基于DWC2的USB驱动开发-0x08 GLPI接口详解

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基于DWC2的USB驱动开发-0x08 GLPI接口详解 (qq.com)

1.1 前言

进行USB驱动开发,有必要了解整个数据流涉及的设备,而PHY是重要的一环,它负责物理层的处理,是模拟数字的桥梁。而PHY的了解重点是其和LINK之间的接口，USB中PHY和LINK之间的标准接口是UTMI，而ULPI是其低引脚的实现。

介绍ULPI之前有必要先了解下GLPI,因为ULPI是基于GLPI的一个具体的实现。

GLPI即Generic Low Pin Interface,通用低引脚接口,是应用于LINK和PHY之间的接口。可以基于此接口定义特定应用的接口,也就是该接口规范是一个通用的接口设计,可以基于此有具体的应用实现,比如基于该接口实现UTMI协议的低引脚接口即ULPI。

1.2信号

1. GLPI定义了如下的信号,这些信号是通用的,可以用于传输不同的数据类型。根据应用的不同，数据流可以用于发送和接收数据包、访问寄存器集、生成中断，甚至重新定义接口本身。
2. 所有信号都是和clock同步的,如果没有clock则所有信号也可以是异步的。也就是规范本身并没有完全限定死一定要clock,一定要是同步的。
3. 作为通用接口,规范并不规定数据流本身,数据流定义是特定应用实现决定的，只要具体的实现明确定义，实现互操作性即可。
4. 通常来说控制信号dir、stp和nxt是在假设PHY是数据总线的主机的情况下指定的。当然为了通用性,也并没有完全限定死。如果需要,实现也可以将LINK定义为主机此时则控制信号的方向和前者要颠倒过来。

信号	方向(以PHY的角度看)	描述
PHY****接口		以下都是以PHY作为主机描述
clock	I/O	接口时钟.双向都可以,即可以LINK产生该时钟也可以PHY产生该时钟,即对应于PHY时钟的两种模式,后面文章会讲到.如果有clock所有信号都是和clock同步的.当然本规范也没有限定死,即实现也可以没有clock则所有信号都是异步的。所有信号和clock的上升沿同步。
data	I/O	双向数据总线,空闲时LINK驱动为低，LINK和PHY驱动为非0的数据则表示有数据传输。(为什么? 如果一方驱动为0则另一方怎么驱动? 因为谁低谁强) .从后面总线权限可以看出不会出现主从都驱动总线的情况，​因为总线所有权由主机调度，且由dir决定。并且驱动为0只是一个特殊值，用于区别其他正常数据的情况，理论上驱动为全1也​可以。这里为什么LINK一定要发一个数据是因为PHY不发数据就拉低dir监听数据，所以CLK上升沿总是会采集到数据用一个特殊值来表示空闲无效数据​。 总线的拥有权是由主机决定的,比如PHY作为主机则由PHY驱动dir来决定.在clock的上升沿同步数据即单边沿模式.当然实现也可以设计为双边沿传输数据模式。
dir	OUT	主机驱动dir决定data总线的所有权.如果PHY有数据需要传输给LINK,则PHY驱动dir为高拥有总线.如果PHY没有数据要传输给LINK则拉低dir,表示LINK拥有data总线,此时PHY监听总线有非0 的数据则表示LINK发过来了数据给PHY.如果PHY不能接收LINK的数据也可以拉高dir.比如PHY的PLL没有稳定时就会拉高dir,此时LINK不能往PHY发非0数据.
stp	IN	停止.LINK拉高该信号1个时钟来停止当前的数据流(LINK到PHY的或者PHY到LINK的).如果此时是LINK发送数据到PHY,LINK拉高stp则表示前一个时钟的数据是最后一个数据.原文是stp indicates thelast byte of data was on the bus in the previous cycle 我觉的从后面波形图理解来说应该不是前一个时钟而应该就是本STP拉高对应的CLK上升沿的数据是最后一个数据。 如果此时是PHY发送数据到LINK,LINK拉高stp则PHY会强制停止本次数据发送，并且PHY会拉低dir,表示交出数据总线控制权给LINK。
nxt	OUT	PHY拉高nxt表示是否还有数据或者是否接收到数据.1.如果LINK发送数据给PHY,PHY拉高nxt表示当前字节被PHY接收了.LINK可以在下一个时钟继续发送数据给PHY.。2.如果是PHY发送数据给LINK则PHY拉高nxt表示后面还有数据LINK可以继续读。

