usb on-the-go solução usb host com poucos recursos

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© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 1 USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos (USB)

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Objetivos Saber que opções de host estão disponíveis Entender suas diferenças e qual dentre elasutilizar Entender as novas características On TheGo (OTG) e como elas funcionamSaber onde obter mais informações,ferramentas, treinamento, etc. para começara projetar

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Page 1: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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USB On-The-GoSolução USB Host com poucos recursos

(USB)

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Objetivos

� Saber que opções de host estão disponíveis� Entender suas diferenças e qual dentre elas

utilizar� Entender as novas características On The

Go (OTG) e como elas funcionam� Saber onde obter mais informações,

ferramentas, treinamento, etc. para começar a projetar

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Agenda

� Visão Geral� Mecânica� Protocolo� Elétrica� Considerações de Certificação� Recursos (Exemplos, Classes,

Software, etc.)

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Visão Geral

� Host Embarcado� Sempre host, nunca periférico� Conector A padrão� Sempre deve fornecer alimentação

� Exemplo: Data Logger

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Visão Geral

� On-The-Go (OTG)� Portátil, host simples� Pode ser host algumas vezes e

dispositivo em outras� Consumidor de energia� Conector micro A/B

� Exemplo: Smart Phones

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Visão Geral

� Dispositivo de dupla função (dual role)� 2 conectores – apenas um acesso por vez.� Pode ser host embarcado ou periférico mas

não precisa ser trocado dinamicamente� Requer algumas configurações elétricas

� Exemplo: Data Logger com atualização de parâmetros via PC

A , BT = A + BX

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Tipos de Dispositivos

� Dispositivo-A� Dispositivo conectado no lado A do

cabo. Inicializado como host.

� Dispositivo-B� Dispositivo conectado no lado B do

cabo. Inicializa como periférico.

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Quiz!

� Existem muitas funções que um dispositivo USB pode ter. Quais são elas?

- Ele poderá ser host ou periférico� Quais as diferenças entre dispositivos de

dupla função e um dispositivo OTG?- ???� Que lado do cabo é conectado no host?- O lado A do cabo

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Agenda

� Visão Geral� Mecânica� Protocolo� Elétrica� Considerações de Certificação� Recursos (Exemplos, Classes,

Software, etc.)

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Novo 5º pino

� Conectores antigos tinham 4 pinos no soquete: VBUS, GND, D+ e D-

� Conectores OTG têm 5 pinos sendo: VBUS, GND, D+, D-, e ID� O pino ID é usado para determinar qual

lado do cabo é o A (lado do host)

� O pino ID deve ter um resistor pull-up� Interno em dispositivos PIC24F e

PIC32MX com dispositivos USB OTG

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Mecânica

� Plugues e Soquetes� Plugue e soquete micro-B

� Soquete micro-A/B� Somente para produtos OTG

� Plugue micro-A� Indica quem é o host inicialmente

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Mecânica

� Soquete micro A/B� Pino 1: VBus� Pino 2: D-� Pino 3: D+� Pino 4: ID� Pino 5: GND

Pino 1

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Mecânica

� Soquete micro B� Pino 1: VBus� Pino 2: D-� Pino 3: D+� Pino 4: ID� Pino 5: GND

Pino 1

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Mecânica

� Plugue micro A� Pino 1: VBus� Pino 2: D-� Pino 3: D+� Pino 4: GND (ID)� Pino 5: GND

Pino 1

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Mecânica

� Plugue micro B� Pino 1: VBus� Pino 2: D-� Pino 3: D+� Pino 4: Flutuante (ID)� Pino 5: GND

Pino 1

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Exemplo de cabo OTG

Plugue Micro A

Plugue Micro B

Periférico

Micro A/B

Micro A/B

Host

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Exemplo de cabo OTG

Plugue Micro B

Plugue Micro A

Host

Micro A/B

Micro A/B

Periférico

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Exemplo de cabo OTG

Periférico

Micro B

Plugue Micro A

Plugue Micro BMicro

A/B

Host

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Exemplo de cabo OTG

NÃO CABE!!!

Micro B

Periférico

Micro A/B

Plugue Micro B

Plugue Micro A

Host

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Mecânica

� Cabos� Tipos Permitidos

� Plugue micro-A para plugue micro-B� Plugue micro-A para soquete micro-A

padrão� Plugue micro-B para plugue A padrão� Cabo fixo com plugue micro-A

� Comprimento� Até 2 metros (menor que os 5 metros do

USB-v2.0)

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Demo 1:

USB Host Embarcado salvando dados em pendrive

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Agenda

� Visão Geral� Mecânica� Protocolo� Elétrica� Considerações de Certificação� Recursos (Exemplos, Classes,

Software, etc.)

