USB für unterwegs - USB On-The-Go

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Das USB On-The-Go-Logo

USB - On-The-Go ( USB OTG oder OTG ) ist eine Spezifikation erstes Ende 2001 verwendet , die ermöglicht , USB - Geräte , wie zum Beispiel Tabletten oder Smartphones , zu handeln als Host, andere damit USB - Geräten wie USB - Flash - Laufwerke , Digital Kameras , Mäuse oder Tastaturen , die an sie angeschlossen werden sollen. Durch die Verwendung von USB OTG können diese Geräte zwischen den Rollen Host und Gerät wechseln. Ein Mobiltelefon kann als Host von einem Wechselmedium lesen, präsentiert sich jedoch als (USB-Massenspeicher-) Gerät, wenn es an einen Host-Computer angeschlossen ist.

USB OTG führt das Konzept einer Appliance ein, die sowohl Host- als auch Geräterollen ausführt. Wenn zwei USB-Appliances verbunden sind und eine davon ein USB OTG-Gerät ist, wird eine Kommunikationsverbindung hergestellt . Die Appliance, die die Verbindung steuert, wird als Host bezeichnet, während die andere als Gerät oder Peripheriegerät bezeichnet wird.

USB OTG definiert zwei Rollen für Geräte: OTG A-Gerät und OTG B-Gerät, wobei angegeben wird, welche Seite die Verbindung mit Strom versorgt und welche zunächst der Host ist. Das OTG A-Gerät ist ein Stromversorger und ein OTG B-Gerät ist ein Stromverbraucher. In der Standardverbindungskonfiguration fungiert das A-Gerät als USB-Host, während das B-Gerät als USB-Gerät oder USB-Peripheriegerät fungiert. Der Host- und der Geräte- / Peripheriemodus können später mithilfe des Host Negotiation Protocol (HNP) ausgetauscht werden.

Die anfängliche Rolle jedes Geräts wurde definiert, durch welchen Mini-Stecker ein Benutzer in seine Buchse einsteckt.

Überblick

Ein USB-OTG-Setup mit mehreren Geräten

Standard-USB verwendet eine Host- / Gerätearchitektur . Ein Host fungiert als Controller-Gerät für den gesamten Bus, und ein USB- Gerät fungiert als Follower-Gerät. Bei der Implementierung von Standard-USB müssen Geräte die eine oder andere Rolle übernehmen, wobei Computer im Allgemeinen als Hosts eingerichtet sind, während (zum Beispiel) Drucker normalerweise als Geräte / Peripheriegeräte fungieren. In Ermangelung von USB-OTG implementierten Mobiltelefone häufig Geräte- / Follower-Rollenfunktionen, um eine einfache Datenübertragung zu und von Host-Computern zu ermöglichen. Solche Telefone, da sie sich als Peripheriegeräte klassifizierten, konnten nicht ohne weiteres mit Druckern verbunden werden, da Drucker auch die Peripheriefunktion implementierten. USB OTG behebt dieses Problem direkt.

Wenn ein Gerät an den USB-Bus angeschlossen ist, richtet das Master-Gerät oder der Host die Kommunikation mit dem Gerät ein und übernimmt die Bereitstellung von Diensten (die Software des Hosts ermöglicht oder führt die erforderliche Datenverarbeitung durch, z. B. Dateiverwaltung oder andere gewünschte Art der Datenkommunikation oder Funktion). Dadurch können die Geräte / Peripheriegeräte im Vergleich zum Host erheblich vereinfacht werden. Zum Beispiel enthält eine Maus sehr wenig Logik und verlässt sich darauf, dass der Host fast die gesamte Arbeit erledigt. Der Host steuert alle Datenübertragungen über den Bus, wobei die Geräte / Peripheriegeräte nur signalisieren können (wenn sie abgefragt werden), dass sie Aufmerksamkeit erfordern. Um Daten zwischen zwei Geräten zu übertragen, z. B. von einem Telefon zu einem Drucker, liest der Host zuerst die Daten von einem Gerät und schreibt sie dann auf das andere.

Während die Anordnung Host-Device (oder Host-Follower oder Host-Peripheral) für einige Geräte funktioniert, können viele Appliances entweder als Host oder als Gerät fungieren, je nachdem, was den Bus sonst noch teilt. Beispielsweise ist ein Computerdrucker normalerweise ein Peripheriegerät. Wenn jedoch ein USB-Flash-Laufwerk mit Bildern an den USB-Anschluss des Druckers angeschlossen wird, ohne dass ein Computer vorhanden ist (oder zumindest ausgeschaltet ist), ist es für den Drucker hilfreich, das zu übernehmen Rolle des Hosts, der es ihm ermöglicht, direkt mit dem Flash-Laufwerk zu kommunizieren und Bilder von diesem zu drucken.

