基于USB接口的存儲設備實驗

實驗原理

硬件原理圖

實驗過程中使用的是USBOG接口T

本文學習USB OTG的運用和工作原理，并實現USB從方式，將實驗板模擬成一個USB存儲設備，實現主機和實驗板之間的數據傳輸。

USB（Universal Serial Bus）

通用串口總線，USB為解決即插即用PnP(Plug and Play)需求而誕生，支持熱插拔。能在不斷電的情況下，插拔USB設備。

USB協議版本有USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB3.0等，USB2.0目前比較常用，以下以2.0為主介紹。由于USB是主從模式的結構（所有的通信都由主機發起，設備不能發起），故設備與設備之間、主機與主機之間不能互連，為解決這個問題，擴大USB的應用范圍，出現了USB OTG，全拼 ON The Go。USB OTG連接的同一個設備，在不同的場合下可在主機和從機之間切換。

USB家族成員可以分為以下：

USB Host：USB主機，一般是PC機。

USB Device：即USB設備，有USB鍵盤、U盤等，而USB Hub集線器是一種特殊的USB設備。

USB OTG：OTG即On-The-Go，同時具備USB主機和USB設備的功能，數碼相機就帶有OTG的功能。

USB OTG

根據USB接口所屬協議，OTG可分為5類：

USB2.0 OTG：理論傳輸速率480Mbps，即60MB/s

Micro 5PIN OTG

Mini 5PIN OTG

Micro USB3.0 OTG：USB3.0的理論數據傳輸速率是5Gbps/10bitt=500MB/s

Type C OTG

USB接頭匹配表

Micro、Mini和TypeC 是比較常見的接口，在本實驗中使用的是Mini USB接口。

匹配USB連接線

本實驗中使用的是Mini USB線

主機和從機

USB體系包括"主機"、"設備"、"物理連接"三個部分。

主機是一個提供USB接口及接口管理能力的硬件、軟件的復合體，可以是PC，也可以是OTG設備。一個USB系統中僅有一個USB主機；

設備包括USB功能設備和USB集線器，最多支持127個設備，這是因為協議規定了每個USB設備具有一個7bit的地址（取值范圍0~127，而地址0是保留給未初始化的設備使用的）;

物理連接指的是USB的傳輸線使用屏蔽的雙絞線。

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）。

數據流模型

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。