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Agenda Protocolo

� Descritor OTG� Definir recursos de requisições� Listar periféricos� Protocolo de Requisição de Sessão Session

Request Protocol (SRP)� Protocolo de Negociação Host Host

Negotiation Protocol (HNP)

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Lista Direcionada de Periféricos (TPL)

� Lista de dispositivos suportados para o host embarcado e OTG� Dispositivos que não estejam nessa lista

não estarão aptos à serem relacionados.� Inaptos à lista de classes para OTG,

admitidos no host embarcado.� Fabricante, Modelo e Descrição são

minimamente requeridos

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)

� Poupa energia do Dispositivo-A� O Dispositivo-B necessita uma forma de

solicitar o VBUS do Dispositivo-A

� Sessão� O tempo entre a ascensão do VBus

acima do threshold válido até que ele caia de volta abaixo do threshold

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)

� Suporte à SRP� Dispositivos-A com permissão à

reponder ao SRP� Dispositivos-B com permissão à

inicializar o SRP� DRDs necessitam serem capazes

de respoder e inicializar o SRP

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)

� Requisitando VBUS

� VBUS pulsando e/ou D+ pulsando� Dispositivo-B precisa ser capaz

de iniciar ambos VBUS e D+ pulsando.

� Dispositivo-A somente precisa reconhecer um dos dois.

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)

� Dispositivo-B� Antes de tentar iniciar uma nova sessão

terá primeiro que determinar se a sessão prévia foi encerrada� Tempo de queda do fim da sessão

anterior� VBUS é derrubado para acelerar o fim

da sessão

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)

4.4v

0.2v

4.0v

Sessão Válida(VB_SESS_VLD)

Fim da Sessão(VB_SESS_END)

2.0v

0.8vSessão Válida

(VA_SESS_VLD)

VBUS Válido(VA_VBUS_VLD )

Dispositivo-A Dispositivo-B

5.25vTensão Máxima(VA_VBUS_OUT)

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)D+ Pulsando e VBUS Pulsando

Dispositivo-A atuando Dispositivo-B atuando

Pull-Downs do Dispositivo-A Pull-ups do Dispositivo-B

VIH

VIL

D+

VA_VBUS_VLD

VA_SESS_VLD Max

1 2 3 5 64

VBUS

VB_SESS_END Max

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Protocolo de Requisição de Sessão (SRP)

VB_SESS_VLD Max

VB_SESS_END Max

VA_SESS_VLD Max

VA_VBUS_VLD

VA_VBUS_OUT Max

VB_SESS_END Min

Dispositivo-A atuando Dispositivo-B atuandoPull Downs do Dispositivo-A

Fim da Sessão até 5 segundos TA_WAIT_VRISE Max = 100ms

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Protocolo de Negociação Host (HNP)

� O cabo determina qual dispositivo é o Host (Dispositivo-A) e o periférico (Dispositivo-B)� Qualquer dispositivo que tenha o plugue Micro A conectado

nesse soquete Micro A/B será o host/Dispositivo-A padrão.

Plugue Micro AMicro

A/B

Periférico

Plugue Micro B Micro

A/B

Host

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Protocolo de Negociação Host (HNP)

� HNP permite aos dispositivos mudarem sua função sem ter que mudar o cabo� O Dispositivo-B será o host até a sessão terminar� O Dispositivo-A continua suprindo energia ao VBUS

Micro A/B

Plugue Micro A

Plugue Micro B Micro

A/B

Host

HostHNP

PeriféricoHost Fim da Sessão

Periférico

Periférico

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Descritor OTG

� Resposta à requisição GetDescriptor(Configuration)� Requerido somente se o Dispositivo-B

suportar tanto SRP quanto HNPOffset Campo Tamanho Valor Descrição

0 bLength 1 Número Tamanho do Descritor (sempre 3)

1 bDescriptorType 1 Constante Tipo OTG = 9

2 bmAttributes 1 Bitmap Campos de AtributoD7-D2: reservadoD1: HNP suportadoD0: SRP suportado

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Definir recursos de requisições

� Permite ao Dispositivo-B saber que o Dispositivo-A suporta HNP� Pode ser definido padrão, endereço, ou

estados configurados� Somente torna-se zero no fim da sessão ou

na reinicialização do barramento� O recurso “clear” não funciona

nesses recursos� Se HNP não é suportado no Dispositivo-B

então ele deve parar em qualquer destas definições de recurso de requisições.

