AT32讲堂047 | 雅特力AT32F435/437 OTGFS应用笔记

OTGFS介绍

AT32F435/437包含2个独立的OTGFS，编号OTGFS1和OTGFS2，本章将描述OTGFS支持的一些基本功能。OTGFS1和OTGFS2特性完全相同。图1 OTGFS框图

OTGFS特性

OTGFS通用特性：

• 支持USB2.0协议
• 内置独立1280字节SRAM
• 内置全速PHY
• 内置上下拉电阻
• SOF信号输出
• 低功耗模式
• 支持忽略VBUS状态
• 支持ID检测以切换主机设备模式
• 不支持HNP/SRP协议（PHY不支持，不能动态切换模式，只能根据ID状态切换模式）
• AHB时钟大于30MHz

OTGFS设备模式特性：

• 仅支持全速设备
• 支持内部1.5KΩ上拉
• 支持软件断开连接
• 支持1个双向控制端点0
• 支持7个IN端点,端点号1-7
• 支持7个OUT端点，端点号1-7
• 支持控制传输，大容量传输，中断传输，同步传输
• 端点接收FIFO共享
• 端点发送FIFO专用
• 支持无晶振（crystal-less）

OTGFS主机模式特性：

• 支持全速和低速
• 支持内部15KΩ下拉
• 支持16个主机通道
• 支持控制传输，大容量传输，中断传输，同步传输
• 通道接收FIFO共享
• 通道发送FIFO专用

OTGFS全速PHY

OTGFS内置支持全速/低速的PHY，为主机和设备模式提供通信支持。1、DP和DM内置上下拉电阻，由OTGFS根据模式自动使能上下拉电阻当OTGFS处于设备模式时，DP 1.5KΩ上拉自动使能当OTGFS处于主机模式时，DP和DM 15KΩ下拉自动使能2、ID线内置上拉ID线为高电平，默认为设备模式ID线为低电平，为主机模式3、设备模式下的VBUS检测（可忽略VBUS检测）设备模式下，仅支持VBUS高低电平检测，当VBUS为高电平，OTGFS认为是有效电平，将使能DP的上拉电阻，让主机识别到设备插入。当VBUS为低电平，OTGFS认为是无效电平，此时不使能DP上拉，处于断开模式。在设备模式下，如果想不检测VBUS，可通过设置寄存器OTGFS_GCCFG.VBUSIG=1来实现，此时可将检测VBUS的引脚释放出来给其它外设使用。4、PHY的低功耗模式OTGFS全速PHY支持低功耗模式，可以通过设置寄存器OTGFS_GCCFG.LP_MODE=1让PHY处于低功耗模式。

OTGFS GPIO引脚

435/437 OTGFS1/2使用GPIO引脚如下表所示：表1 OTGFS1 GPIO引脚表2 OTGFS2 GPIO引脚注：USB_OE信号当USB在传输数据时，会翻转此信号

OTGFS 48MHz时钟

需要给OTGFS提供48MHz±0.25%的时钟来用于USB总线采样。48MHz时钟可以直接来源HICK，也可以通过PLLCLK分频得到。图2 USB 48MHz时钟来源注意：当OTGFS作为HOST时，必须使用外部晶振通过PLL分频作为USB 48MHz时钟。USB时钟选择HICK通过设置如下寄存器选择HICK：1、CRM_MISC1. HICKDIV=1；HICK是否分频，1表示不分频，0表示6分频2、CRM_MISC1. HICK_TO_USB=1;1 表示USB 48MHz时钟来源是HICK，0表示来源为PLL分频。如果USB 48MHz时钟来源选择HICK时，在设备模式下需要开启ACC（HICK自动校准）功能，ACC功能利用USB产生的SOF信号来作为参考信号，实现对HICK时钟的采样和校准。详细功能可参考RM HICK自动时钟校准（ACC）章节。注意：当OTGFS作为HOST时，必须使用外部晶振通过PLL分频作为USB 48MHz时钟，因为在HOST模式下不能通过ACC校准HICK。

使用HICK作为USB 48MHz时钟代码示例：

USB时钟选择PLLCK分频USB 48MHz时钟默认是由PLL通过分频得到，435/437系统时钟最高可达到288Mhz，通过配置USB分频因子，达到为USB提供48MHz时钟。

通过配置已下寄存器进行PLL分频：

• CRM_MISC2.USBDIV=USB分频因子

USB分频因子支持：1.5分频，不分频，2.5分频，2分频，3.5分频，3分频，4.5分频，4分频，5.5分频，5分频，6.5分频，6分频，7分频。

使用PLL分频作为USB 48MHz时钟代码示例：

OTGFS数据FIFO管理

OTGFS分配专用的1280 Byte SRAM作为数据FIFO，在主机或设备模式下，可通过软件配置寄存器给端点/通道分配FIFO。注意：分配的FIFO总大小不要超过1280 Byte设备模式下的FIFO分配设备模式下所有端点的接收共享一个接收FIFO，每个端点的发送对应一个专有的发送FIFO。图3 设备模式FIFO分配1、RX_FIFO所有端点的接收共享这一块FIFO，配置寄存器OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意单位为word（4Byte）。2、TX_FIFO0端点0的发送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF0，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_DIEPTXF0. INEPT0TXSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEPOTGFS_DIEPTXF0. INEPT0TXDEP=端点0发送FIFO大小3、TX_FIFO1端点1的发送FIFO，配置寄存器OTGFS_DIEPTXF1，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_DIEPTXF1.INEPTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP+端点0发送FIFO大小OTGFS_DIEPTXF1.INEPTXFDEP=端点1发送FIFO大小...

