【技术】雅特力32位MCU AT32F435/437 OTGFS应用笔记

雅特力32位MCU AT32F435/437包含2个独立的OTGFS，编号OTGFS1和OTGFS2，本文将描述OTGFS支持的一些基本功能。OTGFS1和OTGFS2特性完全相同。

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：

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。

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。

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.RXFDEP

OTGFS_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)

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

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)

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。

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)

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)

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)