高速通用序列匯流排(USB)On-The-Go(OTG)能夠讓可攜式消費性電子裝置透過業界最常用的周邊介面USB進行連線。目前，USB裝置都必須透過筆記型電腦或桌上型電腦的個人電腦(PC)主機來傳輸資料，而高速USB OTG不須透過大型PC主機，即可在手機、數位相機、MP3播放器及記憶卡之間傳輸圖片、音樂及資料。如今，電源對透過PC主機運作的USB而言已不再是問題，不過隨著可攜式裝置的功能日益增加，電池的使用時間也必須更長，電源仍是必須持續關注的焦點。
近期業者即針對USB 2.0高速OTG控制器及電源管理裝置的議題，設計出可解決USB直接連接及電源管理複雜度的產品。這些產品能讓開發人員將完整的高速OTG功能加入小型低功耗設計內的平台之上。並與各式主機或其他數位訊號處理器輕易連接。
USB OTG延伸周邊裝置
USB 1.1、USB 2.0、USB OTG、無線USB(WUSB)及OTG都是現今常見的用語，不過工程師和終端使用者經常分不清其中的差異。原始的USB 1.0規格問世於1996年1月，其中定義出裝置的兩種速度：低速(LS)為1.5Mbit/s，全速(FS)為12Mbit/s。此一規格於1998年7月進行重大的釐定/更新並修訂為USB 1.1。2000年4月再經過重大的修訂而成為USB 2.0，也就是現行完全超越USB 1.1的版本。USB 2.0的優點在於能完全向下相容USB 1.1裝置，另外，還加入必要、最高速度可達480Mbit/s的第三級速度節點，同時又支援低速及全速傳輸。2003年7月USB OTG補充版問世，其中將具備有限主機功能的可攜式電池供電型產品定義為新的裝置類別。WUSB則在2005年5月問世。
USB OTG是USB 2.0規格的補充版，其中定義出一種全新裝置，可擴充周邊產品的功能以涵蓋有限的主機功能。從其名稱可看出，該規格的原始目標是那些不需電腦就能讓使用者共用資料的消費性可攜式裝置。其使用方式包括兩部個人數位助理(PDA)或手機互傳聯絡資訊、兩部數位相機或拍照手機互傳圖片，或直接從數位相機或PDA進行列印。和標準USB一樣，OTG是以主機為中心的點對點匯流排，不適合點對點(Peer-to-peer)網路連線，也就是說，OTG產品在連接至PC等標準USB主機時必須以標準周邊的形式進行運作。OTG補充版主要是規範裝置處於主機模式的運作方式。
和標準USB主機連接埠一樣，OTG主機也必須提供電源，但是所需的供電電流只有8毫安培(mA)。和PC中的標準USB主機不同，OTG裝置沒辦法輕易地替未辨識裝置新增驅動程式，因此，OTG裝置必須提供相容裝置列表(TPL)，讓裝置製造商明確指示可支援的周邊。此規格也規定當插入不支援的裝置而無法運作時，必須將此一訊息傳遞給使用者，方式包括簡單的發光二極體(LED)燈號或複雜的文字顯示。
由於目標終端產品主要是小型的可攜式消費性電子產品，標準USB轉接器的體積顯得過大，USB設計論壇因此推出全新的迷你及微型轉接器。mini-B轉接器一般是做為許多USB周邊的小型插座。micro-AB轉接器則是雙重角色OTG裝置必須使用的插座，這類轉接器適合micro-A插頭或micro-B插頭。如圖1所示，纜線的方向會決定OTG連線中的裝置是做為主機(A端)或周邊(B端)之用。新的轉接器有額外的接腳(ID)，在micro-B插頭中呈現開放狀態，而在micro-A插頭中則會接地以決定初始的角色功能。
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| 圖1 纜線方向決定初始狀態。 |
雖然纜線方向會決定角色功能，但是各個OTG裝置都會在連線之初假定角色功能，而透過主機協商通訊協定(HNP)的動態切換方法進行轉換。
參看圖2並考慮各個OTG裝置都必須有TPL，即可了解為何需要轉換角色功能。左側裝置的TPL有印表機，但此裝置並不在印表機的TPL上。如果使用者反方向插入纜線，兩部裝置若不轉換功能便無法進行通訊。HNP不須要手動操作就能自動轉換角色功能，由於完全不須手動拔下纜線再反向連接，既可達到通訊目的又提升使用者的操作經驗。