注意：对应端点FIFO配置寄存器中FIFO大小值的单位都是word（4Byte）。

注意：发送端点的起始地址一般配置为前面所有端点已占用的FIFO大小，例程如端点2的发送FIFO起始地址为RX_FIFO大小+TX_FIFO0大小+TX_FIFO1大小。主机模式下的FIFO分配主机模式下，所有通道共享一个接收FIFO，通道发送FIFO分为非周期性发送FIFO和周期性发送FIFO。非周期性和周期性通过传输类型来区分，每个主机通道寄存器都有配置传输类型，包含4种传输类型：控制传输（Control），同步传输（ISO），批量传输（Bulk），中断传输（Interrupt）

• 非周期性：控制传输（Control），批量传输（Bulk）
• 周期性传输：同步传输（ISO），中断传输（Interrupt）

图4 主机模式下FIFO分配

1、RX_FIFO

所有主机通道的接收共享这一块FIFO，配置寄存器OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP，此寄存器值表示接收FIFO大小，注意单位为word（4Byte）。2、Non-periodic TxFIFO非周期性的主机通道发送FIFO，配置寄存器OTGFS_GNPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_GNPTXFSIZ. NPTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEPOTGFS_GNPTXFSIZ. NPTXFDEP=非周期性发送FIFO大小3、Periodic_TxFIFO周期性的主机通道发送FIFO，配置寄存器OTGFS_HPTXFSIZ，需要配置起始地址和FIFO大小。OTGFS_HPTXFSIZ.PTXFSTADDR=OTGFS_GRXFSIZ.RXFDEP+OTGFS_GNPTXFSIZ.NPTXFDEPOTGFS_HPTXFSIZ. PTXFSIZE=周期性发送FIFO大小注意：对应FIFO配置寄存器中FIFO大小值的单位都是word（4Byte）

OTGFS中断结构

图5 OTGFS中断结构全局常用中断OTGFS_GINTSTS，此寄存器中包含了主机和设备的中断标志，部分中断标志只在设备模式或者主机模式下有效。

1、设备和主机模式都有效中断标志

OTGFS_GINTSTS. MODEMIS：模式不匹配（主机和设备都适用）OTGFS_GINTSTS. SOF：SOF中断（主机和设备都适用）OTGFS_GINTSTS. RXFLVL：接收FIFO非空（主机和设备都适用）OTGFS_GINTSTS. CONIDSCHG：ID线状态变化（主机和设备都适用）OTGFS_GINTSTS. WKUPINT：唤醒信号中断（主机和设备都适用）

2、仅主机模式下有效中断标志

OTGFS_GINTSTS. NPTXFEMP：非周期发送FIFO为空（主机适用）OTGFS_GINTSTS. PRTINT：主机端口中断（主机适用）OTGFS_GINTSTS. HCHINT：主机通道中断（主机适用）OTGFS_GINTSTS. PTXFEMP：周期性发送FIFO为空（主机适用）OTGFS_GINTSTS. DISCONINT：设备断开（主机适用）

3、仅设备模式下有效中断标志

OTGFS_GINTSTS. USBSUSP：设备挂起（设备适用）OTGFS_GINTSTS. USBRST：USB复位（设备适用）OTGFS_GINTSTS. ENUMDONE：枚举速度完成（设备适用）OTGFS_GINTSTS. ISOOUTDROP：同步OUT包丢失（设备适用）OTGFS_GINTSTS. IEPTINT：IN端点中断（设备适用）OTGFS_GINTSTS. OEPTINT：OUT端点中断（设备适用）OTGFS_GINTSTS. INCOMPISOIN：未完成的同步IN传输（设备适用）图6 中断处理流程

OTGFS模式

通过配置如下寄存器让OTGFS处于OTG模式：

• OTGFS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非强制设备模式）
• OTGFS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非强制主机模式）

435/437 OTGFS可以通过检测ID线上的状态来确定当前处于设备模式还是主机模式。当ID状态为高电平时为设备模式，当ID状态为低电平时为主机模式。

寄存器GINTSTS.CURMOD=0，表示当前为设备模式寄存器GINTSTS.CURMOD=1，表示当前为主机模式另外可以根据GINTSTS. CONIDSCHG中断来检测当前ID线的状态是否有变化，当检测到ID线有变化时，根据当前的模式位（GINTSTS.CURMOD），应用程序选择初始化主机程序还是设备程序。图7 OTG模式连接示意图

