２００１年底，ＵＳＢ開發者論壇（ＵＳＢ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｒｓ Ｆｏｒｕｍ，ＵＳＢ ＩＦ）發布了專門用于ＵＳＢ 外設間"可移動互連"的ＵＳＢ２．０補充規范ＵＳＢ Ｏｎ－Ｔｈｅ－Ｇｏ，其目標是使外設以主機的身份和另外特定的一組外設直接通信。本文中歸納ＵＳＢ ２．０補充規范ＯＴＧ的相關技術，并主要討論其新增特性。

　　１ 新的協議

　　ＯＴＧ補充規范對ＵＳＢ２．０的最重要的擴展是其更具節能性的電源管理和允許設備以主機和外設兩種形式工作。ＯＴＧ有兩種設備類型：兩用ＯＴＧ設備（Ｄｕａｌ－ｒｏｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）和外設式ＯＴＧ設備（Ｐｅｒｉｐ－ ｈｅｒａｌ－ｏｎｌｙ ＯＴＧ ｄｅｖｉｃｅ）。兩用ＯＴＧ設備完全符合ＵＳＢ２．０規范，同時它還要提供有限的主機能力和一個ＭｉｎｉＡＢ插座、支持主機流通協議（Ｈｏｓｔ Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＨＮＰ），并和外設式ＯＴＧ設備一樣支持事務請求協議（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ＳＲＰ）。當作為主機工作時，兩用ＯＴＧ設備可在總線上提供８ｍＡ的電流，而以往標準主機則需要提供１００～５００ｍＡ的電流。

　　兩個兩用ＯＴＧ設備連接在一起時可交替以主機和從機的方式工作，這個特點兼容了現有ＵＳＢ規范主機／外設的結構模型。ＯＴＧ主機同樣負責初始化數據通信的任務，比如：總線復位、獲取ＵＳＢ各種描述符和配置設備。這些配置完成后，兩個ＯＴＧ設備便可以分別以主機和從機方式傳輸信息，兩個設備主從角色交換的過程由主機傳輸協議（ＨＮＰ）定義。以下以兩用ＯＴＧ設備為例討論ＳＲＰ和ＨＮＰ。

　　１．１ 事務請求協議ＳＲＰ

　　在以往的ＵＳＢ系統運行過程中，主機提供５Ｖ的電源和不低于１００ｍＡ的總線電流。當ＯＴＧ主機（指以主機方式工作的兩用ＯＴＧ設備，又稱Ａ－ｄｅｖｉｃｅ）連接到有線電源時這種方法是適用的，但像手機這樣的自供電移動設備則不能承受如此大的電能浪費。為了節約電源延長電池的使用壽命，當總線上沒有活動時，ＯＴＧ主機將掛起總線電源ＶＢＵＳ。ＳＲＰ協議可使ＯＴＧ從機（指外設式設備或者以外設方式工作的兩用ＯＴＧ設備，又稱Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ，此處指后者）請求Ａ－ｄｅｖｉｃｅ重新使能ＶＢＵＳ，而后Ａ－ｄｅｖｉｃｅ使用ＨＮＰ協議交換兩個設備的工作方式，這兩步完成后由新的ＯＴＧ主機開始事務傳輸。Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ可在前一事務結束２ｍｓ后的任意時間開始ＳＲＰ。

　　Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ將先后執行數據線脈沖調制（ｄａｔａ－ｌｉｎｅ ｐｕｌ－ ｓｉｎｇ）和ＶＢＵＳ脈沖調制（ＶＢＵＳ ｐｕｌｓｉｎｇ）。它通過使能數據線上拉電阻（全速和高速設備為Ｄ＋，低速設備為Ｄ－）５～１０ｍｓ實現前者，后者通過驅動ＶＢＵＳ實現。ＶＢＵＳ必須要有足夠長的時間對其電容充電，這個時間應能保證不大于１３μＦ的電容充電至２．１Ｖ（ＯＴＧ設備的電容是６．５μＦ或更小），從而不會對標準主機的９６μＦ或更高的電容充電至２．０Ｖ。該限制保證了從Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ引來的ＶＢＵＳ電流不會破壞標準主機的端口。

