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移动数据的交换和存储, 是近年来IT行业的热点。随着USB技术的产生，USB技术已逐渐应用在移动数据领域中。目前使用的USB移动设备都只能通过PC机进行相互的文件和数据交换。随着USB技术的逐渐成熟，人们希望通过移动设备直接与USB外设通信, 使得USB能应用在没有PC的领域中。
USB OTG(On The Go)[1]可满足这些要求，即一个拥有OTG 功能的设备既可以扮演主机的角色操纵其他USB从设备，同时又可以担当从设备的角色接受主机的支配。例如,照相机可以直接连到USB打印机上打印数据。当今USB主机的嵌入式应用就成了USB领域新的研究焦点。该技术对于便携式设备、野外作业设备间的数据传输将是一个重要突破。基于Cortex-M3内核的STM32系列的ARM嵌入式处理器因其高的性价比而正被广泛应用。将USB与ARM相结合是进行数据采集、处理与传输的理想解决方案。本文重点讨论基于STM32的USB OTG的数据通信。
1 USB OTG规范
USB OTG规范是USB 2.0规范的补充，它完全遵守USB 2.0规范的外围设备。在USB OTG规范之下, 任意两个符合规范的USB产品都可以互相连接进行通信, 而不是必须通过PC机才能通信, 从而实现了各类USB产品完全脱离电脑进行数据传输的功能。
双重角色设备必须具备有限的主机能力，同时还需要一个OTG目标列表，即包括与之通信的设备信息、设备类型、制造商等。它支持会话请求协议SRP和主机交换协议HNP。SRP协议用于B设备向A设备请求开始USB会话, HNP协议用于USB会话过程中在A设备和B设备之间传递主机地位[2]。
2 STM32的USB OTG全速控制器
ST公司在基于ARM公司的Cortex-M3架构上研发出32 bit STM32处理器后，凭借其丰富的外围模块、高速指令执行速度、低功耗、低价格而备受市场青睐。2009年又推出了STM32F107互联型系列微控制器，它集成了USB OTG接口，配合了USB HOST和SPI功能，让微控制器可以读取USB大容量外存、MP3播放器、SD记忆卡等文件。STM32F107芯片内集成了USB OTG模块功能图如图1所示。
USB OTG全速控制器从复位和时钟控制模块(RCC)中获得时钟，微控制器内核(CPU)通过AHB外设总线访问OTG全速控制器的寄存器，USB事件由单独的USB OTG中断控制线通知微控制器内核[3]。
每个发送FIFO都配置了一个PUSH寄存器，微控制器以向PUSH寄存器写32 bit数据的方式向USB控制器传输数据，每一个OUT端点或IN通道都有一个POP寄存器，微控制器通过读POP寄存器获得来自USB总线的32 bit数据，这些数据自动从共享的接收FIFO中载入，接收FIFO位于总共1.25 KB的USB数据RAM区。
USB协议层由串行接口控制器(SIE)驱动，并连接到由内置物理层(PHY)支持的USB全速/低速收发模块。OTG PHY由OTG全速控制器控制，并通过UTMI+总线(UTMIFS)的全速子集来收发控制和数据信号。它包括了上拉/下拉电阻的ECN电路。内置了ID线的上拉电阻，用于区分是主机状态还是设备状态，若ID线浮空，内置的上拉电阻将检测到ID线的高电平，此时控制器处于默认的设备模式下。若ID线接地。自动切换到主机模式，并需要软件初始化主机模式。
DP/DM线内置了上拉和下拉电阻[4]，在设备模式下，当VBUS线上出现了有效的电平，控制器使能DP线的上拉电阻，向主机通告接入一个USB全速设备。在主机模式下，控制器同时使能DP和DM线的下拉电阻。上拉和下拉电阻可以在控制器通过主机协商协议(HNP)切换角色类型时动态地切换。
3 USB OTG软件设计
STM32F107芯片集成了USB OTG功能，USB OTG固件程序的设计可以完成数据传输的所有操作及功能。其结构图如图2所示。其中驱动程序栈包括主机驱动程序栈、从机驱动程序栈、USB OTG驱动程序栈。当完成固定程序设计后，系统软件会根据硬件的连接检查ID线的状态来选择工作模式是设备模式还是主机模式。程序流程图如图3所示。
如果工作于主机模式下，则进行相应初始化、检测端口，在检测到有设备接入时复位总线、枚举并配置从机设备，在完成对从机识别后，可通过查询从机的OTG性能描述符判断是否支持HNP协议(即是否为两用OTG设备)。当工作在从机状态时则等待主机对其完成枚举。本文是在STM32开发工具RealView MDK的基于STM32固件库上进行开发，实现与U盘、PC机间的通信。 |
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