本章开始学习记录DWC_otg控制器（新思USB2.0）的特点、功能和应用。

新思USB 2.0 IP主要有两个文档需要参考：

《DesignWare Cores USB 2.0 Hi-Speed On-TheGo (OTG) Data book》

《DesignWare Cores USB 2.0 Hi-Speed On-TheGo (OTG) Programming Guide》

前者是描述IP的架构、信号、配置、寄存器等，后者是编程指导，驱动编写主要参考这一部分进行。

1. 系统概述

首先是系统概述，站在系统层面来分析DWC_otg控制器，对DWC_otg控制器的功能做简单概述，典型的系统框架结构图如下图1-1所示，其中浅蓝色部分是根据配置决定，黑色部分是所有配置都有的。

1.1 AHB总线接口

上图1-1左边部分是AHB总线接口，这一部分主要是实现CPU和DWC_otg控制器信息交互功能。

AHB Slave I/F：AHB slave接口，此时DWC_otg控制器是从设备，CPU通过该接口对DWC_otg的控制和状态寄存器(CSR)、数据FIFO和队列进行读写访问。

AHB Master I/F（可选的）：AHB master接口，对应DMA部分描述，使能DMA时，DMA是主设备，负责在系统的memory和内部的RAM之间搬运数据。

1.2 Data RAM接口

Data FIFO RAM/IF：上图1-1下面部分是Data RAM接口，连接一个外部单端口FIFO RAM(SPRAM)，用于数据存储。

1.3 PHY 接口

DWC_otg控制器支持3种PHY接口，如上图1-1右边部分所示：

（1）UTMI+ Level 3 PHY 接口(Revision 1.0 or HSIC)

UTMI+PHY可以是单向或双向的，可以配置为8、16或8/16位数据总线(软件可配置)。UTMI+接口可以配置为与符合修订版1.0的PHY或符合HSIC的PHY一起工作。

（2）ULPI PHY 接口 (Revision 1.1)

ULPI PHY可以是单向或双向的，具有8位SDR或4位DDR总线(软件可配置)。

（3）USB 1.1全速串行收发器接口

USB 1.1全速串行收发器可以作为专用接口，也可以在芯片外部PHY的UTMI+或ULPI接口上共享引脚(软件可配)。

1.4 外部DMA控制器接口

当前DWC_otg控制器已经不支持外部DMA接口，不展开。

1.5 其他可选接口

• AHB Master 接口（使能内部DMA时，DMA是主设备，负责发送和接收数据到AHB总线上）。
• 供应商控制接口可以访问ULPI和UTMI+ PHY寄存器
• I2C接口，用于USB 1.1 FS模式下的OTG控制
• 通用I/O (GPIO)接口
• SOF更新翻转接口(不用于DWC otg)
• SOF输入计数接口(不用于DWC otg)
• 设备和主机模式下支持Scatter/Gather DMA
• 设备模式下支持多处理器中断

1.6 发送和接收FIFO

DWC_otg控制器上的发送和接收FIFO接口用于将数据移入和移出数据FIFO RAM。这些分为周期性（用于同步和中断传输）或非周期性（用于批量传输和控制传输），总结如下：

• 非周期性主机OUT传输公用一个Tx FIFO。
• 周期性主机OUT传输,可以选择一个独立周期传输FIFO。
• 设备模式下IN端点可选公用非周期性Tx FIFO，和多个周期性TxFIFO
• 用于周期性/非周期性设备IN传输的每个IN端点可选专用Tx FIFO
• 主机模式中断OUT和设备模式中断IN（仅在Shared FIFO 操作模式）传输可以编程为通过非周期传输FIFO或周期传输FIFO。

2. 功能列表

2.1 一般功能

• 支持OTG2.0和OTG1.3,软件可配.OTG2.0支持ADP (Attach detection Protocol)。
• 支持3种速率：

1. High-Speed (HS, 480-Mbps)
2. Full-Speed (FS, 12-Mbps)
3. Low-Speed (LS, 1.5-Mbps)。

• 支持多种低功耗相关配置选项。
• 支持DMA和非DMA操作方式。
• MAC-Phy支持多种接口。
• AHB和PHY接口支持使用不同的时钟，以简化集成。
• 包括控制端0在内，一共最多支持16个双向端点。
• DWC_otg作为设备使用时，UTMI+ PHY时不支持低速模式。
• 最多支持16个主机通道。在主机模式下，当需要支持的设备的端点数量大于支持的主机通道数，软件可以重新编程通道来支持多达127个设备，每个设备有32个端点(IN + OUT)，最多4064个端点。
• Host Buffer DMA模式， Slave模式支持外部HUB连接。
• 包括自动ping功能。
• 支持低速模式下的Keep-Alive和高速/全速模式下的SOFs。

