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基于DWC2的USB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)-0x09 ULPI接口協(xié)議其他工作模式介紹 (qq.com)

ULPI(其他工作模式介紹)

1.1 前言

上一篇講解了ULPI基本的一些概念，這一篇就重點(diǎn)講解其具體的工作模式，同步模式是重點(diǎn)內(nèi)容比較多放在下一篇，這一篇先講其他模式。

1.2 低功耗模式

當(dāng)USB總線(xiàn)掛起時(shí)，LINK可以選擇性地將PHY置于低功耗模式。PHY可以關(guān)閉除接口引腳和全速接收器之外的所有電路。如果存在VBUS，總線(xiàn)電阻器也必須通電。如果設(shè)置了相應(yīng)的寄存器位，則對(duì)應(yīng)功能都必須通電，包括中斷源和電荷泵。如果PLL斷電，則必須停止時(shí)鐘而不出現(xiàn)毛刺。

1.2.1 低功耗模式的Data線(xiàn)重定義

當(dāng)處于低功耗模式時(shí)，PHY使用下表中列出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線(xiàn)（3:0）。當(dāng)處于低功耗模式時(shí)，必須從FS接收器組合驅(qū)動(dòng)LineState。

每當(dāng)發(fā)生任何未屏蔽的中斷時(shí)，都會(huì)使得int引腳信號(hào)有效。

PHY必須直接從模擬電路鎖存中斷事件，因?yàn)闀r(shí)鐘已斷電。

LINK忽略8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)位（7:4）的信號(hào)。

輸入時(shí)鐘和輸出時(shí)鐘模式都必須遵循這些規(guī)則。

1.2.2 進(jìn)入低功耗模式

LINK寫(xiě)Function Control 寄存器的SuspendM 為0b使得PHY進(jìn)入低功耗模式。

如圖所示LINK或PHY時(shí)鐘可以在PHY接受寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)后至少停止五個(gè)周期。

當(dāng)處于低功耗模式時(shí)，PHY拉高dir，并保持nxt為低。

在拉高dir之后，提供了一個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)周轉(zhuǎn)周期turn around，在此期間，數(shù)據(jù)上的值無(wú)效。

PHY在turn around周期之后立即開(kāi)始按照低功耗模式的Data線(xiàn)重定義信號(hào)驅(qū)動(dòng)data[3:0]。

1.2.3 退出低功耗模式

如圖所示，LINK通過(guò)異步拉高stp向PHY發(fā)出退出低功率模式的信號(hào)。PHY立即開(kāi)始喚醒其內(nèi)部電路。當(dāng)PHY時(shí)鐘滿(mǎn)足ULPI時(shí)序要求時(shí)，PHY拉低dir。PHY必須確保在拉低dir之前至少驅(qū)動(dòng)了5個(gè)時(shí)鐘周期。PHY還必須確保在拉低dir之前將SuspendM寄存器自動(dòng)設(shè)置為1b。

LINK在檢測(cè)到dir拉低的一個(gè)CLK之后,拉低stp。

在拉低dir之后，提供了一個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)周轉(zhuǎn)周期turn around，在此期間，數(shù)據(jù)上的值無(wú)效。

PHY在turn around之前立即停止按照低功耗模式的Data線(xiàn)重定義信號(hào)驅(qū)動(dòng)data[3:0]。

當(dāng)LINK提供輸入時(shí)鐘時(shí)，PHY必須在TPREP內(nèi)同步其內(nèi)部時(shí)鐘TPREP是實(shí)現(xiàn)相關(guān)的。

PHY提供輸出時(shí)鐘時(shí)的退出低功耗

LINK提供輸入時(shí)鐘時(shí)的退出低功耗

1.2.4 拒絕虛假恢復(fù)

由于USB環(huán)境的噪聲,可能導(dǎo)致低功耗模式下PHY驅(qū)動(dòng)的異步LineState 輸出,有短暫的non-J-state條件或者毛刺。

LineState上的毛刺可能導(dǎo)致LINK短暫的拉高stp,這應(yīng)該要認(rèn)為是虛假的恢復(fù)PHY必須拒絕這個(gè)事件。PHY可以在重新啟動(dòng)時(shí)鐘之前選擇性地拒絕stp上的毛刺，如圖所示。PHY必須通過(guò)在PHY拉低dir時(shí)在時(shí)鐘的邊沿去檢查stp是否拉高，來(lái)確定是否滿(mǎn)足退出低功耗模式的條件。

如果在dir被拉低的周期中stp沒(méi)有被拉高，那么PHY必須重新拉高dir并返回到低功率模式，而無(wú)需LINK的進(jìn)一步操作，如圖所示。

1.3 全速/低速串行模式(可選)