1.3 协议

1.3.1 总线所有权

非特殊实现都是PHY作为主机,PHY驱动dir来决定总线的所有权。

PHY需要发送数据时拉高dir,其他时候都是拉低dir监听总线。

如果LINK需要获取总线权可以等PHY发送完不再需要发送数据时PHY主动拉低dir，LINK也可以主动拉高stp一个时钟来结束PHY的发送，让PHY主动让出总线所有权，让LINK来发送数据，这种情况LINK主动请求的则必须进行一次数据发送，PHY才会重新拉高dir重新拥有总线。

dir为0时LINK拥有总线所有权,LINK可以往data总线发数据,

dir为1时PHY拥有总线所有权,PHY可以往data总线发数据,

所有信号都是和CLK同步的,且在CLK的上升沿修改数据,所以CLK的上升沿时dir翻转,

dir翻转时的那一个CLK叫做turnaround,LINK和PHY都不能往data总线发送数据,LINK和PHY也要丢弃该时候的总线数据。

所以在实现时dir可以直接用于控制PHY和LINK的输出缓冲器，只是PHY和LINK两边的使能电平是反的。

1. dir为低,LINK拥有总线所有权,LINK可以往总线发数据
2. dir翻转时对应的那一个CLK,LINK和PHY都不能发数据,总线上的数据无效,即turnaround
3. dir为高,PHY拥有总线所有权,PHY可以往总线发数据
4. dir和clock同步,dir总是在clk的上升沿翻转

1.3.2 传输数据

1. dir为0, LINK拥有总线所有权,而LINK又没有数据要发给PHY,此时就是空闲阶段,LINK驱动data总线为0，此时PHY监听到全0就认为是无效数据.
2. dir为0, LINK拥有总线所有权,LINK有数据要发送给PHY,则LINK驱动总线为非0值D0。

但是此时PHY拉低了nxt，表示不能接收，所以LINK只能下一个CLK重发D0

3. PHY收到LINK发送过来的数据D0,拉高nxt,表示PHY收到了,这样LINK可以继续发D1。
4. LINK主动拉高stp表示结束传输
5. stp保持高一个CLK后拉低,此时PHY也会拉低nxt,如果PHY需要发送数据，需要拥有总线权则会拉高dir,否则会继续拉低dir等待LINK的下一次传输。上图中dir拉高了,说明PHY需要发数据了，dir拉高的一个CLK内是turn around总线无效。
6. Turn around之后PHY发送数据。
7. PHY发送数据,同时拉高nxt表示后续还有数据要发。
8. PHY后面没有数据要发了拉低nxt,并且拉低dir交出总线所有权。

所以PHY拉低nxt可以用于掐断数据传输(LINK或者PHY发送的数据), 在传输期间，nxt可以在拉高stp的相同周期中拉高。

从以上可以看出由LINK发送最后一个字节,转到PHY发送第一个字节需要2个周期,即stp要一个周期,turn around需要一个周期。

1.3.3 停止传输数据

PHY可以拉高dir用于结束LINK的发送

LINK可以拉高stp一个时钟来结束PHY的发送,此时PHY需要无条件拉低dir,准备接收LINK的数据。PHY必须等接收完LINK的数据才能重新拉高dir。也就是LINK拉高stp以结束上一次PHY的传输，告诉PHY强制拉低dir来使得LINK拥有总线权，这也是LINK主动需要切换到总线所有权的一种方式,这时则LINK必须进行一次发送,只有这样PHY才会重新拉高dir 使得PHY拥有总线权。这里有个未定义行为，假设LINK进行了stp拉高但是又不发送数据或者一直发送数据不stp，那么PHY是不是只能一直等待，不能重新拉高dir拥有总线权了?。

1. dir为高 PHY在发送数据D2,nxt为高说明后面还有数据待发送
2. dir为高 PHY在发送数据D3,nxt为低说明后面的数据无效
3. 这个CLK由于前面一次nxt为低,所以数据无效,LINK不接收, nxt拉高说明下一个CLK PHY又有数据要发
4. 这个CLK PHY发送D4, LINK接收，nxt为高表示PHY还有数据要发，但是在此时LINK想要发送数据，于是拉高stp一个CLK.
5. Stp拉高一个CLK后要拉低，此时PHY无条件拉低dir交出总线所有权，同时拉低nxt.
6. 一个turn around时钟后,LINK发送数据D0,此时PHY拉低nxt为0表示PHY没有准备好接收数据
7. 由于上一次PHY没有准备好接收数据,LINK只能重新发D0,此时PHY拉高nxt表示接收了数据D0
8. LINK继续发送D1,PHY拉高nxt表示接收了数据D1
9. LINK发送stp主动结束发送，此时PHY也要拉低nxt。

之后PHY再看需要是不是要发送数据来决定是拉高还是拉低dir。

1.4 总结

GLPI的接口是比较简单的,需要注意主从机，PHY是主机LINK是从机，

Stp是从机驱动，nxt和dir是主机驱动。

需要注意总线的拥有权由主机决定，主机需要发送是拉高dir拥有总线权，其他时候拉低dir交出总线权监听总线。而LINK可以在dir为高，PHY在发送数据时主动拉高stp一个CLK来请求PHY交出总线权，PHY必须无条件交出，并且必须等LINK发送完数据之后才能重新拥有总线。

所以关键点是了解谁驱动什么信号，总线拥有权的切换，了解这两点就基本了解了该接口的逻辑了。

1.5 参考

《UTMI+ Low Pin Interface (ULPI) Specification Revision 1.1 October 20, 2004》
　　审核编辑：汤梓红