1994年，Intel，Compaq等七家軟硬件全球知名企業(yè)為了突破當時PC使用串口和并口傳輸速度的限制，成立了通用串行總線開發(fā)者論壇（USB Implementers Forum, USB IF），并在1994年11月提出了USB 0.7版，到了1998年開始出現(xiàn)了支持USB 1.1的設備，他的高速性（USB1.1支持1.5 Mb/s和12 Mb/s兩種速度）和易用性迅速使之成為P C外設的寵兒。為了對抗1394速度的優(yōu)勢（1394可以達到400 Mb/s），1999年提出了US B 2.0規(guī)范的思想，2000年4月USB IF推出USB 2.0。USB 2.0向下兼容1.1，提供3種速度 ，最高可以達到480 Mb/s。

USB 1.1和2.0都是必須依賴于PC的，為了在一定程度擺脫對PC的完全依賴，有一定程度的主機功能，2001年12月推出了OTG 1.0，經過6次修改，于2003年6月推出了USB OTG 1.0 a，正式成為一個達到市場實用的規(guī)范。

本文中分析討論了USB 2.0補充規(guī)范OTG的工作原理，并且針對目前數(shù)碼相機伴侶存在的問題，作者提出了自己的解決方案。

1、USB OTG的工作原理

OTG補充規(guī)范對USB 2.0的最重要的擴展是其更具節(jié)能性的電源管理和允許設備以主機和外設兩種形式工作。OTG有兩種設備類型:兩用OTG設備(Dualrole device)和外設式OTG設備(Peripheralonly OTG device) 。兩用OTG設備完全符合USB 2.0規(guī)范,同時,他還要提供有限的主機能力和一個MiniAB插座、支持主機流通協(xié)議(Host Negotiatio n Protocol, HNP),并和外設式OTG設備一樣支持事務請求協(xié)議(Session Request Protocol, SRP)。當作為主機工作時,兩用OTG設備可在總線上提供8 mA的電流,而以往標準主機則需要 提供100～500 mA的電流。

2個兩用OTG設備連接在一起時可交替以主機和從機的方式工作,這個特點兼容了現(xiàn)有USB 規(guī)范主機/外設的結構模型。OTG主機負責初始化數(shù)據通信的任務,比如:總線復位、獲取USB 各種描述符和配置設備。這些配置完成后,2個OTG設備便可以分別以主機和從機方式傳輸信息,2個設備主從角色交換的過程由主機傳輸協(xié)議(HNP)定義。

下面從5個方面說明OTG的工作原理。

1.1主機（Adevice）和從機（Bdevice）的初始功能

設備的初始功能是通過定義連接器來實現(xiàn)的。OTG定義了一個叫做MiniAB的袖珍插孔，他能直接接入MiniA或者MiniB插口，MiniAB有一個ID引腳 上拉至電源端，MiniA插頭有一個與地連接好的ID（R<10 Ω），Mini B插頭有一個與地連接的開路ID引腳(R>100 kΩ)。當2個OTG設備連接到一起的時候，MiniA插頭邊的ID引腳會注入一個“0”狀態(tài)，MiniB插頭邊的ID引腳為 “1”，ID為0的OTG設備默認為主機（Adevice），ID為1的OTG設備默認為從機（B device）。圖1對上述內容進行了圖解。

1.2對話請求協(xié)議SRP(Session Request Protocol)

這個協(xié)議允許Adevice(可以是電池供電)在總線未使用時通過切斷Vbus來節(jié)省電源消耗，也為Bdevice啟動總線活動提供了一種方法。任何一個Adevice, 包括PC或便攜式電腦，都可以響應SRP；任何一個Bdevice,包括一個標準USB外設， 都可以啟動SRP；要求一個雙重功能設備既能啟動SRP，又能響應SRP。

1.3主機流通協(xié)議HNP(Host Negotiation Protocol)

HNP是一種用來實現(xiàn)Adevice和Bdevice主機/從機轉換的協(xié)議（實際上是電纜的反轉）。主/從機功能交換的結果表現(xiàn)在下列過程中：