USB OTG erkennt, dass ein Gerät sowohl Host- als auch Geräterollen ausführen kann, und ändert daher die Terminologie auf subtile Weise. Mit OTG kann ein Gerät entweder ein Host sein, wenn es als Link-Master fungiert, oder ein "Peripheriegerät", wenn es als Link-Follower fungiert. Die Wahl zwischen Host- und Peripherierollen hängt vollständig davon ab, an welches Ende des Kabels das Gerät angeschlossen ist. Das Gerät, das beim Start an das "A" -Ende des Kabels angeschlossen wird und als "A-Gerät" bezeichnet wird, fungiert als Standardhost, während das "B" -Ende als Standardperipheriegerät fungiert, das als "B-" bezeichnet wird. Gerät".

Nach dem ersten Start funktioniert das Setup für den Bus wie beim normalen USB-Standard, wobei das A-Gerät das B-Gerät einrichtet und die gesamte Kommunikation verwaltet. Wenn jedoch dasselbe A-Gerät an ein anderes USB-System angeschlossen ist oder ein dedizierter Host verfügbar wird, kann es zu einem Follower werden.

USB OTG schließt die Verwendung eines USB-Hubs nicht aus , beschreibt jedoch den Rollentausch zwischen Host und Peripheriegerät nur für den Fall einer Eins-zu-Eins-Verbindung, bei der zwei OTG-Geräte direkt verbunden sind. Der Rollentausch funktioniert nicht über einen Standard-Hub, da ein Gerät als Host und das andere als Peripheriegerät fungiert, bis die Verbindung getrennt wird.

Spezifikationen

USB OTG ist Teil einer Ergänzung zur Universal Serial Bus (USB) 2.0-Spezifikation, die ursprünglich Ende 2001 vereinbart und später überarbeitet wurde. Die neueste Version des Supplements definiert auch das Verhalten eines eingebetteten Hosts mit gezielten Fähigkeiten und demselben USB-Standard-A-Anschluss, der von PCs verwendet wird.

SuperSpeed ​​OTG-Geräte, eingebettete Hosts und Peripheriegeräte werden über USB OTG und Embedded Host Supplement gemäß USB 3.0-Spezifikation unterstützt.

Protokolle

Mit der Ergänzung zu USB OTG und Embedded Host zur USB 2.0-Spezifikation wurden drei neue Kommunikationsprotokolle eingeführt :

Attach Detection Protocol (ADP)
Ermöglicht einem OTG-Gerät, einem eingebetteten Host oder einem USB-Gerät, den Anhangsstatus zu bestimmen, wenn der USB-Bus nicht mit Strom versorgt wird. Dies ermöglicht sowohl ein einfügungsbasiertes Verhalten als auch die Anzeige des Anhangsstatus. Dazu wird regelmäßig die Kapazität am USB-Anschluss gemessen, um festzustellen, ob ein anderes Gerät angeschlossen ist, ein baumelndes Kabel oder kein Kabel. Wenn eine ausreichend große Kapazitätsänderung festgestellt wird, um auf einen Geräteanschluss hinzuweisen, versorgt ein A-Gerät den USB-Bus mit Strom und sucht nach einer Geräteverbindung. Gleichzeitig generiert ein B-Gerät SRP (siehe unten) und wartet, bis der USB-Bus mit Strom versorgt wird.
Session Request Protocol (SRP)
Ermöglicht beiden kommunizierenden Geräten die Steuerung, wann die Stromversorgungssitzung der Verbindung aktiv ist. Bei Standard-USB ist nur der Host dazu in der Lage. Dies ermöglicht eine genaue Kontrolle des Stromverbrauchs, was für batteriebetriebene Geräte wie Kameras und Mobiltelefone sehr wichtig ist. Das OTG oder der eingebettete Host kann die USB-Verbindung so lange nicht mit Strom versorgen, bis das Peripheriegerät (bei dem es sich um ein OTG- oder Standard-USB-Gerät handeln kann) Strom benötigt. OTG- und eingebettete Hosts haben normalerweise nur wenig Batteriestrom zur Verfügung. Wenn Sie also die USB-Verbindung nicht mit Strom versorgen, können Sie die Batterielaufzeit verlängern.
Host Negotiation Protocol (HNP)
Ermöglicht den beiden Geräten den Austausch ihrer Host- / Peripherierollen, sofern es sich bei beiden um OTG-Geräte mit zwei Rollen handelt. Durch die Verwendung von HNP zum Umkehren der Host- / Peripherierollen kann das USB-OTG-Gerät die Kontrolle über die Planung der Datenübertragung erlangen. Somit kann jedes OTG-Gerät die Datenübertragung über den USB-OTG-Bus initiieren. In der neuesten Version des Supplements wurde auch die HNP-Abfrage eingeführt, bei der das Host-Gerät das Peripheriegerät während einer aktiven Sitzung regelmäßig abfragt, um festzustellen, ob es Host werden möchte.
Der Hauptzweck von HNP besteht darin, Benutzer, die die A- und B-Geräte (siehe unten) angeschlossen haben, für die auszuführende Aufgabe in die falsche Richtung zu bringen. Beispielsweise ist ein Drucker als A-Gerät (Host) angeschlossen, kann jedoch nicht als Host für eine bestimmte Kamera fungieren, da er die Darstellung von Druckaufträgen durch die Kamera nicht versteht. Wenn diese Kamera weiß, wie sie mit dem Drucker kommuniziert, wechselt der Drucker mithilfe von HNP zur Folgerolle, wobei die Kamera zum Host wird, sodass auf der Kamera gespeicherte Bilder ausgedruckt werden können, ohne die Kabel erneut anzuschließen. Die neuen OTG-Protokolle können keinen Standard-USB-Hub passieren, da sie auf elektrischen Signalen über ein spezielles Kabel basieren.

