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简述：
USB出自豪门，一问世便有IBM,Microsoft,compaq等前呼后拥，不红实在是没有道理，以致于连三岁小毛孩都知道买游戏手柄要买USB的。
USB名气这么大，但USB是什么呢？要是想找份写驱动的活谋生，常会被问到这样的要求：“给我讲讲USB。”
无论你是谁，遇到这样的问题一定要扭头就跑，不然一定被雷死。
USB使用方便，硬件设计也简单，但开发人员还是谈USB色变。为什么呢，因为USB简单方便的外表下面是一个十分复杂的USB系统。简单方便和成本低廉的代价就是逻辑上的复杂，这里的逻辑指的就是USB协议。USB的协议之多之杂在IT界内绝对是史无前例的，数据传输的协议，控制协议，主控制器协议，设备相关的协议，硬件接口的协议，这些都要和USB扯上关系，都称自己是USB协议，以至于有很多人雄心勃勃的研读了几年的USB协议才发现所研读的内容和自己要想了解的东西扯不上关系。
在我看来，USB的成功主得益于两点：
首先是集成电路技术的发展，使得控制器能集成更复杂的逻辑（USB协议）的同进价格还能降下来。一个产品要想推广开，首先是要足够便宜，要让大众能买得起用得起，其次是功能强大，集成电路技术的发展 给了usb这两个条件。
但集成电路的发展带来的好处也被USB同时代的其它接口标准（如1394）所共享，USB绝对不是成本最低，性格比最高，协议设计的最完美的接口，但USB为什么能独霸天下，这就是USB之所以能成名的第二点，出生好。
有了Intel,IBM,Microsoft,compaq这群好爹妈的支持，就算是阿斗也能坐上皇位，向况USB不是阿斗。这群好爹妈运用自己强大的影响力，给USB制定了一系列的标准，要想跟他们混就得尊守这个标准，其它团体也是敢怒不敢言，屁踮屁踮的就奔着USB去了。
USB系统概述
首先，我们来回答一下面试官的问题，USB是什么，usb就是Universal Serial Bus（通用串行总线）。什么是Universal Serial Bus呢。这个用语言就难以表达了，请看下面两张图：
少许的艺术细胞加上平时的使用经验就能理解第一张图的含义，一个USB主机可以通过hub可以连接许多的从设备，组成像树一样的结构。
关键是第二张图，详细的描述的linux USB系统的几大板块，这种结构基本上适用所有操作系统的USB架构。
可能是USB这三个字母看起来比较酷，稍和USB沾边的开发人员都会吹自己做过USB开发，特别是那些介绍USB的垃圾书，从头到尾扯了一通他也没有告诉读者他讲的是USB技术的那一部份，在USB的整个架构中的作用。
首先,USB分为主从两大体系，一般而言，PC中的USB系统就是作主，而一般的USB鼠标，U盘则是典型的USB从系统。即使是一个USB鼠标，也不要小看它，它其中也有很精深的USB技术。作为USB鼠标的第一大生产国，我们实在没有什么好骄傲的，如果从零开始，花个十年八年我们国家也不一定能研发出一个像样的USB鼠标。
先说控制器这一块，我们至少要开发出USB的主控制器与从控制器，鼠标是低速设备，所需的是最简单的一类从控制器。主控制器则复杂得多，因为太过于复杂了，所以就形成了一些标准。在一个复杂的系统中，标准的好处就是可以让开发者把精力集中在自己负责的一块中来，只需要向外界提供最标准的接口，而免于陷于技术的汪洋大海中。
USB主控制器主要有1.1时代的OHCI和UHCI，2.0进代的EHCI，这些标准规定了主控制器的功能和接口（寄存器的序列及功能），对我们驱动工程师而言，这样的好处就是只要你的驱动符合标某一标准，你就能轻而易举的驱动所有这个标准的主控制器。要想把主控制器驱动起来，本来是一件很难的事情，估计全球的IT工程师没几个能有这样的水平，但有了标准，我们就可以轻松的占有这几个高水平的IT工程师的劳动成果。
主控制器和驱动有了，我们还需要USB协议栈，这就是整个USB系统的软件部分的核心（有的资料中直接把其称为USB核心），USB协议栈一方面向使用USB总线的设备驱动提供操作USB总线的API，另一方面则管理上层驱动传下来的的数据流，按USB主控制器的要求放在控制器驱动规定的位置，USB主控制器会调度这些数据。
我们这里用到了调度这个词，USB主控制器的调度其实和火车的调度CPU的调度有相似之处，物理上的通路只有一条，但USB中规定的逻辑上的通路却有许多条，有时一个设备就会占用几条逻辑通道，而USB系统中又会有多个设备同时运行。这就好像是只有一条铁路线，但来来往往的火车却有许多，USB主控制器的作用就是调度这些火车，而USB协议栈的作用则向上层的USB设备驱动提供不同的车次。
