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基于DWC2的USB驅動開發-0x09 ULPI接口協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，這一篇就重點講解其具體的工作模式，同步模式是重點內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USB總線掛起時，LINK可以選擇性地將PHY置于低功耗模式。PHY可以關閉除接口引腳和全速接收器之外的所有電路。如果存在VBUS，總線電阻器也必須通電。如果設置了相應的寄存器位，則對應功能都必須通電，包括中斷源和電荷泵。如果PLL斷電，則必須停止時鐘而不出現毛刺。

1.2.1 低功耗模式的Data線重定義

當處于低功耗模式時，PHY使用下表中列出的信號驅動數據線（3:0）。當處于低功耗模式時，必須從FS接收器組合驅動LineState。

每當發生任何未屏蔽的中斷時，都會使得int引腳信號有效。

PHY必須直接從模擬電路鎖存中斷事件，因為時鐘已斷電。

LINK忽略8位數據總線的數據位（7:4）的信號。

輸入時鐘和輸出時鐘模式都必須遵循這些規則。

1.2.2 進入低功耗模式

LINK寫Function Control 寄存器的SuspendM 為0b使得PHY進入低功耗模式。

如圖所示LINK或PHY時鐘可以在PHY接受寄存器寫入數據后至少停止五個周期。

當處于低功耗模式時，PHY拉高dir，并保持nxt為低。

在拉高dir之后，提供了一個數據總線周轉周期turn around，在此期間，數據上的值無效。

PHY在turn around周期之后立即開始按照低功耗模式的Data線重定義信號驅動data[3:0]。

1.2.3 退出低功耗模式

如圖所示，LINK通過異步拉高stp向PHY發出退出低功率模式的信號。PHY立即開始喚醒其內部電路。當PHY時鐘滿足ULPI時序要求時，PHY拉低dir。PHY必須確保在拉低dir之前至少驅動了5個時鐘周期。PHY還必須確保在拉低dir之前將SuspendM寄存器自動設置為1b。

LINK在檢測到dir拉低的一個CLK之后,拉低stp。

在拉低dir之后，提供了一個數據總線周轉周期turn around，在此期間，數據上的值無效。

PHY在turn around之前立即停止按照低功耗模式的Data線重定義信號驅動data[3:0]。

當LINK提供輸入時鐘時，PHY必須在TPREP內同步其內部時鐘TPREP是實現相關的。

PHY提供輸出時鐘時的退出低功耗

LINK提供輸入時鐘時的退出低功耗

1.2.4 拒絕虛假恢復

由于USB環境的噪聲,可能導致低功耗模式下PHY驅動的異步LineState 輸出,有短暫的non-J-state條件或者毛刺。

LineState上的毛刺可能導致LINK短暫的拉高stp,這應該要認為是虛假的恢復PHY必須拒絕這個事件。PHY可以在重新啟動時鐘之前選擇性地拒絕stp上的毛刺，如圖所示。PHY必須通過在PHY拉低dir時在時鐘的邊沿去檢查stp是否拉高，來確定是否滿足退出低功耗模式的條件。

如果在dir被拉低的周期中stp沒有被拉高，那么PHY必須重新拉高dir并返回到低功率模式，而無需LINK的進一步操作，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能夠直接訪問FS/LS串行模擬收發器。

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

這兩種模式都是可選的。與低功率模式不同，FS/LS收發器必須通電。

如果設置了相應的寄存器位，則對應功能都必須通電，包括中斷源和電荷泵。

1.3.1 FsLsSerialMode的數據線重定義

6p串行模式為UTMI+中定義的每個串行信號提供一條單獨的數據線。3p串行模式將USB接收和傳輸數據壓縮到雙向數據線上，并提供4位數據總線PHY實現可以支持串行信號。

在任一模式中，UTMI+的低有效tx_enable_n信號被轉換為高有效tx_enable，用于在ULPI總線上傳輸，這允許默認的ULPI總線空閑狀態保持在00h。

在兩種串行模式中，都提供了一個中斷引腳。只要發生未屏蔽的中斷事件，就會拉高int引腳。

當處于6p串行模式時，PHY使用下表中列出的信號驅動數據（7:0）。

當處于3p串行模式時，PHY使用下表中列出的信號驅動數據（3:0）。

1.3.2 進入FsLsSerialMode模式

為了進入6p串行模式，LINK在接口控制寄存器Interface Control中設置6-Pin FsLsSerialMode位，使數據總線切換到異步操作，并采用新的總線數據定義。

為了進入3p串行模式，LINK在接口控制寄存器Interface Control中設置3-Pin FsLsSerialMode位，使數據總線切換到異步操作，并采用新的總線數據定義。