Mit der Ergänzung zu USB OTG und Embedded Host zur USB 3.0-Spezifikation wird ein zusätzliches Kommunikationsprotokoll eingeführt:

Rollentauschprotokoll (RSP)
RSP erreicht den gleichen Zweck wie HNP (dh Rollentausch), indem die in der USB 3.0-Spezifikation bereitgestellten Standardmechanismen erweitert werden. Produkte, die dem USB OTG- und Embedded Host-Supplement gemäß der USB 3.0-Spezifikation entsprechen, müssen ebenfalls dem USB 2.0-Supplement folgen, um die Abwärtskompatibilität zu gewährleisten. SuperSpeed ​​OTG-Geräte (SS-OTG) sind erforderlich, um RSP zu unterstützen. SuperSpeed ​​Peripheral Capable OTG-Geräte (SSPC-OTG) müssen RSP nicht unterstützen, da sie nur mit SuperSpeed ​​als Peripheriegerät betrieben werden können. Sie haben keinen SuperSpeed-Host und können daher nur über HNP mit USB 2.0-Datenraten einen Rollentausch durchführen.

Geräterollen

USB OTG definiert zwei Rollen für Geräte: OTG A-Gerät und OTG B-Gerät, wobei angegeben wird, welche Seite die Verbindung mit Strom versorgt und welche zunächst der Host ist. Das OTG A-Gerät ist ein Stromversorger und ein OTG B-Gerät ist ein Stromverbraucher. In der Standardverbindungskonfiguration fungiert das A-Gerät als USB-Host, während das B-Gerät als USB-Peripheriegerät fungiert. Der Host- und der Peripheriemodus können später mithilfe von HNP oder RSP ausgetauscht werden. Da jeder OTG-Controller beide Rollen unterstützt, werden sie häufig als "Dual-Role" -Controller und nicht als "OTG-Controller" bezeichnet.

Für Entwickler von integrierten Schaltkreisen (IC) ist ein attraktives Merkmal von USB OTG die Möglichkeit, mehr USB-Funktionen mit weniger Gates zu erzielen.

Ein "traditioneller" Ansatz umfasst vier Controller, was zu mehr Gates zum Testen und Debuggen führt:

  • USB-Hochgeschwindigkeits-Host-Controller basierend auf EHCI (eine Registerschnittstelle)
  • Host-Controller mit voller / niedriger Geschwindigkeit basierend auf OHCI (eine andere Registerschnittstelle)
  • USB-Gerätecontroller, der sowohl hohe als auch volle Geschwindigkeiten unterstützt
  • Vierter Controller zum Umschalten des OTG-Root-Ports zwischen Host- und Geräte-Controllern

Außerdem müssen die meisten Gadgets entweder ein Host oder ein Gerät sein. Das OTG-Hardware-Design führt alle Controller zu einem Doppelrollen-Controller zusammen, der etwas komplexer ist als ein einzelner Geräte-Controller.