　　Ａ－ｄｅｖｉｃｅ檢測到數據線脈沖調制或者ＶＢＵＳ脈沖調制后，首先復位總線，然后發送Ｓｅｔ＿ｆｅａｔｕｒｅ命令而先不進行設備的枚舉，此時Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ尚處在默認的從機狀態。如果Ｓｅｔ＿ｆｅａｔｕｒｅ命令成功執行，說明Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ為兩用ＯＴＧ設備，Ａ－ｄｅｖｉｃｅ（使用ＨＮＰ協議）掛起ＶＢＵＳ準備讓Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ交換為主機方式接管總線。如果Ｓｅｔ＿ｆｅａｔｕｒｅ命令執行失敗，說明Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ為外設式ＯＴＧ設備，于是Ａ－ｄｅｖｉｃｅ使能ＶＢＵＳ準備開始一個傳輸事務。此時，Ａ－ｄｅｖｉｃｅ只是被喚醒，并未改變工作方式。當Ａ－ｄｅｖｉｃｅ認為總線上沒有傳輸需要時，掛起ＶＢＵＳ以結束該事務。這種Ａ－ｄｅｖｉｃｅ自動檢測Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ是否支持ＨＮＰ協議的特征稱為“Ｎｏ Ｓｉｌｅｎｔ Ｆａｉｌｕｒｅ”。

　　１．２ 主機流通協議ＨＮＰ

　　當兩用設備連接了一個Ｍｉｎｉ－Ａ插頭或者Ｍｉｎｉ－Ｂ插頭時，它相應的便以ＯＴＧ主機或者ＯＴＧ外設的默認方式工作。Ａ－ｄｅｖｉｃｅ為默認主機，所以由它提供ＶＢＵＳ電源，且在檢測到有設備接入時復位總線、枚舉并配置Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ。

　　Ａ－ｄｅｖｉｃｅ在完成對Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ的使用后，可以通過查詢Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ的ＯＴＧ性能描述符來判斷它是否支持ＨＮＰ協議（即是否為兩用ＯＴＧ設備）。如支持ＨＮＰ，Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ將返回有效的ＯＴＧ性能描述符，Ａ－ｄｅｖｉｃｅ則產生一個Ｓｅｔ＿ｆｅａｔｕｒｅ命令（即ＨＮＰ＿Ｅｎａｂｌｅ）來通知Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ可以在總線掛起的時候以主機方式工作，隨后Ａ－ｄｅｖｉｃｅ掛起總線。

　　Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ通過上拉電阻（全速時）或者下拉電阻（高速時）拉低Ｄ＋以示連接斷開。隨后，作為對Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ斷開的響應，Ａ－ｄｅｖｉｃｅ使能它的數據線并開始以從機方式工作。完成這些轉換后，Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ和Ａ－ｄｅｖｉｃｅ便各自以主機角色和外設角色使用總線。如果該Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ屬于兩用ＯＴＧ設備且Ａ－ｄｅｖｉｃｅ不再使用它了，Ａ－ｄｅｖｉｃｅ便重發Ｓｅｔ＿ｆｅａｔｕｒｅ命令并掛起總線。若Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ申請角色轉換時出錯，Ａ－ｄｅｖｉｃｅ則拉低ＶＢＵＳ以結束該事務。當Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ正常結束傳輸事務時便掛起ＶＢＵＳ使能其上拉電阻，重新以從機方式運行。Ａ－ｄｅｖｉｃｅ檢測到總線掛起后，發出一個連接斷開信號并重新以主機方式工作。

　　２ 連接器和電纜

　　２．１ 連接器

　　ＵＳＢ ＩＦ在ＯＴＧ中定義了更小的連接器，可以同時用于主機式和外設式的設備、具有更低的電源需求、擴展的電源保護模式和利于上層軟件開發的簡潔設計。

　　ＯＴＧ和現有的ＵＳＢ２．０規范完全兼容，一個主要的機械上的改進是它的新式連接器。ＵＳＢ ２．０定義了三種連接器對（插頭和插座）：Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ、Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ｂ和Ｍｉｎｉ－Ｂ。Ｍｉｎｉ－Ｂ連接器是專為較小的外設（如移動電話等）開發的。ＯＴＧ規范增加了第四種插頭?Ｍｉｎｉ－Ａ，兩種插座：Ｍｉｎｉ－Ａ和Ｍｉｎｉ－ＡＢ。這些連接器比最初的ＵＳＢ連接器要小許多（如：Ｍｉｎｉ－Ａ插頭截面積只有Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ插頭的３８％），更適合于便攜式設備。

　　Ｍｉｎｉ－ＡＢ插座用于兩用設備。Ｍｉｎｉ－Ａ新增的ＩＤ腳（以前的ＵＳＢ插頭不含此腳）在連接Ｍｉｎｉ－ＡＢ時接地短路，而Ｍｉｎｉ－Ｂ則使該腳斷開，這樣兩用設備便可識別連接設備的類型以決定設備的默認角色。

