1994年，Intel，Compaq等七家軟硬件全球知名企業為了突破當時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速度的優勢（1394可以達到400 Mb/s），1999年提出了US B 2.0規范的思想，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范。

本文中分析討論了USB 2.0補充規范OTG的工作原理，并且針對目前數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補充規范對USB 2.0的最重要的擴展是其更具節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、支持主機流通協議(Host Negotiatio n Protocol, HNP),并和外設式OTG設備一樣支持事務請求協議(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,這個特點兼容了現有USB 規范主機/外設的結構模型。OTG主機負責初始化數據通信的任務,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，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對話請求協議SRP(Session Request Protocol)

這個協議允許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主機流通協議HNP(Host Negotiation Protocol)

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

(1)利用上拉電阻來發送信號給從機。

(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據交換，USB協議層負責處理USB協議規范，設備類驅動程序的功能取決于該兩用設備的功能（如數碼照相機、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主機棧或設備棧與硬件層交換數據。

1.5數據流模型

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系統軟件使用主機控制器來管理主機與 USB設備的數據傳輸。USB系統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據傳輸及客戶與設備的交互。USB設備層為USB主機系統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其各種功能。

OTG設備與以往的USB設備一樣有兩種通道：數據流通道和消息通道。數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等信息。

2目前數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。

當前隨著中高檔數碼設備如數碼相機的價格的下降，已經開始普及到千家萬戶，統計表明 ，2003年上半年數碼相機的銷量達到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，而現在一般使用的數碼相機象素在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碼相機伴侶之間進行數據拷貝、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)他讀取數碼相機存儲介質的方法是通過讀卡機來實現的，也就是必須把數碼相機的存儲介質取下來，插到數碼相機伴侶上的插口里，不但很不方便，而且注定了數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USB OTG功能。優點如下：

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碼產品或者存儲介質時可以作為主機，來完成數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，進行數據的操作。

②采用USB OTG，整體結構將發生翻天覆地的變化，將讀取數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碼相機伴侶等設備就可以了。

③USB OTG的優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碼相機伴侶體積大幅度的減小。

(3)USB 2.0在速度上的優勢已經得到了市場的積極支持，所以采用的USB 2.0接口保證了數據傳輸的高效。

經過改進后的數碼相機伴侶與目前市面上的數碼相機伴侶相比，具有如下特點：

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

(2)內置1英寸大容量微硬盤，滿足現在數據大量存儲的要求。

(3)無需取下數碼相機等數碼設備的存儲卡，使用方便。

(4)采用USB 2.0規范，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，即可輕松實現對存儲數據的操作。

(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。

(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。

具有USB OTG功能的數碼相機伴侶由于其具有海量存儲、存取數據、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補充規范OTG的工作原理，作者針對目前數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規范是USB 2.0規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。