(1)利用上拉電阻來發(fā)送信號給從機。

(2)Adevice可在Bdevice上設置“HNP Enable”特性。

(3)Bdevice斷開上拉。

(4)ADevice與上拉電阻相連，表明Adevice從屬于從機。

(5)Adevice給Vbus供電。

(6)Bdevice檢測Adevice的上拉。

(7)復位/列舉/使用Adevice。

1.4驅動程序

與PC主機不同，便攜式設備沒有便捷的方式和足夠的空間裝載新的驅動程序。因此，OTG 規(guī)范要求每個兩用OTG設備有一個支持的外設式OTG目標設備的列表，列表中包括設備的類型和制造商等信息。

與PC機不同，OTG兩用設備的驅動程序棧由USB主機棧和USB設備棧構成以滿足兩種工作方式的需要。OTG驅動程序通過連接器的不同或者是否有NHP交換設備的工作方式來決定使用USB主機棧還是USB設備棧。

當OTG兩用設備以主機方式工作時，USB主機棧工作。其中的主機控制器驅動程序負責USB 主機棧與硬件端點的數(shù)據交換，USB驅動程序枚舉并保存設備的信息，目標外設主機類驅動程序支持目標設備列表里的設備。主機類驅動程序由芯片制造商提供，同時，OTG提供通用的主機類驅動程序（可以修改以用于非通用設備）。

當OTG兩用設備以從機方式工作時，USB設備棧工作。其中的設備控制器驅動程序負責USB 設備棧與硬件端點的數(shù)據交換，USB協(xié)議層負責處理USB協(xié)議規(guī)范，設備類驅動程序的功能取決于該兩用設備的功能（如數(shù)碼照相機、存儲設備、打印機等）。

OTG驅動程序負責處理兩用OTG設備的工作方式轉換，同時，他還可以返回其結果（如設備是否支持HNP）并處理總線錯誤。應用層程序通過OTG驅動程序開始或者結束一個傳輸事務， 通過USB主機?；蛟O備棧與硬件層交換數(shù)據。

1.5數(shù)據流模型

OTG主機和設備被劃分為功能層、USB設備層和USB接口層3個不同層次，如圖2所示。

USB接口層為OTG主機和OTG設備提供物理連接，USB系統(tǒng)軟件使用主機控制器來管理主機與 USB設備的數(shù)據傳輸。USB系統(tǒng)軟件相對于主機控制器而言，處理的是以客戶角度觀察的數(shù)據傳輸及客戶與設備的交互。USB設備層為USB主機系統(tǒng)軟件提供一個可用的邏輯設備。主機通過與之功能匹配的客戶軟件實現(xiàn)其各種功能。

OTG設備與以往的USB設備一樣有兩種通道：數(shù)據流通道和消息通道。數(shù)據流通道沒有定義好的結果，而消息通道則有固定的結構。但是，每個通道都有一定的帶寬、傳輸類型、傳輸方向和緩沖區(qū)大小。自供電設備配置一個默認的控制通道，由他提供該設備的配置和狀態(tài)等信息。

2目前數(shù)碼相機伴侶存在的問題及其解決方案

上面對USB OTG的工作原理的主要部分進行了說明，下面將探討USB OTG的應用。

當前隨著中高檔數(shù)碼設備如數(shù)碼相機的價格的下降，已經開始普及到千家萬戶，統(tǒng)計表明 ，2003年上半年數(shù)碼相機的銷量達到38.5萬臺，年底有望突破100萬臺，其進口量比去年同期增加了53倍，而現(xiàn)在一般使用的數(shù)碼相機象素在200萬~400 萬，尤其以320萬象素左右的為市場熱點，如果要拍攝高質量的照片，每張會超過1M，即使是256M的存儲空間也會很快消耗光了，而現(xiàn)在市場上CF卡等存儲介質的價格一直高居不下，所以就應運而生了一種叫做數(shù)碼相機伴侶(典型的產品如Phototainer，韓國Innoplus公司產品)的電子消費類產品。 這類產品能夠提供以下功能：