　　Ｍｉｎｉ－Ａ和Ｍｉｎｉ－Ｂ插頭是嚴格配對適用的，如：不能將Ｍｉｎｉ－Ａ插頭和Ｍｉｎｉ－Ｂ插座配合使用。但是，Ｍｉｎｉ－ＡＢ插座適合于以上兩種插頭。在外形上，Ｍｉｎｉ－Ａ更接近于橢圓形，而Ｍｉｎｉ－Ｂ更接近于正方形。另外，他們的插頭和插座內部的塑料都有顏色：Ｍｉｎｉ－Ａ為白色，Ｍｉｎｉ－Ｂ為黑色，Ｍｉｎｉ－ＡＢ為灰色。

　　２．２ 電纜

　　ＵＳＢ ２．０規范定義了兩種電纜：Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ至Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ｂ和Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ至Ｍｉｎｉ－Ｂ。ＯＴＧ新增了兩種電纜：Ｍｉｎｉ－Ａ至Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ｂ和Ｍｉｎｉ－Ａ至Ｍｉｎｉ－Ｂ。Ｍｉｎｉ－Ａ－ｔｏ－Ｍｉｎｉ－Ｂ電纜的延遲被減少到可以在"Ａ端″使用適配器，如：用Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ插頭連接ＯＴＧ兩用設備需要一個Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ插座至Ｍｉｎｉ－Ａ插頭的適配器，而用Ｍｉｎｉ－Ａ插頭連接Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ插座時需要一個Ｍｉｎｉ－Ａ插座至Ｓｔａｎｄａｒｄ－Ａ插頭的適配器。

　　３ ＵＳＢ Ｏｎ－Ｔｈｅ－Ｇｏ設備類型

　　ＯＴＧ有兩種設備：兩用ＯＴＧ設備和外設式ＯＴＧ設備。兩用ＯＴＧ設備可以作為ＵＳＢ外設或者ＵＳＢ ＯＴＧ主機，并且可為總線提供８ｍＡ電流。而外設式ＯＴＧ設備不具備主機性能，它必須在向兩用設備（主機）的請求獲準后才能通信。兩用ＯＴＧ設備必須能以全速方式運行，而高速運行的方式是可選的。外設型ＯＴＧ設備可以設計在高速、全速和低速中的任意一種方式下工作。

　　３．１ 兩用ＯＴＧ設備

　　兩用ＯＴＧ設備都有一個Ｍｉｎｉ－ＡＢ插槽，所以一個Ｍｉｎｉ－Ａ至Ｍｉｎｉ－Ｂ電纜可以直接將兩個兩用ＯＴＧ設備連接在一起，而此時用戶不會覺察到兩個設備的不同，也不知道它們的默認主從配置。

　　Ａ－ｄｅｖｉｃｅ主機必須在事務傳輸過程中提供總線電源，這是Ａ－ｄｅｖｉｃｅ和Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ的主要不同，同時也說明了兩個設備的連接的非對等關系。Ａ－ｄｅｖｉｃｅ負責為總線供電因此它控制通信發生的時機，Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ只有通過ＳＲＰ協議向"主機"請求傳輸。

　　設計一個兩用設備是比較困難的，因為它要具備：有限的主機能力、可作為一個全速的外設（可選的高速方式）、ＯＴＧ目標設備的列表、目標設備的驅動程序、支持ＳＲＰ、支持ＨＮＰ、一個Ｍｉｎｉ－ＡＢ插座、ＶＢＵＳ上不小于８ｍＡ的電流輸出、與用戶通信的方式。

　　３．２ 外設式ＯＴＧ設備（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ－ｏｎｌｙ ＯＴＧ ｄｅｖｉｃｅ）

　　外設式ＯＴＧ設備是普通的ＵＳＢ外設。它有一個ＯＴＧ功能描述符說明其支持事務請求協議ＳＲＰ而且它不是兩用ＯＴＧ設備。此外，外設式ＯＴＧ設備只能配置Ｍｉｎｉ－Ｂ型插座或者必須有一個帶Ｍｉｎｉ－Ａ插頭的附屬電纜，而不能使用Ｍｉｎｉ－ＡＢ型插座。

　　ＳＲＰ是Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ（此處指外設式設備）向Ａ－ｄｅｖｉｃｅ請求傳輸事務時必須使用的協議。它由前面提到的數據線脈沖調制和ＶＢＵＳ脈沖調制（Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ產生）兩種方法構成。Ａ－ｄｅｖｉｃｅ必須能檢測這兩種方法之一的信號，并開始一個相應的傳輸事務。除了固件（ｆｉｒｍｗａｒｅ）略有增加外，Ｂ－ｄｅｖｉｃｅ同時可產生兩種信號的成本并沒有增加成本，而且還使實現Ａ－ｄｅｖｉｃｅ更加簡單（只需根據實際情況提供其中一種方式的檢測）。

