USB控制器與phy有何關(guān)系

1. 概述

一個(gè)完整的usb 系統(tǒng)通信流程如下圖所示：整個(gè)系統(tǒng)大致分為三層。

host

客戶軟件：管理接口設(shè)備

usb 系統(tǒng)軟件：管理設(shè)備

USB 總線接口（HDC）：管理usb 幀數(shù)據(jù)

device

function ：管理接口

usb 邏輯設(shè)備：管理端點(diǎn)

USB 總線接口(UDC)：管理usb 幀數(shù)據(jù)

整個(gè)數(shù)據(jù)流向如下：

設(shè)備端：function -> usb logical device -> SIE。

那么usb framed 數(shù)據(jù)到底是怎么產(chǎn)生的？

第一種方式：純軟件行為，軟件添加

第二種方式：硬件加工，生成符合usb 協(xié)議規(guī)范的幀數(shù)據(jù)。

目前市面上大部分主流usb 控制器采用第二種方式：即 CPU 從DDR 搬運(yùn)數(shù)據(jù)到usb 控制器，然后通過(guò)usb phy 模型差分信號(hào)發(fā)送出去。

2. 什么是usb 控制器與phy

了解了前面的usb 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)流程。那么接下來(lái)我們來(lái)介紹一下，什么是控制器及phy。

2.1 usb 控制器

usb 控制器，可以簡(jiǎn)單理解為用來(lái)控制usb 邏輯及數(shù)據(jù)流傳輸?shù)难b置。我們可以類比其他控制器。包含幾大塊：

中斷

dma(內(nèi)部dma/外部dma)

FIFO（sram）

輸入/輸出：比如與phy 接口

現(xiàn)代復(fù)雜的usb 控制器有的還內(nèi)置usb phy。

2.2 usb phy

所謂 phy，從字面意思就是物理接口。一般完成物理信號(hào)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于usb phy 而言，其主要完成以下工作：

usb FS/HS 或者LS 模式選擇

usb 數(shù)據(jù) NRZI 編碼 和 Bit Stuffer

將otg 并行數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)為 差分串行D-/D+ 數(shù)據(jù)

速度枚舉，J/K 信號(hào)產(chǎn)生。

......

一句話總結(jié)：usb phy 將usb 控制器的數(shù)據(jù)，按字usb 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議編碼，然后轉(zhuǎn)成串行差分?jǐn)?shù)據(jù)，并通過(guò)D+/D- 發(fā)送出去。反之，對(duì)于從host 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)usb phy 解碼，然后到usb 控制器，最后到我們ddr 可以訪問(wèn)的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

3. 常見(jiàn)的控制器與phy 的形式

目前市面上主流的控制器與phy 大致有兩種形式：

第一種，控制器集成usb phy

第二種，控制器需要外部接usb phy

不管是內(nèi)部集成，還是外部連接。我們只需要關(guān)心控制器與phy 之間的標(biāo)準(zhǔn)接口即可。對(duì)于USB2.0 一般采用 UTMI 或者UTMI+ 接口。對(duì)于usb3.0 一般采用PIPE 接口。

不管是UTMI 接口還是PIPE 接口，其都是并行的標(biāo)準(zhǔn)接口。因此我們?cè)趯W(xué)習(xí)時(shí)，不用關(guān)心特定的phy, 只需要關(guān)心其對(duì)應(yīng)的接口協(xié)議即可。

4. UTMblock

有關(guān)utmi 接口介紹，本文不做詳細(xì)介紹。如下圖是UTM function block。從圖中我們可以看出，其主要的功能：

HS/FS 模式選擇

NRZI 編碼/解碼

Bit Stufer/unstuffer

輸出clk

5. 控制器、PHY 與Soc 連接

控制器與phy 連接是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口UTMI（2.0） 或者PIPE(3.0)

整個(gè)數(shù)據(jù)流程大致如下：

發(fā)送數(shù)據(jù)：CPU 通過(guò)cpu 模式/DMA 模式 搬運(yùn)數(shù)據(jù)到 USB 控制器 的端點(diǎn)FIFO, 然后通過(guò)UTMI 接口經(jīng)過(guò)usb phy 通過(guò)usb 發(fā)到host 端

接口數(shù)據(jù)：host 到來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)usb phy 經(jīng)utmi 接口轉(zhuǎn)換，到usb 控制器的端點(diǎn)FIFO，然后通過(guò)cpu 或者dma 模式搬運(yùn)到DDR

6. 總結(jié)

本文介紹了usb 控制器與phy 的關(guān)系。旨在幫助我們更好的理解usb 的整個(gè)數(shù)據(jù)流向。當(dāng)我們?cè)谡{(diào)usb 的通信時(shí)，到底在調(diào)什么？結(jié)合前面的枚舉流程，來(lái)思考什么時(shí)候usb 的通信到了軟件層面。

事實(shí)上，對(duì)于不調(diào)usb 控制器的廠家來(lái)說(shuō)，大部分人都接觸不到usb phy 的知識(shí)，因?yàn)楹芏嘣瓘S已經(jīng)幫我們搞定。不過(guò)筆者認(rèn)為，對(duì)于usb 的學(xué)習(xí)，不能只停留在軟件層面，應(yīng)該結(jié)合硬件對(duì)整個(gè)協(xié)議才會(huì)有一個(gè)更深入的認(rèn)知。

當(dāng)我們接觸一款新的usb 控制器驅(qū)動(dòng)時(shí)，我們應(yīng)該關(guān)心什么？

usb 控制器流程：不同的控制器參考usb ip 廠商給的控制流程。

usb phy 初始化：事實(shí)上，phy 在芯片量產(chǎn)時(shí)基本已定型?？膳涞目臻g很小。phy 上大部分信號(hào)都是控制器輸入的。故一般控制器配置ok. phy 上可能只需要微調(diào)一下即可。比如產(chǎn)生復(fù)位或者強(qiáng)制suspend 信號(hào)。

審核編輯：劉清