2.2 可配置功能

• 可根据用户需求，使用coreConsultant utility配置控制器。
• 能够为低功耗模式选择多个电源轨
• 可选择多种DMA操作模式
• 可根据需求，选择Mac-Phy接口类型

2.3 应用接口功能

• AHB的应用程序接口:

1. AHB从接口，用于访问控制和状态寄存器(CSRs)、数据FIFO和队列。
2. 可选的AHB主接口，内部DMA使能时给Data FIFO访问使用。
3. 特定配置下AHB时钟最高可达270MHz。

• AHB总线上只支持32位数据。
• 支持通过pin配置小端或者大端模式。
• AHB从接口支持INCR4，INCR8，INCR16，INCR和SINGLE传输。
• AHB主接口支持拆分、重试和错误AHB响应。AHB从机接口上不产生拆分和重试响应。
• DMA模式AHB主接口支持软件配置AHB Burst类型。
• 只能处理固定的burst address对齐,比如INCR16则地址的位[5:0]都要是0。
• 在AHB主接口上可生成AHB忙周期。
• 可处理1KB的边界。

2.4 MAC-PHY接口特征

• 支持以下MAC-PHY接口

1. UTMI 8/16
2. ULPI
3. HSIC
4. IC_USB (Low/Full速)
5. FS 和UTMI共享

• 支持UTMI+ Level 3 接口(Revision 1.0, February 25th, 2004). 8, 16, 和 8/16位数据总线。
• 支持ULPI接口 (Revision 1.1rc, September 1st, 2004), 8-位 SDR, 4-bit DDR, 6-pin Serial, 3-pin Serial 和 Carkit。
• UTMI+ L3 和 ULPI可同时存在，由软件选择，或者直接配置只使用一种。
• 只有在选择了UTMI+的情况下，才能选择HSIC接口。否则无法选择HSIC接口
• I2C接口。
• 支持UTMI-to-UTMI Bridge。

2.5 系统Memory体系结构

• 支持Slave，内部DMA 模式。
• 使用内部DMA模式时还支持Descriptor-Based Scatter/Gather DMA。

2.6 Non-DWORD对齐支持

• 主机模式：

     Scatter Gather DMA模式，IN和OUT传输，支持缓冲区的Non-DWORD对齐。

     Buffer DMA和Slave模式，IN和OUT传输，不支持缓冲区的Non-DWORD对齐。

• 设备模式：

    Scatter Gather DMA模式，IN和OUT传输，支持缓冲区的Non-DWORD对齐。

    Buffer DMA和Slave模式，IN和OUT传输，不支持缓冲区的Non-DWORD对齐。

2.7 内部Memory特征

• 在Slave和DMA模式，可以给设备的每个IN端点都配置一个专用的传输FIFO。每个FIFO可以保存多个包。
• 包括可选的Remote Memory Support接口，用于向控制器发出DMA写入完成事件的信号。
• 利用单端口RAM替代双端口RAM以减少面积和功耗。
• 支持传输时动态修改端点FIFO的大小。
• 支持端点FIFO可不是2的指数倍对齐,以利用连续的存储位置。
• 在主机和设备模式下共享硬件寄存器，以减少门控数量。
• 设备模式时如果启用DMA并选择专用的Tx FIFO，DMA收发阈值可配，阈值可以通过全局寄存器配置，为了支持配置阈值AHB时钟必须60MHz以上。

2.8 软件功能

为了减少门数和提供灵活性，一些功能由软件去实现：

• 设备模式，软件协助硬件实现非周期IN时序(仅适用Shared FIFO操作)。
• 软件处理USB命令(检测SETUP事务，并将其命令有效载荷转发给应用程序进行解析)。
• 软件处理USB错误。

2.9 功耗优化

• 有源时钟门控功能：允许控制器在USB和AHB通信的IDLE时段内关闭AHB和PHY时钟，来降低动态功耗。同样也可以在SPRAM未使用时关闭RAM的时钟输出。
• 支持Link Power Management (LPM)。
• 几个节能功能，包括两个用于高级电源管理的电源轨。可以根据自己的要求选择以下节能选项：

1. 关闭时钟门控
2. 部分断电
3. 休眠

• USB Suspend，LPM和Session-Off模式支持PHY时钟门控。
• USB Suspend和Session-Off模式支持AHB时钟门控。
• USB Suspend和 Session-Off模式支持部分掉电。
• 层次结构支持多个电源轨，以便在挂起期间启用休眠功能。
• 输入信号需要powered-off的块驱动到safe 0 。
• Data FIFO RAM不使用时关闭片选。
• Data FIFO RAM支持时钟门控。
• 设备和主机模式都支持在USB Suspend，LPM和Session-Off 模式时切换到32-KHz低频时钟。