Gezielte Peripherieliste (TPL)

Die Targeted Peripheral List (TPL) eines Herstellers dient dazu, ein Host-Gerät auf bestimmte Produkte oder Anwendungen zu konzentrieren, anstatt wie bei typischen PCs als Allzweck-Host zu fungieren. Die TPL gibt Produkte an, die vom "Targeting" -Host unterstützt werden, und definiert, was unterstützt werden muss, einschließlich der Ausgangsleistung, der Übertragungsgeschwindigkeiten, der unterstützten Protokolle und der Geräteklassen. Dies gilt für alle Zielhosts, einschließlich der als Host fungierenden OTG-Geräte und der eingebetteten Hosts.

Stecker

Standard-, Mini-und Micro-USB-Stecker (nicht maßstabsgetreu). Die weißen Bereiche in den Zeichnungen repräsentieren Hohlräume. Da die Stecker hier gezeigt werden, befindet sich das USB-Logo (mit dem optionalen Buchstaben A oder B) in jedem Fall oben auf dem Overmold. Die Pin-Nummerierung (Blick in die Buchsen) wird von den Steckern gespiegelt, sodass Pin 1 am Stecker mit Pin 1 an der Buchse verbunden wird.

OTG Mini-Stecker

Mit dem ursprünglichen USB-OTG-Standard wurde eine Steckdose namens mini-AB eingeführt, die in späteren Versionen (ab Version 1.4) durch micro-AB ersetzt wurde. Es kann entweder einen Mini-A-Stecker oder einen Mini-B-Stecker aufnehmen, während Mini-A-Adapter den Anschluss an Standard-A-USB-Kabel ermöglichen, die von Peripheriegeräten kommen. Das Standard-OTG-Kabel hat an einem Ende einen Mini-A-Stecker und am anderen Ende einen Mini-B-Stecker (es können nicht zwei Stecker des gleichen Typs verwendet werden).

Das Gerät mit eingestecktem Mini-A-Stecker wird zu einem OTG-A-Gerät, und das Gerät mit eingestecktem Mini-B-Stecker wird zu einem B-Gerät (siehe oben). Die Art des eingesteckten Steckers wird durch den Status des ID-Pins erkannt (der ID-Pin des Mini-A-Steckers ist geerdet, während der Mini-B-Stecker schwimmt).

Es gibt auch reine Mini-A-Buchsen, die verwendet werden, wenn ein kompakter Host-Port benötigt wird, OTG jedoch nicht unterstützt wird.

OTG-Mikrostecker

Mit der Einführung des USB-Mikrosteckers wurde auch eine neue Steckdose namens micro-AB eingeführt. Es kann entweder einen Micro-A-Stecker oder einen Micro-B-Stecker aufnehmen. Micro-A-Adapter ermöglichen den Anschluss an Standard-A-Stecker, wie sie bei festen oder Standardgeräten verwendet werden. Ein OTG-Produkt muss über eine einzige Micro-AB-Buchse und keine anderen USB-Buchsen verfügen.

Ein OTG-Kabel hat an einem Ende einen Micro-A-Stecker und am anderen Ende einen Micro-B-Stecker (es dürfen nicht zwei Stecker des gleichen Typs vorhanden sein). OTG fügt dem Standard-USB-Anschluss einen fünften Pin hinzu, den ID-Pin. Beim Micro-A-Stecker ist der ID-Pin geerdet, während der ID im Micro-B-Stecker schwebt. Ein Gerät mit einem eingesteckten Micro-A-Stecker wird zu einem OTG-A-Gerät, und ein Gerät mit einem eingesteckten Micro-B-Stecker wird zu einem B-Gerät. Die Art des eingesteckten Steckers wird durch den Status der Pin-ID erkannt.

Drei zusätzliche ID-Pin-Zustände sind bei den Nennwiderstandswerten von 124 kΩ , 68 kΩ und 36,5 kΩ in Bezug auf den Erdungsstift definiert. Diese ermöglichen es dem Gerät, mit USB-Zubehör-Ladeadaptern zu arbeiten , mit denen das OTG-Gerät gleichzeitig an ein Ladegerät und ein anderes Gerät angeschlossen werden kann.

Diese drei Zustände werden verwendet in den Fällen von:

  • Ein Ladegerät und entweder kein Gerät oder ein A-Gerät, das keinen V- BUS aktiviert (keine Stromversorgung), sind angeschlossen. Das OTG-Gerät darf SRP aufladen und initiieren, aber keine Verbindung herstellen.
  • Ein Ladegerät und ein A-Gerät, das V BUS aktiviert (Strom liefert), sind angeschlossen. Das OTG-Gerät darf aufladen und eine Verbindung herstellen, aber keine SRP initiieren.
  • Ein Ladegerät und ein B-Gerät sind angeschlossen. Das OTG-Gerät darf aufladen und in den Host-Modus wechseln.