Page 36: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Definir recursos de requisições

� a_hnp_support� Permite ao Dispositivo-B saber que o Dispositivo-A suporta HNP

� Somente permitido definir em Dispositivos-B que suportem HNP

� Deve ser definido antes que a configuração do dispositivo seja feita

� a_alt_hnp_support� Permite ao Dispositivo-B saber se está conectado à uma porta que

não suporta HNP mas o Dispositivo-A tem uma porta disponível que suporta

� b_hnp_enable� Permite ao Dispositivo-B saber se é permitido executar o HNP

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Protocolo de Negociação Host (HNP)

1) O Dispositivo-A usa SetFeature(HNP)2) Durante a suspensão o Dispositivo-B desliga o pull-up D+3) O Dispositivo-A liga o pull-up D+4) O Dispositivo-B detecta o pull-up D+ e pede um reset do

barramento5) Quando o Dispositivo-B termina, toda a atividade do

barramento pára e seus pull-ups são habilitados depois que o estado de inatividade é alcançado

6) O Dispositivo-A detecta inatividade e desabilita seus pull-ups

7) O Dispositivo-A ou confirma o reset ou desliga VBUS

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Protocolo de Negociação Host (HNP)

1) O Dispositivo-A usa SetFeature(HNP)2) Durante a suspensão o Dispositivo-B desliga o pull-up D+3) O Dispositivo-A liga o pull-up D+4) O Dispositivo-B detecta o pull-up D+ e pede um reset do

barramento

VIH

VIL

1 2 3 4

Dispositivo-A atuando

Pull-downs do Dispositivo-A

Pull-ups do Dispositivo-BPull-ups do Dispositivo-A

Tráfego no barramentoHost ATráfego no barramentoHost B

Dispositivo-B atuando

Pull-downs do Dispositivo-B

D+

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Protocolo de Negociação Host (HNP)

VIH

VIL

Dispositivo-A atuando

Pull-downs do Dispositivo-A

Pull-ups do Dispositivo-B

1 2 3 4

Pull-ups do Dispositivo-A

Tráfego no barramentoHost ATráfego no barramentoHost B

Dispositivo-B atuando

Pull-downs do Dispositivo-B

D+

5) B agora é o host e controla o barramento6) Quando o Dispositivo-B termina, toda a atividade do barramento

pára7) Na condição de inatividade o Dispositivo-B habilita seu pull-ups

D+ e o Dispositivo-A desabilita os seus8) O Dispositivo-A confirma o reset ou desliga VBUS

5 6 7 8

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Quiz!

� Verdadeiro ou falso: Podemos fazer um dispositivo compatível com OTG que suporte todos os pendrives?- ???

� Tenho um cabo OTG.1. Que plugues há nesse cabo?

- Micro A em uma ponta e Micro B na outra2. Como eu sei qual é por padrão o periférico e o host?

- O host será o dispositivo ligado ao plugue Micro A� Pra que é usado o SRP?

- Solicitar o início ou o fim de uma sessão� Pra que é usado o HNP?

- É usado para que o host seja trocado dinamicamente

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Agenda

� Visão Geral� Mecânica� Protocolo� Elétrica� Considerações de Certificação� Recursos (Exemplos, Classes,

Software, etc.)

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Agenda Elétrica

� VBus� Correntes� Limites de Capacitância e

Resistência� Tempos de Queda/Subida

� Resistência de ID� Tempo de Propagação de Sinais

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Requerimentos de Fornecimento de Corrente

� Dispositivo-A suportando cargas <= 100mA� IA_VBUS_OUT min = 8mA� 4.4v <= VA_VBUS_OUT <= 5.25v� Deverá falhar se VA_VBUS_OUT < VA_VBUS_VLD

� Dispositivo-A suportando cargas > 100mA� 4.75v <= VA_VBUS_OUT <= 5.25v

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Requerimentos de Consumo de Corrente

� Dispositivo de Dupla Função� Não configurado: 150uA em

média, durante 1ms

� Somente Periférico� Não configurado: 8mA em média,

durante 1ms

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D+

Pull-ups e Pull-downs

� Dispositivo-A� Quando inativo ou atuando como

host, pull-downs D- e D+ habilitados

� Quando atuando como periférico, o pull-down D+ é desabilitado

� Permitido desabilitar os pull-downs durante o intervalo de transmissão de pacote tanto quando host ou como periférico