全速/低速串行模式（FsLsSerialMode）使LINK能夠直接訪(fǎng)問(wèn)FS/LS串行模擬收發(fā)器。

ULPI中定義了兩種類(lèi)型的串行模式：3p FsLsSerialMode和6p FsL sSerialmode。

這兩種模式都是可選的。與低功率模式不同，F(xiàn)S/LS收發(fā)器必須通電。

如果設(shè)置了相應(yīng)的寄存器位，則對(duì)應(yīng)功能都必須通電，包括中斷源和電荷泵。

1.3.1 FsLsSerialMode的數(shù)據(jù)線(xiàn)重定義

6p串行模式為UTMI+中定義的每個(gè)串行信號(hào)提供一條單獨(dú)的數(shù)據(jù)線(xiàn)。3p串行模式將USB接收和傳輸數(shù)據(jù)壓縮到雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)上，并提供4位數(shù)據(jù)總線(xiàn)PHY實(shí)現(xiàn)可以支持串行信號(hào)。

在任一模式中，UTMI+的低有效tx_enable_n信號(hào)被轉(zhuǎn)換為高有效tx_enable，用于在ULPI總線(xiàn)上傳輸，這允許默認(rèn)的ULPI總線(xiàn)空閑狀態(tài)保持在00h。

在兩種串行模式中，都提供了一個(gè)中斷引腳。只要發(fā)生未屏蔽的中斷事件，就會(huì)拉高int引腳。

當(dāng)處于6p串行模式時(shí)，PHY使用下表中列出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)（7:0）。

當(dāng)處于3p串行模式時(shí)，PHY使用下表中列出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)（3:0）。

1.3.2 進(jìn)入FsLsSerialMode模式

為了進(jìn)入6p串行模式，LINK在接口控制寄存器Interface Control中設(shè)置6-Pin FsLsSerialMode位，使數(shù)據(jù)總線(xiàn)切換到異步操作，并采用新的總線(xiàn)數(shù)據(jù)定義。

為了進(jìn)入3p串行模式，LINK在接口控制寄存器Interface Control中設(shè)置3-Pin FsLsSerialMode位，使數(shù)據(jù)總線(xiàn)切換到異步操作，并采用新的總線(xiàn)數(shù)據(jù)定義。

默認(rèn)情況下，輸出時(shí)鐘斷電以減少串行模式下的功耗，如圖所示。進(jìn)入串行模式后至少5個(gè)時(shí)鐘周期后，時(shí)鐘停止，當(dāng)時(shí)鐘不可用時(shí)，PHY必須拉高dir。在拉高dir之后，提供了一個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)周轉(zhuǎn)周期turn around，在此期間，數(shù)據(jù)上的值無(wú)效。PHY在周轉(zhuǎn)周期之后立即開(kāi)始驅(qū)動(dòng)串行模式信號(hào)。

如果LINK要求時(shí)鐘在串行模式下運(yùn)行，它可以在進(jìn)入串行模式之前在接口控制寄存器Interface Contro中設(shè)置ClockSuspendM信號(hào)，如圖所示。

1.3.3 退出FsLsSerialMode模式

當(dāng)LINK檢測(cè)到int為高時(shí)，它應(yīng)該通過(guò)拉高stp來(lái)退出FsLsSerialMode。

當(dāng)ULPI接口返回同步模式時(shí)，LINK可以讀取USB中斷鎖存寄存器USB Interrupt Latch以確定中斷源。如果時(shí)鐘未運(yùn)行，退出FsLsSerialMode與退出低功率模式相同，如圖所示。

如果時(shí)鐘正在運(yùn)行，則LINK通過(guò)拉高stp向PHY發(fā)出退出FsLsSerialMode的信號(hào)。

PHY在檢測(cè)到stp拉高后將拉低dir 1個(gè)或多個(gè)周期，如圖所示。在拉低dir之后的一個(gè)時(shí)鐘中，LINK取消拉高stp。與低功率模式一樣，在取消拉高dir之后的周期中，有一個(gè)時(shí)鐘的總線(xiàn)數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)周期，在周轉(zhuǎn)周期內(nèi)，數(shù)據(jù)上的值無(wú)效。PHY在緊接周轉(zhuǎn)周期之前停止驅(qū)動(dòng)串行模式信號(hào)。

1.4 Carkit模式(可選)

當(dāng)設(shè)置接口控制寄存器Interface Control中的CarkitMode位時(shí)，選擇該模式。

它允許LINK使用UART信號(hào)通過(guò)PHY與遠(yuǎn)程車(chē)載套件進(jìn)行通信。

默認(rèn)情況下，當(dāng)PHY進(jìn)入Carkit模式時(shí)，時(shí)鐘會(huì)斷電。進(jìn)入和退出Carkit模式與串行模式相同。如果LINK要求時(shí)鐘在Carkit模式下運(yùn)行，它可以在進(jìn)入Carkit模式之前在接口控制寄存器Interface Control中設(shè)置ClockSuspendM信號(hào)。

只要發(fā)生未屏蔽的中斷事件，就會(huì)拉高int引腳。當(dāng)LINK檢測(cè)到int為高時(shí)，它應(yīng)該通過(guò)拉高stp來(lái)喚醒時(shí)鐘（如果斷電）。如果時(shí)鐘已經(jīng)在運(yùn)行，LINK拉高stp一個(gè)周期，將接口切換到同步模式。

