飞凌嵌入式ElfBoard ELF1板卡-开发板适配之USB_OTG
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2025-02-27
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i.MX6ULL有两路USB功能接口USB_OTG1和USB_OTG2，这两路USB都支持OTG功能。OTG是On-The-Go的缩写。简单地说，当具备OTG功能的设备（以i.MX6ULL为例）连接到USB主设备（以电脑为例）的时候，i.MX6ULL会识别出它连接的是主设备，于是把自己作为从设备device与电脑通信，不给OTG接口供电；当i.MX6ULL与U盘连接的时候，i.MX6ULL会识别出U盘是device从设备，于是把自己作为host主设备与U盘通信，并给OTG接口供电，为U盘提供电源。这一功能的实现是通过i.MX6ULL检测一个ID引脚的高低电平实现的，还有一个VBUS引脚用于提供电源，当作为device从设备时，VBUS由外部host设备供电；当作为host设备时，VBUS需要串一个5V电源输出给device从设备。
当主设备（如电脑）通过电缆插入插座时，电缆的插头内的ID脚是悬空的，CPU检测到的ID引脚是高电平，同时电脑通过USB电缆将插座的1脚（连接到VBUS）电压提升至5V，CPU就工作在device模式下。
当从设备（如U盘）通过电缆插入插座时，电缆的插头内的ID脚是对地短接的， CPU检测到ID引脚是低电平，CPU就工作在HOST模式，同时通过USB座子1脚（连接到VBUS）为设备端供电。
ELF 1开发板使用TYPE C座将USB_OTG1功能引出，i.MX6ULL通过检测TYPE C类型的插头内的CC引脚线的高低，来判断自己是工作在host模式还是device模式，ELF 1开发板直接将CC（TYPE C座的CC1和CC2还有检测插入方向的功能，这里不展开讲）引脚接地了，并没有连接到SOC检测引脚，所以使用OTG功能，i.MX6ULL只能工作在device模式，当做从设备使用。当然也可以通过修改软件，将此接口用作host模式。
将USB_OTG2作为host使用，接到了USB扩展芯片上，型号FE1.1S，扩展为4路USB，分别连接了2个Type-A插座，蓝牙wifi模块，扩展板的4G模块。
硬件原理
USB OTG功能使用的是OTG专属引脚USB_OTG_P、USB_OTG_N、USB_OTG_VBUS，不需要做mux配置。USB_OTG2连接HUB芯片用于USB扩展，其中HUB芯片有一个HUB_nRST复位功能引脚，由SN74HC595D控制。
IOMUX配置
由于OTG使用的是专属引脚USB_OTG引脚，不需要IOMUX配置。
设备节点
在arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts文件中已经添加好的配置otg1和otg2的设备节点：
&usbotg1 {
/*dr_mode = “otg”;*/
dr_mode = “peripheral”;
srp-disable;
hnp-disable;
adp-disable;
status = “okay”;
};
&usbotg2 {
dr_mode = “host”;
disable-over-current;
status = “okay”;
};
&usbphy1 {
tx-d-cal = <0x5>;
};
&usbphy2 {
tx-d-cal = <0x5>;
};
一、Usbotg1节点下属性
dr_mode = "peripheral";ELF 1的USB_OTG1只作为device所以，dr_mode更改为peripheral外围接口，即device模式。
srp-disable，hnp-disable，adp-disable，这三个属性都是USB OTG相关协议：
SRP:Session Request Protocol，会话请求协议，此协议对于从设备可选可不选，这里不选。
HNP:Host Negotiation Protocol，主从交换协议，这里只使用从设备，所以可以关闭此协议。
ADP:Attach Detection Protocol，连接检测协议，主要应用于主设备，对于从设备可选可不选，这里不选。
二、Usbotg2节点下属性
dr_mode = "host";USB_OTG2作为host主设备。
disable-over-current;表示不使用过流检测功能。
同网络、CAN一样，USB也需要的phy负责最底层的信号转换，i.MX6ULL内部集成的usb phy。usbphy1和usbphy2分别表示USB_OTG1和USB_PHY2的 phy，tx-d-cal = <0x5>;是调整USB通信信号质量的参数。
当然也使用Usbotg2节点的配置方式，配置Usbotg节点，使USB_OTG1工作在host模式。
除了上述配置之外，还需要注意一下，USB HUB芯片的HUB_nRST复位功能引脚是否已经拉高，该引脚由SN74HC595D芯片的QD引脚控制：
gpio_spi: gpio_spi@0 {
compatible = “fairchild,74hc595”;
gpio-controller;
#gpio-cells = <2>;
reg = <0>;
registers-number = <1>;
registers-default = /bits/ 8 <0xaf>;
spi-max-frequency = <100000>;
};
显然，0xaf值的bit3位已设置为高。
添加驱动
一、配置内核
使用make menuconfig打开图形化配置界面：
elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ make menuconfig
找到以下路径：
Device Drivers
->USB support
->USB Gadget Support
二、替换配置文件
通过make menuconfig修改的内容写入到了.config文件，当使用make imx6ull_elf1_defconfig配置内核源码时，.config文件会被覆盖，因此，需要替换原有的imx6ull_elf1_defconfig。
elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ cp .config arch/arm/configs/imx6ul\l_elf1_defconfig
编译测试
编译内核、设备树和模块并拷贝到开发板：
elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ ./build.sh
elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ scp arch/arm/boot/zImage root\@172.16.0.175:/run/media/mmcblk1p1/
elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ scp arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf\1-emmc.dtb root@172.16.0.175:/run/media/mmcblk1p1/
elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ scp .tmp/rootfs/modules.tar.bz2 r\oot@172.16.0.175:~/
在开发板上解压打包好的模块到根目录：
root@ELF1:~# tar -xvf modules.tar.bz2 -C /
进行sync操作后重启开发板：
USB host：先测试USB host功能，这个测试就比较简单了，直接将U盘插到TYPE A座上，系统就会自动识别到U盘设备，在/dev/下生成sda1节点。
USB device：我们用PC机作为HOST，开发板作为一个device设备，将开发板上的U盘挂载到PC上。
将一个U盘插到板子TYPE A座上，使用另一条TYPE C线连接OTG和PC机：
运行命令：
insmod libcomposite.ko
insmod usb_f_mass_storage.ko
insmod g_mass_storage.ko file=/dev/sda1 removable=1
可看到PC机挂载上了开发板上的U盘。
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