� 14.25K� < Rpd < 24.8K�

D-

Rpd

Rpd

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Pull-ups e Pull-downs

� Dispositivo-B� RB_SRP_UP > 281�� RB_SRP_DWN > 656�� Pull-up D+ igual ao de

dispositivos USB 2.0VBUS

RB_SRP_DWN

RB_SRP_UP

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VBus

� Quando o Dispositivo-A é alimentado mas não alimenta VBus, RA_BUS_IN max <= 100K�

� Se o Dispositivo-A suporta VBus pulsando para SRP, RA_BUS_IN min >= 40K�, se não ele poderá ficar em nível lógico baixo

� 1.0�F < CDRD_VBUS < 6.5�F� Comparado com CHST_VBUS > 120�F

Pino 1

RA_BUS_IN CDRD_VBUS

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Resistências do ID

Pino 1 Pino 1

Ra_PLUG_ID <= 10�

Micro A Plug

Pino 1

Rb_PLUG_ID >= 100K�

Micro B Plug

Vdd

Rpu

Vdd * Ra_PLUG_ID _(Rpu + Ra_PLUG_ID) < VIL-MAX

Vdd * Rb_PLUG_ID _(Rpu + Rb_PLUG_ID) > VIH-MIN

Para Vdd = 3.3v, 56.67� < Rpu < 25K�

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Tempos de Propagação (max)

� T1 para T2 – Do pino do controlador no Dispositivo-A ao pino do conector USB� OTG Dispositivo-A = 1ns� Host Embarcado ou Host pleno = 3ns

� T2 para T3 – Do pino do conector do Dispositivo-A ao pino do conector no Dispositivo-B� Cabo OTG = 10ns� Cabos padrões = 26ns� Micro-A para Standard-A adaptador = 1ns

� T3 para T4 – Do pino do conector ao pino do controlador no Dispositivo-B� 1ns

B-Device

T1T3T2

T4

A-Device

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Quiz!

� Verdadeiro ou falso: Se eu conectar em qualquer dispositivo USB normal de 100mA um dispositivo OTG, tudo sempre deveráocorrer bem!

- ???� Verdadeiro ou falso: Não há diferenças

elétricas entre um host OTG e um host embarcado!

- ???

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OTG vs. Host Embarcado

OTG Host EmbarcadoSRP Requerido Opcional

HNP Requerido Não permitido

Lista Direcionada de Periféricos

Limitado à entradas de Fabricante/ Modelo/ Descrição específicos

Permitido suportar classess genericas (i.e.- qualquer HID)

Mecânica Micro A/B A

Elétrica 1.0�F < CDRD_VBUS < 6.5�F CHST_VBUS > 120�F

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Agenda

� Visão Geral� Mecânica� Protocolo� Elétrica� Considerações de Certificação� Recursos (Exemplos, Classes,

Software, etc.)

Page 53: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Considerações de Certificação Host Embarcado

� Checklists� Sistemas

� Falhas com aviso� Mensagem de erro de Hub� Mensagem de Dispositivo não suportado

� Falhas Elétricas� Notificação de sobre-corrente� Proteção de sobre-corrente resetável� Queda de tensão

� TPL

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Considerações de Certificação OTG

� Checklists� OTG� Periférico� Sistemas

� SRP� HNP� TPL� Restrições Elétricas

� Potência não configurada

Page 55: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Considerações de Certificação DRD

� Acessibilidade de Porta� Se mais de um conector for

acessível à qualquer momento, então eles precisam estar aptos a trabalhar ao mesmo tempo

� Checklists� Periférico� Sistemas

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Demo 2:

USB Host Embarcado leitor de arquivos JPG

Page 57: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Agenda

� Visão Geral� Mecânica� Protocolo� Elétrica� Considerações de Certificação� Recursos (Exemplos, Classes,

Software, etc.)

Page 58: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Dispositivo USB(Periférico) Circuito exemplo

Dispositivo USB PIC18, PIC24F,

ou PIC32MX

VBUS

D+

D-

VUSB

B, microB, ou soquete

mini B

VBUS

D+

D-

GND

150K�

.1�F

3.3v1�F

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Host Embarcado Circuito Exemplo

Dispositivo USB PIC24F ou PIC32MX

Soquete A (full size)

VBUS

D+

D-

GND

5v

PPTC

A/D

D+

D-

VUSB

150�F

.1�F

3.3v

2K�

2K�

Page 60: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Host Embarcado Circuito Exemplo

Dispositivo USB PIC24F ou PIC32MX

Soquete A (full size)

VBUS

D+

D-

GND

5v

PPTC

A/D

D+

D-

VUSB

150�F

.1�F

3.3v

60K�

Page 61: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Circuito de Exemplo OTG