當(dāng)PHY處于同步模式時(shí)，LINK可以讀取Carkit中斷鎖存寄存器Carkit Interrupt Latch以確定中斷源。

1.5 保護(hù)PHY輸入信號(hào)

由于包括但不限于硬件復(fù)位或緩慢通電的原因，LINK可能無(wú)法正確驅(qū)動(dòng)ULPI接口。在這種情況下，當(dāng)PHY的dir拉低時(shí)，LINK無(wú)法將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到空閑00h狀態(tài)。PHY數(shù)據(jù)輸入信號(hào)上的未知值可能會(huì)啟動(dòng)未經(jīng)請(qǐng)求的USB活動(dòng)、寄存器寫(xiě)入、串行或Carkit傳輸。

因此，PHY必須始終保護(hù)其數(shù)據(jù)輸入。

為了防止數(shù)據(jù)輸入上的錯(cuò)誤命令，PHY必須在stp上包含一個(gè)弱上拉電阻器。

任何時(shí)候stp出乎意料地高，PHY都認(rèn)為L(zhǎng)INK無(wú)法驅(qū)動(dòng)接口，并且必須進(jìn)入保持狀態(tài)。

當(dāng)處于保持狀態(tài)時(shí)，PHY不得使用數(shù)據(jù)上的命令，并且不得拉高dir，除非其內(nèi)部時(shí)鐘不穩(wěn)定。LINK還被允許在任何時(shí)候?qū)tp驅(qū)動(dòng)為高電平，從而迫使PHY停止使用數(shù)據(jù)上的命令。

當(dāng)PHY處于保持狀態(tài)時(shí)，它可以選擇性地在數(shù)據(jù)上啟用弱下拉電阻器，防止它們浮動(dòng)。

當(dāng)PHY處于保持狀態(tài)時(shí)發(fā)生的所有RXCMD更改必須用單個(gè)RX CMD更新來(lái)替換，當(dāng)ULPI總線(xiàn)可用時(shí)，PHY退出保持狀態(tài)時(shí)發(fā)送該更新。RX CMD更新必須始終傳達(dá)當(dāng)前RXCMD值，而不是以前或舊的值。

如果LINK始終可以將stp和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到已知值，則可以通過(guò)將接口控制寄存器Interface Control中的接口保護(hù)禁用位Interface Protect Disable設(shè)置為1b來(lái)禁用保護(hù)功能，這會(huì)降低功耗。

當(dāng)時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)，LINK應(yīng)在停止驅(qū)動(dòng)ULPI接口之前將stp驅(qū)動(dòng)高至少一個(gè)時(shí)鐘周期，迫使PHY進(jìn)入保持狀態(tài)以保護(hù)其數(shù)據(jù)輸入。PHY中的上拉將在隨后的周期中保持stp為高，如圖所示。

對(duì)于LINK在停止驅(qū)動(dòng)ULPI接口之前無(wú)法將stp驅(qū)動(dòng)為高電平的實(shí)現(xiàn)，無(wú)法保證PHY操作的安全性。

在通電期間或時(shí)鐘未運(yùn)行時(shí)，PHY始終拉高dir，以保護(hù)其數(shù)據(jù)輸入，如圖所示。如果當(dāng)PHY拉低dir時(shí)stp為高，則PHY將立即進(jìn)入保持狀態(tài)并保護(hù)其數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)LINK將stp驅(qū)動(dòng)為低時(shí)，PHY立即開(kāi)始處理其數(shù)據(jù)輸入。

如圖所示，如果當(dāng)LINK停止驅(qū)動(dòng)ULPI接口時(shí)PHY處于低功耗模式，則stp上的上拉將自動(dòng)喚醒PHY。如果LINK不希望PHY自動(dòng)喚醒，則它必須將stp驅(qū)動(dòng)為低電平。

如果當(dāng)LINK恢復(fù)驅(qū)動(dòng)ULPI接口時(shí)dir為高，則LINK應(yīng)當(dāng)假定PHY處于低功率模式并且驅(qū)動(dòng)stp為高以喚醒PHY，如圖所示，在拉低dir之后的時(shí)鐘中，LINK拉低stp。當(dāng)dir和stp都為低電平時(shí)，PHY在當(dāng)前時(shí)鐘周期中開(kāi)始處理其數(shù)據(jù)輸入。這也適用于通電期間。

如圖所示，當(dāng)dir為高時(shí)，LINK可以在通電期間將stp驅(qū)動(dòng)為低電平。

當(dāng)dir被拉低時(shí)，PHY在周轉(zhuǎn)周期之后開(kāi)始處理其數(shù)據(jù)輸入。

1.6 總結(jié)

本篇講解了低功耗，全速/低速串行模式，Carkit模式，以及PHY輸入信號(hào)的保護(hù)處理。其中低功耗模式是必須的，其他的是可選實(shí)現(xiàn)的。

1.7 參考

《UTMI+ Low Pin Interface (ULPI) Specification Revision 1.1 October 20, 2004》

《MicroChip AN 19.17 ULPI Design Guide》

審核編輯：湯梓紅