设备模式

435/437 OTGFS作为设备时仅支持全速设备,不支持低速和高速设备。支持8个IN端点（包括端点0），8个OUT端点（包括端点0）。

OTGFS强制作为设备

通过设定如下寄存器将OTGFS强制作为设备：

• OTGFS_GUSBCFG.FDEVMODE=1（强制设备模式）
• OTGFS_GUSBCFG.FHSTMODE=0（非强制主机模式）

图8 设备模式连接示意图注意：绿色线表示可选连接，当使能VBUSIG信号时，VBUS引脚可作为普通I/O。

OTGFS设备常用功能

本节介绍OTGFS作为设备模式时的一些功能。1、软件断开可以通过配置设备模式下的寄存器，达到让设备断开与主机的连接。原理是通过控制DP的上拉使能来控制连接状态。配置OTGFS_DCTL.SFTDISCON=1，DP上拉不使能，断开连接。配置OTGFS_DCTL.SFTDISCON=0，DP上拉使能，开始连接。2、Remote wakeup唤醒当设备进入挂起状态之后，可以通过Remote wakeup功能唤醒主机。唤醒流程：

• 设置OTGFS_DCTL.RWKUPSIG=1；
• 延迟1-15ms
• 设置OTGFS_DCTL.RWKUPSIG=0；

3、忽略VBUS信号在设备模式下，可以忽略VBUS信号，此模式可以释放VBUS引脚给其它外设使用。通过配置OTGFS_GCCFG.VBUSIG=1来忽略VBUS信号。

OTGFS设备端点配置

本节简单介绍OTGFS端点寄存器的配置。IN端点配置IN端点寄存器OTGFS_DIEPCTLx（x为0~7）,端点寄存器存放端点的基本信息。如下是一个IN端点的基本配置选项：

• OTGFS_DIEPCTLx.MPS（最大包长度）
• OTGFS_DIEPCTLx.EPTYPE（端点类型：控制传输，同步传输，块传输，中断传输）
• OTGFS_DIEPCTLxTXFNUM（发送FIFO编号，正常跟端点号相同）
• OTGFS_DIEPCTLx.USBACEPT（激活端点）
• OTGFS_DIEPCTLx.SNAK（设置端点为NAK状态）
• OTGFS_DIEPCTLx.CNAK（清除端点NAK状态）
• OTGFS_DIEPCTLx.STALL（设置端点为STALL状态）
• OTGFS_DIEPCTLx.EPTENA（开始传输数据）

OUT端点配置OUT端点寄存器OTGFS_DOEPCTLx（x为0~7）,端点寄存器存放端点的基本信息。如下是一个OUT端点的基本配置选项：

• OTGFS_DOEPCTLx.MPS（最大包长度）
• OTGFS_DOEPCTLx.EPTYPE（端点类型：控制传输，同步传输，块传输，中断传输）
• OTGFS_DOEPCTLx.USBACEPT（激活端点）
• OTGFS_DOEPCTLx.SNAK（设置端点为NAK状态）
• OTGFS_DOEPCTLx.CNAK（清除端点NAK状态）
• OTGFS_DOEPCTLx.STALL（设置端点为STALL状态）
• OTGFS_DOEPCTLx.EPTENA（开始传输数据）

主机模式

435/437 OTGFS作为主机模式时支持全速/低速设备，同时支持16个主机通道。

OTGFS强制作为主机

通过设定如下寄存器将OTGFS强制作为主机，此时DP/DM下拉自动使能：

• OTGFS_GUSBCFG.FDEVMODE=0（非强制设备模式）
• OTGFS_GUSBCFG.FHSTMODE=1（强制主机模式）

图9 主机模式连接示意图

OTGFS主机常用功能

1、支持全速和低速设备

通过OTGFS_HPRT.PRTSDP判断当前连接的设备是全速设备还是低速设备；OTGFS_HPRT.PRTSDP=1表示全速OTGFS_HPRT.PRTSDP=2表示低速

2、复位

通过设置OTGFS_HPRT.PRTRST来设置端口复位；OTGFS_HPRT.PRTRST=1；延时10msOTGFS_HPRT.PRTRST=0；

3、挂起

通过设置OTGFS_HPRT.PRTSUP=1来设置端口挂起，此时主机停止发送SOF；

OTGFS主机通道配置

主机通道配置寄存器OTGFS_HCCHARx（x为0~15）,通道寄存器存放通道的基本信息。如下是一个通道的基本配置选项：

• OTGFS_HCCHARx.MPS（最大包长度）
• OTGFS_HCCHARx.EPTNUM（指示设备端点号）
• OTGFS_HCCHARx.EPTDIR（指示设备端点方向 OUT/IN）
• OTGFS_HCCHARx.LSPDDEV（低速设备）
• OTGFS_HCCHARx.EPTYPE（端点类型：控制传输，同步传输，块传输，中断传输）
• OTGFS_HCCHARx.MC（周期性传输在每帧内传输的事务个数）
• OTGFS_HCCHARx.DEVADDR（设备地址）
• OTGFS_HCCHARx.ODDFRM（周期性传输奇数帧/偶数帧）
• OTGFS_HCCHARx.CHDIS（通道禁止）
• OTGFS_HCCHARx.CHENA（通道使能）