默認情況下，輸出時鐘斷電以減少串行模式下的功耗，如圖所示。進入串行模式后至少5個時鐘周期后，時鐘停止，當時鐘不可用時，PHY必須拉高dir。在拉高dir之后，提供了一個數據總線周轉周期turn around，在此期間，數據上的值無效。PHY在周轉周期之后立即開始驅動串行模式信號。

如果LINK要求時鐘在串行模式下運行，它可以在進入串行模式之前在接口控制寄存器Interface Contro中設置ClockSuspendM信號，如圖所示。

1.3.3 退出FsLsSerialMode模式

當LINK檢測到int為高時，它應該通過拉高stp來退出FsLsSerialMode。

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

如果時鐘正在運行，則LINK通過拉高stp向PHY發出退出FsLsSerialMode的信號。

PHY在檢測到stp拉高后將拉低dir 1個或多個周期，如圖所示。在拉低dir之后的一個時鐘中，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，有一個時鐘的總線數據周轉周期，在周轉周期內，數據上的值無效。PHY在緊接周轉周期之前停止驅動串行模式信號。

1.4 Carkit模式(可選)

當設置接口控制寄存器Interface Control中的CarkitMode位時，選擇該模式。

它允許LINK使用UART信號通過PHY與遠程車載套件進行通信。

默認情況下，當PHY進入Carkit模式時，時鐘會斷電。進入和退出Carkit模式與串行模式相同。如果LINK要求時鐘在Carkit模式下運行，它可以在進入Carkit模式之前在接口控制寄存器Interface Control中設置ClockSuspendM信號。

只要發生未屏蔽的中斷事件，就會拉高int引腳。當LINK檢測到int為高時，它應該通過拉高stp來喚醒時鐘（如果斷電）。如果時鐘已經在運行，LINK拉高stp一個周期，將接口切換到同步模式。

當PHY處于同步模式時，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PHY輸入信號

由于包括但不限于硬件復位或緩慢通電的原因，LINK可能無法正確驅動ULPI接口。在這種情況下，當PHY的dir拉低時，LINK無法將數據驅動到空閑00h狀態。PHY數據輸入信號上的未知值可能會啟動未經請求的USB活動、寄存器寫入、串行或Carkit傳輸。

因此，PHY必須始終保護其數據輸入。

為了防止數據輸入上的錯誤命令，PHY必須在stp上包含一個弱上拉電阻器。

任何時候stp出乎意料地高，PHY都認為LINK無法驅動接口，并且必須進入保持狀態。

當處于保持狀態時，PHY不得使用數據上的命令，并且不得拉高dir，除非其內部時鐘不穩定。LINK還被允許在任何時候將stp驅動為高電平，從而迫使PHY停止使用數據上的命令。

當PHY處于保持狀態時，它可以選擇性地在數據上啟用弱下拉電阻器，防止它們浮動。

當PHY處于保持狀態時發生的所有RXCMD更改必須用單個RX CMD更新來替換，當ULPI總線可用時，PHY退出保持狀態時發送該更新。RX CMD更新必須始終傳達當前RXCMD值，而不是以前或舊的值。

如果LINK始終可以將stp和數據驅動到已知值，則可以通過將接口控制寄存器Interface Control中的接口保護禁用位Interface Protect Disable設置為1b來禁用保護功能，這會降低功耗。

當時鐘運行時，LINK應在停止驅動ULPI接口之前將stp驅動高至少一個時鐘周期，迫使PHY進入保持狀態以保護其數據輸入。PHY中的上拉將在隨后的周期中保持stp為高，如圖所示。

對于LINK在停止驅動ULPI接口之前無法將stp驅動為高電平的實現，無法保證PHY操作的安全性。

在通電期間或時鐘未運行時，PHY始終拉高dir，以保護其數據輸入，如圖所示。如果當PHY拉低dir時stp為高，則PHY將立即進入保持狀態并保護其數據輸入。當LINK將stp驅動為低時，PHY立即開始處理其數據輸入。

如圖所示，如果當LINK停止驅動ULPI接口時PHY處于低功耗模式，則stp上的上拉將自動喚醒PHY。如果LINK不希望PHY自動喚醒，則它必須將stp驅動為低電平。

如果當LINK恢復驅動ULPI接口時dir為高，則LINK應當假定PHY處于低功率模式并且驅動stp為高以喚醒PHY，如圖所示，在拉低dir之后的時鐘中，LINK拉低stp。當dir和stp都為低電平時，PHY在當前時鐘周期中開始處理其數據輸入。這也適用于通電期間。

如圖所示，當dir為高時，LINK可以在通電期間將stp驅動為低電平。

當dir被拉低時，PHY在周轉周期之后開始處理其數據輸入。

1.6 總結

本篇講解了低功耗，全速/低速串行模式，Carkit模式，以及PHY輸入信號的保護處理。其中低功耗模式是必須的，其他的是可選實現的。

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