(1)通過讀卡機，能把各種存儲介質（比如SD卡，CF卡等）上的內容拷貝到移動硬盤中去 ，為外出旅行的人們提供了極大的方便。

(2)通過USB口，可以在計算機上和數(shù)碼相機伴侶之間進行數(shù)據拷貝、刪除等功能。

(3)提供大容量的存儲空間（從10 GB到40 GB都有），外出旅行的人再也不必為存儲卡的容量操心了，大可放心的拍攝。

作者認為這類產品美中不足的是：

(1)他讀取數(shù)碼相機存儲介質的方法是通過讀卡機來實現(xiàn)的，也就是必須把數(shù)碼相機的存儲介質取下來，插到數(shù)碼相機伴侶上的插口里，不但很不方便，而且注定了數(shù)碼相機伴侶的尺寸重量不會很小，由于存在不同存儲介質還必須有不同類型的插口（一般都是要兩種插口 ）。

(2)為了兼容多種存儲介質，還必須要配置轉接設備。

(3)耗電量也很大的，一般來說，一次充電只能用1~2 h。

(4)當前許多此類產品還采用USB 1.1接口，傳輸速度顯然不可能達到用戶的期望。

針對上面存在的問題，作者考慮把USB OTG技術應用到數(shù)碼相機伴侶上來，從以下幾個方面進行改進：

(1)采用PHILIPS ISP1362芯片來實現(xiàn)USB OTG功能。優(yōu)點如下：

①利用USB OTG的雙重角色功能，使之可以在連接到其他便攜式數(shù)碼產品或者存儲介質時可以作為主機，來完成數(shù)據從其他外設拷貝到移動硬盤中；當他連接到PC中時，就可以作為普通的USB設備，由PC控制，進行數(shù)據的操作。

②采用USB OTG，整體結構將發(fā)生翻天覆地的變化，將讀取數(shù)據等工作將由芯片完成 ，也就省去了很多關系存儲卡的工作，所以可以將尺寸和重量做的很小，而且在使用的時候也是很方便的，只要使用USB電纜連接移動硬盤和數(shù)碼相機伴侶等設備就可以了。

③USB OTG的優(yōu)秀電源管理能力也能使電池的使用時間更加持久。

(2)可以考慮采用大容量微硬盤，一方面滿足大容量的存儲需求，另一方面可以把整個數(shù)碼相機伴侶體積大幅度的減小。

(3)USB 2.0在速度上的優(yōu)勢已經得到了市場的積極支持，所以采用的USB 2.0接口保證了數(shù)據傳輸?shù)母咝А?/p>

經過改進后的數(shù)碼相機伴侶與目前市面上的數(shù)碼相機伴侶相比，具有如下特點：

(1)PHILIPS ISP1362芯片來實現(xiàn)USB OTG功能，無需PC就可把圖像等數(shù)據拷貝到硬盤上。

(2)內置1英寸大容量微硬盤，滿足現(xiàn)在數(shù)據大量存儲的要求。

(3)無需取下數(shù)碼相機等數(shù)碼設備的存儲卡，使用方便。

(4)采用USB 2.0規(guī)范，最高速度可以達到480 Mb/s。

(5)可以充當便攜式移動硬盤，完成數(shù)據備份等工作。

(6)簡單控制，只有電源和復制按鈕，即可輕松實現(xiàn)對存儲數(shù)據的操作。

(7)采用微硬盤，典型的產品如Magicstore,體積可以更小，更時尚誘人。

(8)使用LCD顯示各種狀態(tài)。

(9)由于使用了OTG的特別供電模式，電源耐久性會有很好表現(xiàn)。

具有USB OTG功能的數(shù)碼相機伴侶由于其具有海量存儲、存取數(shù)據、存取速度快和出色的電源管理等特點，不僅可以充當便攜式移動硬盤，更為外出旅行的人提供了極大的方便。

3結語

分析討論了USB 2.0補充規(guī)范OTG的工作原理，作者針對目前數(shù)碼相機伴侶存在的問題提出了應用USB OTG技術進行改進的方案。USB OTG已受到Cypress等芯片供應商、軟件開發(fā)商和設備制造商的廣泛支持，該方案從理論上和實際應用上都是實際可行的，非常具有應用價值。USB OTG規(guī)范是USB 2.0規(guī)范的補充而不是替代品。PC主機和標準外設并沒有被取代，因為新的OTG僅適用于需要具有主機功能和更小體積的便攜式設備。OTG在這些外設間引入了點對點的(point　to　point)通信方式，這使得便攜式儀器的發(fā)展有了更加廣闊的空間，OTG不久將會成為新一代的“移動計算”解決方案。