對話請求協定(SRP)是主機裝置可自行開關匯流排電源的方法，能夠在毋需通訊時節省電源。OTG的許多目標裝置都是由電池供電，對於製造商及使用者而言，延長電池使用時間是最重要的考量重點。因此，OTG連線中的裝置A(如纜線方向所示)可關閉匯流排電源並進入休眠模式、延長電池使用時間，而這也可以讓裝置B在必要時進入休眠模式。然而，如果使用者須要再次進行通訊，並且在裝置B進行這項要求，SRP會支援裝置B對裝置A所提出的開啟VBus電源要求，並且開啟對話。OTG對話的定義為裝置A供給VBus電源的這段期間。為了喚醒裝置A，裝置B會先將脈衝輸送至D+電線的電源，然後再輸送至VBus電線的電源。能感應脈衝的裝置A在偵測到脈衝之後，就會啟動VBus與對話。 SRP的情形比圖2更為複雜。如裝置B必須先測量VBus以確保對話並非進行中，而且必須能夠區分位於纜線另一端的是傳統PC或OTG裝置。藉由傳送一定程度的電流至VBus電線並記錄其產生的電壓，即可完成區分的工作。
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| 圖2 主機協商通訊協定實例。 |
高速介面解決方案已問世
目前已問世之高速OTG介面解決方案，能使缺乏整合型USB核心的應用處理器以下列兩種形式運作：其一是作為USB 2.0高速周邊，也就是嵌入式USB 2.0高速主機控制器，其二是作為完全USB 2.0高速OTG裝置。這類裝置可在USB 2.0高速匯流排及本機處理器主機介面之間發揮橋樑的功能，圖3顯示一般的系統運作狀態。
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| 圖3 高速OTG介面裝置一般系統運作狀態
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此類高速OTG介面裝置與高速USB OTG完全相容，且這些裝置都採用節省空間的5毫米×5毫米BGA封裝，並且支援極低功耗的閒置模式，耗電量低於100微安培(μA)。對於具備USB OTG功能的小型可攜式消費性裝置而言，這兩項功能都相當重要。若要支援軟體需求，就必須使用應用處理器，其中包括主機模式的作業系統、TPL裝置處於OTG主機模式時所需的驅動程式，以及TPL裝置處於周邊模式時的應用功能。
而搭配前述高速OTG介面裝置使用的配套電源管理裝置，除了供應全部的所需電源之外，當高速OTG介面裝置處於OTG主機模式時，也能供應VBus線路所需的5V@100mA。
高速OTG介面裝置系列中前兩項裝置的唯一差別在於外部處理器介面。圖4具有16位元混合NOR Flash介面，可支援同步及非同步傳輸，其大小高達十六個半字的可程式資料組可支援單一及連續讀取/寫入存取；另外，該裝置也支援六項外部直接記憶體存取(DMA)要求。此類裝置能夠緊密地接合處理器， 因此當裝置搭配處理器使用時，如果運作時脈達到55MHz，同步DMA的處理量可維持250Mbit/s大量輸出的速度，而非同步DMA的處理量可維持100Mbit/s大量輸入的速度。
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| 圖4 搭配此處理器之介面裝置傳輸速率最高可達250Mbit/s。 |
圖5顯示的處理器具備VLYNQ介面，這是業者所開發出高速、低接腳數的點對點序列規格。其十接腳介面可支援運作速度為150MHz的四條接收線路及四條傳輸線路。在多通道DMA控制器中，高速OTG介面裝置解決方案的功能為記憶體映射(Memory-mapped)主/從介面。這個整合式列表處理器能夠分析與CPPI3.0相容的緩衝描述器(Descriptor)。
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| 圖5 此款高速OTG介面裝置具有VLYNQ，有助於介接。 |
(本文作者為德州儀器數位介面產品產品線行銷經理)