　　一個ＯＴＧ設備不必實現ＯＴＧ的所有性能。例如，一個外設式ＯＴＧ設備可能只需支持ＳＲＰ和一個小于等于８ｍＡ的默認電流消耗配置。其實，添加對ＳＲＰ支持也較簡單：在ＶＢＵＳ上接一個驅動電阻并增加一些簡單的邏輯，從而產生ＶＢＵＳ脈沖調制信號。

　　另外，無論是兩用ＯＴＧ設備還是外設式ＯＴＧ設備，都可以和通用的計算機相連，只不過兩用ＯＴＧ設備具有一定的主機能力（可以驅動特定的一組ＯＴＧ設備工作）。

　　４ 驅動程序

　　與ＰＣ主機不同，便攜式設備沒有便捷的方式和足夠的空間裝載新的驅動程序。因此，ＯＴＧ規范要求每個兩用ＯＴＧ設備有一個支持的外設式ＯＴＧ目標設備的列表，列表中包括設備的類型和制造商等信息。ＵＳＢ ＩＦ正計劃定義"ＯＴＧ Ｔｙｐｅ"規范。對于符合此規范的設備，ＯＴＧ主機只需提供一個驅動程序即可，這將使ＯＴＧ主機無需為每個設備提供單獨的驅動程序，從而支持盡量多的ＯＴＧ外設。

　　與ＰＣ機不同，ＯＴＧ兩用設備的驅動程序棧由ＵＳＢ主機棧和ＵＳＢ設備棧構成以滿足兩種工作方式的需要。ＯＴＧ驅動程序通過連接器的不同或者是否有ＨＮＰ交換設備的工作方式來決定使用ＵＳＢ主機棧還是ＵＳＢ設備棧。

　　當ＯＴＧ兩用設備以主機方式工作時，ＵＳＢ主機棧工作。其中的主機控制器驅動程序負責ＵＳＢ主機棧與硬件端點的數據交換，ＵＳＢ驅動程序枚舉并保存設備的信息，目標外設主機類驅動程序支持目標設備列表里的設備。主機類驅動程序由芯片制造商提供，同時，ＯＴＧ提供通用的主機類驅動程序（可以修改以用于非通用設備）。

　　當ＯＴＧ兩用設備以從機方式工作時，ＵＳＢ設備棧工作。其中的設備控制器驅動程序負責ＵＳＢ設備棧與硬件端點的數據交換，ＵＳＢ協議層負責處理ＵＳＢ協議規范，設備類驅動程序的功能取決于該兩用設備的功能（如數碼照相機、存儲設備、打印機等）。

　　ＯＴＧ驅動程序負責處理兩用ＯＴＧ設備的工作方式轉換，同時，它還可以返回其結果（如設備是否支持ＨＮＰ）并處理總線錯誤。應用層程序通過ＯＴＧ驅動程序開始或者結束一個傳輸事務，通過ＵＳＢ主機棧或設備棧與硬件層交換數據。

　　５ 數據流模型

　　ＯＴＧ主機和設備被劃分為功能層、ＵＳＢ設備層和ＵＳＢ接口層三個不同的層次。

　　ＵＳＢ接口層為ＯＴＧ主機和ＯＴＧ設備提供物理連接，ＵＳＢ系統軟件使用主機控制器來管理主機與ＵＳＢ設備的數據傳輸。ＵＳＢ系統軟件相對于主機控制器而言，處理的是以客戶角度觀察的數據傳輸及客戶與設備的交互。ＵＳＢ設備層為ＵＳＢ主機系統軟件提供一個可用的邏輯設備。主機通過與之功能匹配的客戶軟件實現其各種功能。

　　ＯＴＧ設備與以往的ＵＳＢ設備一樣由兩種通道：數據流通道和消息通道。數據流通道沒有定義好的結構，而消息通道則有固定的結構。但是，每個通道都有一定的帶寬、傳輸類型、傳輸方向和緩沖區大小。自供電設備配置一個默認的控制通道，由它提供該設備的配置和狀態等信息。

　　ＵＳＢ ＯＴＧ規范是ＵＳＢ２．０規范的補充而不是替代品。ＰＣ主機和標準外設并沒有被取代，因為新的ＯＴＧ僅適用于需要具有主機功能和更小體積的便攜式設備。ＯＴＧ在這些外設間引入了點對點的（ｐｏｉｎｔ－ｔｏ－ｐｏｉｎｔ）通信方式，這使得便攜式儀器的發展有了更加廣闊的空間。ＵＳＢ ＯＴＧ已受到Ｃｙｐｒｅｓｓ等芯片供應商、軟件開發商和設備制造商的廣泛支持，ＯＴＧ不久將會成為新一代的"移動計算"解決方案。
(編輯 Linda)