Dispositivo USB PIC24F ou PIC32MX

Soquete Micro A/B

VBUS

D+

D-

GND

VBUS

D+

D-

VUSB ID

GPIO

GPIO

USBID

Vdd.1 �F

MCP1253

PGOOD

SELECT

VOUT

VINnSHDN

GND

10 �F

3.3v4.7 �F

C+

C-

1 �F

60K�

3.3v

Page 62: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

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Circuito de Exemplo DRD

Dispositivo USB PIC24F ou PIC32MX

Soquete A (full size)

VBUS

D+D-

GND

5v

PPTC

A/D

VBUS

D+

D-

VUSB150�F

1�F

3.3v

Input

B, microB, ou soquetemini B

VBUS

D+D-

GND

.1�F150K�

2K�

2K�

Page 63: USB On-The-Go Solução USB Host com poucos recursos

© 2009 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. Slide 63

Arquitetura de Software

Código de Usuário

Hardware

Dispositivo

Drivers deFunção

Host

Drivers deClasse

ControlesOTG

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Exemplos de Software Disponíveis

� Host Embarcado� USB Mass Storage Class on an Embedded Host

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en534220

� Generic Client Driver for a USB Embedded Hosthttp://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en539738

� USB Human Interface Device Class on an Embedded Hosthttp://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en534220

� Using a USB Flash Drive with an Embedded Hosthttp://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en534219

� USB CDC Class on an Embedded Devicehttp://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en534204

� USB Generic Function on an Embedded Devicehttp://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en534199

� Using USB Keyboard with an Embedded Hosthttp://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en536935

� An Introduction to USB Descriptors - With a Gameport to USB Gamepad Translator Example http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en011980

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Exemplos de Software Disponíveis

� OTG� MCHPUSB OTG

� Todos os softwares disponíveis gratuitamente em

www.microchip.com/usb

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Ferramentas de Demonstração Disponíveis

� Kits de Desenvolvimento� Explorer 16 (DV164033)

� PIC24FJ64GB004 USB PIM (MA240019)� PIC24FJ256GB110 USB PIM (MA240014)� PIC32MX USB PIM (MA320002)

� USB PICtail™ Plus Daughter Card (AC164131)

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Ferramentas de Demonstração Disponíveis

� Kits para Iniciantes� PIC24F Starter Kit (DM240011)� PIC32MX USB Starter Board (DM320003)

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Sumário

� Hoje nós aprendemos:� Que opções de host estão disponíveis� Como elas são diferentes

� Mecanicamente� Eletricamente

� Os novos protocolos OTG� Considerações de Certificação� Recursos de desenvolvimento

disponíveis

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Fim!

Perguntas?

Obrigado pela sua atenção!!

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Acrônimos

� SRP – Session Request Protocol� HNP – Host Negotiation Protocol� OTG – On The Go� USB – Universal Serial Bus� DRD – Dual Role Device� PPTC – Polymeric Positive Temperature

Coefficient� SIE – Serial Interface Engine� BDT – Buffer Descriptor Table

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Marcas Registradas

� O nome e logo Microchip, o logo Microchip, dsPIC, KeeLoq, logo KeeLoq, MPLAB, PIC, PICmicro, PICSTART, rfPIC e UNI/O são marcas registradas de Microchip Technology Incorporated nos E.U.A. e outros países.

� FilterLab, Hampshire, HI-TECH C, Linear Active Thermistor, MXDEV, MXLAB, SEEVAL e The Embedded Control Solutions Company são marcas registradas de Microchip Technology Incorporated nos E.U.A.Analog-for-the-Digital Age, Application Maestro, CodeGuard, dsPICDEM, dsPICDEM.net, dsPICworks, dsSPEAK, ECAN, ECONOMONITOR, FanSense, HI-TIDE, In-Circuit Serial Programming, ICSP, ICEPIC, Mindi, MiWi, MPASM, MPLAB logo certificado, MPLIB, MPLINK, mTouch, nanoWatt XLP, Omniscient Code Generation, PICC, PICC-18, PICkit, PICDEM, PICDEM.net, PICtail, logo PIC32, REAL ICE, rfLAB, Select Mode, Total Endurance, TSHARC, WiperLock e ZENA são marcas registradas de Microchip Technology Incorporated nos E.U.A. e outros países.

SQTP é uma marca de serviço de Microchip Technology Incorporated nos E.U.A.Todas as outras marcas aqui citadas são propriedade de suas respectivas empresas.

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