖的信息。

1.三態(tài)驅(qū)動(dòng)D線的揚(yáng)聲器緩沖器

2.將D線驅(qū)動(dòng)至3.3V+/-10%的電壓

3.等待傳輸正寬度寄存器中指定的時(shí)間

4.將D路驅(qū)動(dòng)至地

5.等待傳輸負(fù)寬度寄存器中規(guī)定的時(shí)間

6.停止將D路驅(qū)動(dòng)器至地

7.啟用驅(qū)動(dòng)D線揚(yáng)聲器緩沖器

RxPlsEn:當(dāng)RxPlsSen位被設(shè)置，并且Carkit控制寄存器中的MicEn位被設(shè)置時(shí)，每當(dāng)在D+線上檢測到下降沿超過VPH_DP_LO的車載套件中斷閾值時(shí)，PHY應(yīng)切換數(shù)據(jù)（1）輸出。設(shè)置RxPlsEn位時(shí)，應(yīng)啟用接收極性恢復(fù)計(jì)時(shí)器。

1.4.17 發(fā)送正脈沖寬度

地址：25h（讀），25h（寫）

此寄存器是可選的它指定設(shè)置TxPlsEn位時(shí)在D線上輸出的正脈沖的寬度。%1小時(shí)必須支持的最小TxPosWdth為8。必須支持的最大TxPosWdth為64。

1.4.18 發(fā)送負(fù)脈沖寬度

地址：26h（讀），26h（寫）

此寄存器是可選的它指定設(shè)置TxPlsEn位時(shí)在D線上輸出的負(fù)脈沖的寬度。%1小時(shí)必須支持的最小TxNegWdth為8。必須支持的最大TxNegWdth為64。

1.4.19 接收極性恢復(fù)

地址:27h (Read), 27h (Write)

該寄存器是可選的

當(dāng)在Carkit中啟用了音頻中的數(shù)據(jù)功能時(shí)，然后，Carkit通過將非歸零（NRZ）的UART信號轉(zhuǎn)換為一系列脈沖，將UART數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)，將這些脈沖信號通過D+發(fā)送到手機(jī)。

然后，在每次接收到一個(gè)脈沖時(shí)，手機(jī)中的PHY通過切換到數(shù)據(jù)(1)線，將這些脈沖轉(zhuǎn)換為NRZ UART信號。如果PHY錯(cuò)誤地錯(cuò)過了一個(gè)脈沖，或者檢測到一個(gè)額外的脈沖，那么數(shù)據(jù)(1)線上的極性將是不正確的。為了從此條件中恢復(fù)，當(dāng)數(shù)據(jù)(1)行的極性為邏輯極性低時(shí)，PHY自動(dòng)將數(shù)據(jù)(1)行的極性重置為邏輯高。

只有在設(shè)置了Carkit脈沖控制寄存器中的RxPlsEn位時(shí)，接收極性恢復(fù)才會(huì)被激活。時(shí)間以0.25 ms為單位測量。必須支持的最小RxPolRcvry為1。必須支持的最大RxPolRcvry為255。

1.4.20 保留

28H~2EH部分保留以后使用。

1.4.21 訪問擴(kuò)展寄存器集

2FH(讀/寫)

命令字中的低6位填該值,在下一個(gè)CLJ中發(fā)送8位的擴(kuò)展寄存器地址。

1.4.22 廠商指定

30H~3FH

廠商自定義使用

1.5擴(kuò)展寄存器

擴(kuò)展寄存器集的地址00h到3Fh直接映射到立即寄存器集。對擴(kuò)展地址00h到3Fh的讀、寫、設(shè)置或清除操作實(shí)際是在立即寄存器組上操作。地址40h到7Fh被保留以供將來使用。地址80h至FFh被分配給供應(yīng)商特定用途。

1.6所有上行和下行信號模型的寄存器設(shè)置

前面也說過ULPI是通過將UTMI的一部分相對靜態(tài)的的信號映射到寄存器，通過寄存器去操作這些信號來減少引腳的數(shù)量的。

下表顯示了LINK必須應(yīng)用哪些寄存器設(shè)置才能實(shí)現(xiàn)所需的信號模式。PHY必須根據(jù)需要自動(dòng)生成正確的信號、準(zhǔn)備SYNC和附加EOP。該表還顯示了由于寄存器設(shè)置而啟用的電阻器。

以下信號概念上存在于PHY內(nèi)部。所有電阻器信號均為高電平有效，值1b啟用電阻器，值0b禁用電阻器。

1.rpu_dp_en啟用D+上的1.5k?上拉電阻器

2.rpu_dm_en啟用D-上的1.5k?上拉電阻器

3.rpd_dp_en啟用D+下的15k?下拉電阻器

4.rpd-dm_en啟用D-上的15kΩ下拉電阻器

5.hsterm_en啟用D+和D-上的45?終端電阻器。

1.7總結(jié)

以上詳細(xì)介紹了PHY相關(guān)的寄存器內(nèi)容,標(biāo)準(zhǔn)部分是所有PHY都需要按照該規(guī)范實(shí)現(xiàn)的，還有廠商自定義部分可以自定義。正是因?yàn)橐?guī)范對寄存器功能進(jìn)行了規(guī)范所以LINK部分的IP才能做到兼容通過。

PHY寄存器的內(nèi)軟件開發(fā)人員容一般情況接觸不到，但是真正遇到底層疑難問題時(shí)可能只有通過PHY的一些寄存器才能進(jìn)行進(jìn)一步分析，所以也是需要了解的。
審核編輯：湯梓紅