有了以上的这些模块，才能为USB鼠标设计驱动，这一点上ps/2鼠标的驱动和USB鼠标的驱动结构基本一样，只不过我们的数据通路是USB总线。
USB系统甚至把设备驱动都给标准化了，只要是支持USB的主机，就可以支持任何一个厂商的USB鼠标，任何一个厂商的U盘，只要是被USB系统包函的设备，只要这些设备支持相应的标准，就无需重新设计驱动而直接使用。
下是简单的列出了USB设备类型，理想的情况USB系统要对这些设备作完整的支持，设备也必须符合USB规范中的要求。
1－audio：表示一个音频设 备。
2－communication device：通讯设备，如电话，moden等等。
3－HID：人机交互设备，如键盘，鼠标等。
6－image图象设备，如扫描仪，摄像头等，有时数码相 机也可归到这一类。
7－打印机类。如单向，双向打印机等。
8－mass storage海量存储类。所有带有一定存储功能的都可以归到这一类。如数码相机大多数都归这一类。
9－hub类。
11－chip card/smart card。
13 －－Content Security
14－－Video （Interface）
15－－Personal Healthcare
220－－Diagnostic Device
224－－Wireless Controller （Interface）
239－－Miscellaneous
254－－Application Specific （Interface）
255－vendor specific.厂家的自定义类，主要用于一些特殊的设备。如接口转接卡等。
理解了这两张图，基本能应付一下面试官了，但我建议还是随身带着这两张张图，因为USB系统确实太复杂，言语难以表达，很可能他说的USB和你讲的USB压根就不是一个东西，只是都和USB相关。
但这两张图也不能回答所有的问题，随着USB技术的发展，USB系统中的一些不足也逐渐被承认，OTG就是这种情况下的主要产物。
现在市面上有些设备（比如一些MP4）即能插上电脑当U盘使，也能被U盘插上读取U盘。这样的设备在USB系统中是作主还是作从呢？
这就是OTG(On-The-Go),即可以作主也可以作从，传说中的雌雄同体。这主要是为嵌入式设备准备的，因为USB是一种主从系统，不能支持点对点平等的传输数据，OTG正是在这种需求下产生的，OTG不仅支持控制器的主从切换，在一定层度上，也支持相同设备之间的数据交换。
USB连接的基本知识
USB信号线
信号线名称 颜色
1 Vbus 红
2 D- 白
3 D+ 绿
4 GNU 黑
shell（金属壳） 屏敝层
有了上面的表，剥开USB线看看花花绿绿的信号线都是有来头的，这些色彩也是USB规范中的一部份。
USB线览倒没有什么名堂，倒是USB接插件在这几年搞出不少事。
随着USB OTG技术的发展，对接插件有了新的要求，STD标准的东西尺寸太大，于是有了MINI标准，但有人觉得MINI标准的接插件还是太大，又忽悠出mirco标准，而且MINI和mirco标准的接插件由4pin变成了5pin。
一 般而言，靠近host一则的插头和插座称作A,靠近从设备的则称B，在OTG中，A则是指供电方。
Connector Color
mirco/mini-A receptacle White
mirco/min-AB receptacle Gray
mirco/min-B receptacle Black
mirco/min-A plug White
mirco/min-B plug Black
mirco/mini标准的接插件都是5pin,除了传统的vbus,D+,D-,GNU外，还多了一个ID pin。
细的的人都会发现，mirco/mini的接插件定义是5 pin，但线缆的信号线却是4根。这就是OTG的玄机。
OTG规范中要求设备即能作主，也能作从，要实现这个功能，必须有寻找一种方法来区别设备是作主还是作从。OTG的作方就是增来一个ID pin来判断设备是接入设备的是主还是从，按OTG的要求，同时作主和从的设备要使用mirco/min-AB receptacle，这样可以接入A型的plug,也可以接入B型的plug。
在a型plug中，ID线与地线相连，这样A型plug接入时ID线就被拉低，OTG控制器切换到主模式，当B型plug中，ID线悬空，这样ID线就为默认值（高电平），OTG控制器就处于从状态。
下图是两种常用的联接方式：
上图中pin脚的序列是vbus,D-,D+,ID,GND，我们要注意上图中pin4(ID)的连接方法，OTG需要通过这个PIN脚来判断控制器是作主还是作从。