USB 3.0 führte eine abwärtskompatible SuperSpeed-Erweiterung der Micro-AB-Buchse sowie der Micro-A- und Micro-B-Stecker ein. Sie enthalten alle Pins der Nicht-Superspeed-Mikroanschlüsse und verwenden den ID-Pin, um die Rollen des A-Geräts und des B-Geräts zu identifizieren. Außerdem werden die SuperSpeed-Pins hinzugefügt.

OTG-Mikrokabel

USB OTG Adapter, Hubs und Kartenleser

Wenn eine OTG-fähige Appliance an einen PC angeschlossen ist, verwendet sie ein eigenes USB-A- oder USB-Typ-C-Kabel (das bei modernen Geräten normalerweise mit Micro-B-, USB-C- oder Lightning- Steckern endet ). Wenn eine OTG-fähige Appliance an ein USB-Follower- / Peripheriegerät angeschlossen ist, z. B. ein Flash-Laufwerk, muss die Follower- / Peripheriegerät-Appliance entweder in der für die Appliance geeigneten Verbindung enden oder der Benutzer muss einen geeigneten Adapter bereitstellen, der auf USB- endet. EIN. Mit dem Adapter kann jedes Standard-USB-Peripheriegerät an eine OTG-Appliance angeschlossen werden. Das Anschließen von zwei OTG-fähigen Appliances erfordert entweder einen Adapter in Verbindung mit dem USB-A-Kabel der Follower-Appliance oder ein geeignetes doppelseitiges Kabel und eine Softwareimplementierung, um es zu verwalten. Dies ist bei USB-Geräten des Typs C üblich.

Implementierung von Smartphones und Tablets

BlackBerry 10.2 implementiert den Host-Modus (wie beim BlackBerry Z30- Mobilteil). Nokia hat USB OTG in vielen seiner Symbian-Handys wie Nokia N8, C6-01, C7, Oro, E6, E7, X7, 603, 700, 701 und 808 Pureview implementiert. Einige High-End-Android-Handys von HTC und Sony unter der Xperia- Serie haben es auch. Samsung Android Version 3.1 oder neuer unterstützt USB OTG, jedoch nicht auf allen Geräten.

Auf Technologie-Websites (z. B. GSMArena, PDAdb.net, PhoneScoop und andere) aufgeführte Spezifikationen können zur Ermittlung der Kompatibilität beitragen. Am Beispiel von GSMArena würde man die Seite für eine bestimmte Appliance suchen und die Aussprache unter Spezifikationen → Kommunikation → USB untersuchen . Wenn "USB Host" angezeigt wird, sollte das Gerät externes USB-Zubehör vom Typ OTG unterstützen können.

In vielen der obigen Implementierungen hat die Host-Appliance nur eine Mikro-B-Buchse anstelle einer Mikro-AB-Buchse. Obwohl dies nicht der Standard ist, sind Adapter für Micro-B- bis Micro-A-Steckdosen weit verbreitet und werden anstelle der vorgeschriebenen Micro-AB-Steckdose für diese Geräte verwendet.

Rückwärtskompatibilität

USB-OTG-Appliances sind abwärtskompatibel mit USB 2.0 (USB 3.0 für SuperSpeed ​​OTG-Geräte) und verhalten sich wie Standard-USB-Hosts oder -Geräte, wenn sie an Standard-USB-Appliances (ohne OTG) angeschlossen werden. Die Hauptausnahme besteht darin, dass OTG-Hosts nur ausreichend Strom für die in der TPL aufgeführten Produkte bereitstellen müssen, was möglicherweise ausreicht, um eine Verbindung zu einem nicht aufgeführten Peripheriegerät herzustellen. Ein USB-Hub mit Stromversorgung kann das Problem umgehen, wenn er unterstützt wird, da er dann seine eigene Stromversorgung gemäß den USB 2.0- oder USB 3.0-Spezifikationen bereitstellt.

Einige Inkompatibilitäten sowohl in HNP als auch in SRP wurden zwischen den Versionen 1.3 und 2.0 des OTG-Supplements eingeführt, was bei Verwendung dieser Protokollversionen zu Interoperabilitätsproblemen führen kann.

Ladegerätekompatibilität

Einige Geräte können ihre USB-Anschlüsse zum Laden eingebauter Batterien verwenden, während andere Geräte ein spezielles Ladegerät erkennen und mehr als 500 mA (0,5 A) verbrauchen können, sodass sie schneller aufgeladen werden können. OTG-Geräte dürfen beide Optionen verwenden.

Siehe auch

Verweise

Externe Links