对驱动而言，OTG中的ID脚是我们需要主要关注的，至于其它的，了解一下就可以了，vbus主要是供电，D+/D-则是用来传输数据，就是我们前面所讲的主设备和从设备间唯一的一条铁路。USB中用差分信号来传送数据，这就增加了传输的的抗干扰能力，高频率传输成为可能，usb2.0最高速度可以达到480Mbps/s。数据的传输主要由主控制器和从控制器来控制，这就回到了前面所说的，IC技术的发展给USB技术铺平了道路，USB的主从控制器实际上是一个专用的CPU，专门负责编解码USB数据和搬运数据，如果这些工作全交给cpu去做，CPU早就瘫了。在2.0问世之初，480Mbps/s的频率远远超出许多CPU的极限速度。
OTG控制器
首先，提出一个问题，OTG和EHCI/OHCI/UHCI是同一类概念吗？
那我们先看一看OTG能做些什么。
在OTG中，我们一般不把设备叫做主设备或从设备，而称作A-DEVICE和B-DEVICE。一般而言，A-DEVICE作主，B-DEVICE作从，但也不能这样绑定，A-DEVICE也可以作从，这时A-DEVICE仍要为总线提供电力。
OTG设备使用插头中的ID引脚来区分A/B Device，ID接地被称作为A-Device,为连接时候的USB Host，A-Device始终为总线提供电力。ID悬空被称作为B-Device,为连接时候的USB Device(作从)，设备的USB Host/USB Device角色可以通过HNP切换。
OTG Device：使用Micro AB插座，可以在运行时切换Host/Device。
仅外设B-Device：仅仅能作为外设的B-Device（分为插头一体和插头线缆分离的）。
可见，OTG主要是负责控制器状态的切换，这种切换要根据接入的设备来判断。OTG主要使用在嵌入式设备中，说到嵌入式不能不提降低功耗了，所以仅有ID线的检测还是不够的。
OTG中的三大协议
SRP（Session Request Protocol）：
B-Device使用。通过数据线上的脉冲，请求A-Device打开VBUS并且开始
－个Session。Session为从VBUS打开到关闭这一段时间。
支持：A-Device允许回应SRP，B-Device（包括仅能作为外设的B-Device），允许发起SRP。一个能够支持HNP的B- Device应该能够发起SRP。当A插头插入时关闭VBus的Host必须支持回应SRP，VBus总是打开的Host不必响应SRP。
ADP（Attach Detection Protocol）：
提供设备检测是否有对端设备插入。
HNP（Host Negotiation Protocol）：
OTG设备通过HNP来切换Host/Device角色。
OTG不同连接方式的不同过程
OTG Device /Embedded Host 与 仅作为外设的B-device（带A插头型）
Host端检测到A插头插入，停止ADP，打开VBus，因为B-Device的A插头与设备作为一体，此时B-Device必定与A插头连接，Host检测到外设连接，开始枚举。
OTG Device/Embedded Host 与 仅作为外设的B-device（A插头为线缆连接）
Host段检测到A插头插入，停止ADP，打开VBus，如果B-Device是线缆连接完毕在将A插头插入则整个连接过程与上面无异，因为此 时B-Device可能还没有插入插头，则设备连接超时，VBus再次关闭，等待下一次ADP的改变（线缆连接完毕），再次打开VBus，此时开始正常总 线枚举。
OTG Device 与 OTG Device
Host端检测到插头插入，则打开VBus，如果没有外设检测到，则关闭VBus，打开ADP Probing，Device端检测到插头插入，则打开SRP，如果线缆没有插入，则SRP超时，Device端开始进行ADP Probing，当线缆连接完毕，Device端侦测到ADP变化，发送SRP请求Host打开VBus，Host回应SRP并且打开VBus，完成设备 连接。
从上面的过程可以看出，ADP和SRP的目的都是为了节能，平时VBus上的供电是并没有打开的，这就需要靠ADP和SRP来检测外设并打开VBus的供电。如果VBus上一直有电流供应，ADP和SRP就无用武之地了。可见，在嵌入式的世界里，确实要精打细算，ADP和SRP是何等的复杂，这么复杂的设计仅是为了省几毫安的电流。
回来我们前面的问题，OTG和EHCI/UHCI/OHCI是同一类的概念吗？
OTG的作用只是负责切换主从状态的切换，同时，在功耗方面也有要求，OTG要求vbus不能像PC那样永远供电，所以这样就需要有一套设备发现机制，这就是SRP和ADP了。OTG也允许同进充许同类设备进行数据传输（A TO A）,这就是HNP发挥作用的时候了。
当OTG己经发现设备，VBUS供电开启，系统处于HOST或DEVICE状态，这时OTG的使命就完成了，接下来的工作就交给主控制器（EHCI/OHCI/UHIC）或从控制器了。
所以OTG的主要是在设备接入的那一刻起作用，此后USB还是要按传统的HOST/DEVICE的方式来通讯。当然，有些OTG控制器会集成一些HOST控制器的功能，这些控制器并不符合任何一种标准，一旦遇到这种OTG控制器，驱动开发人员就要倒霉了。USB系统中最复杂的就是主控制器了，如果与主控制器与USB标准有出入，就无法重用大量成熟的控制代码，驱动开发人员就需要重新去研究整个USB协义，这无疑是一份耗时耗力不讨好的活。
Linux下的OTG架构
内核 定义了一个struct otg_transceiver的结构体，这个结构体描述的OTG需要支持的接口
struct otg_transceiver {
struct device *dev;
const char *label;
u8 default_a;
enum usb_otg_state state; //记录OTG控制器的状态，在实际的处理中这个比较重要。
struct usb_bus *host;
struct usb_gadget *gadget;
/* to pass extra port status to the root hub */
u16 port_status;
u16 port_change;
/* bind/unbind the host controller */
int (*set_host)(struct otg_transceiver *otg,
struct usb_bus *host);//这个接口用来启用或禁用主控制器，是关键的接口
/* bind/unbind the peripheral controller */
int (*set_peripheral)(struct otg_transceiver *otg,
struct usb_gadget *gadget);
/* effective for B devices, ignored for A-peripheral */
int (*set_power)(struct otg_transceiver *otg,
unsigned mA);//一般用来设置vbus上的供电
/* for non-OTG B devices: set transceiver into suspend mode */
int (*set_suspend)(struct otg_transceiver *otg,
int suspend);
//下面是OTG的三大高级功能的接口。
/* for B devices only: start session with A-Host */
int (*start_srp)(struct otg_transceiver *otg);
/* start or continue HNP role switch */
int (*start_hnp)(struct otg_transceiver *otg);
/* b device disconnect during hnp */
int (*disconnect)(struct otg_transceiver *otg);
/* b device connect */
int (*connect)(struct otg_transceiver *otg, struct usb_device *udev);
/* host suspend the bus during hnp */
int (*host_suspend)(struct otg_transceiver *otg);
/* hand interrupt related to usb otg */
int (*otg_interrupt)(struct otg_transceiver *otg);//中断处理接口
};
上表的结构体很清晰的描述了OTG的功能，只要实现几个重要的接口，就能把你的OTG控制器和linux系统联接起来。
系统中作了如下定义：
struct otg_transceiver *xceiv;
这个定义就是一个 OTG控制器的对像，然后使用otg_set_transceiver来实现这两者之间的联接。 |
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发表于 2011-2-12 09:39:43
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