USB-OTG 外设介绍

[English]

ESP32-S2/S3 等芯片内置 USB-OTG 外设，它包含了 USB 控制器和 USB PHY，支持通过 USB 线连接到 PC，实现 USB Host 和 USB Device 功能。

USB-OTG 传输速率

ESP32-S2/S3 USB-OTG Full Speed 总线传输速率为 12 Mbps，但由于 USB 传输存在一些校验和同步机制，实际的有效传输速率将低于 12 Mbps。具体数值和传输类型相关，如下表所示：

传输类型

控制

中断

批量

同步

适用场合

设备初始化和管理

鼠标和键盘

打印机和批量存储

流式音频和视频

支持低速

有

有

无

无

校验重传

有

有

有

无

保证传输速度

无

无

无

有

使用固定带宽

有（10%）

有（90%）

无

有（90%）

减少延迟时间

无

有

无

有

传输的最大尺寸

64字节

64字节

64字节

~512字节

每毫秒传输包数量

1

19

1

理论有效速率

64000 Bytes/s

1216000 Bytes/s

512000 Bytes/s

  • 传输速率的计算公式为：传输速率 (Bytes/s) = 传输的最大尺寸 * 每毫秒传输包数量 * 1000

  • 控制传输用于传输设备控制信息，包含多个阶段，有效传输速率需要按照协议栈的实现来计算。

USB-OTG 外设内置功能

使用 USB OTG Console 下载固件和打印 LOG

ESP32-S2/S3 等内置 USB-OTG 外设的芯片，ROM Code 中内置了 USB 通信设备类 (CDC) 的功能，该功能可用于替代 UART 接口，实现 Log、Console 和固件下载功能。

  1. 由于 USB OTG Console 默认为关闭状态，如需使用它下载固件，需要通过以下方法完成初次下载：

    1. 在 menuconfig 中先使能 USB OTG Console 功能，然后编译固件

    2. 手动芯片的 Boot 控制引脚拉低，然后将芯片通过 USB 线连接到 PC，进入下载模式。PC 会发现新的串口设备，Windows 为 COM*，Linux 为 /dev/ttyACM*, MacOS 为 /dev/cu*。

    3. 使用 esptool 工具（或直接使用 idf.py flash）配置设备对应的串口号下载固件。

  2. 初次下载完成以后，USB OTG Console 功能将自动使能，即可通过 USB 线连接到 PC，PC 会发现新的串口设备，Windows 为 COM*，Linux 为 /dev/ttyACM*, MacOS 为 /dev/cu*，LOG 数据将从该虚拟串口打印。

  3. 用户无需再手动拉低 Boot 控制引脚，使用 esptool 工具（或直接使用 idf.py flash）配置设备对应的串口号即可下载固件，下载期间，esptool 通过 USB 控制协议自动将设备 Reset 并切换到下载模式。

更多详细信息，请参考：USB OTG Console

使用 USB OTG DFU 下载固件

ESP32-S2/S3 等内置 USB-OTG 外设的芯片，ROM Code 中内置了 USB DFU（Device Firmware Upgrade）功能，可用于实现标准的 DFU 下载模式。

  1. 使用 DFU 下载固件，用户每次都需要手动进入下载模式，将芯片的 Boot 控制引脚拉低，然后通过 USB 线连接到 PC。

  2. 在工程目录下运行指令 idf.py dfu 生成 DFU 固件，然后使用 idf.py dfu-flash 下载固件。

  3. 如果存在多个 DFU 设备，用户可以使用 idf.py dfu-list 查看 DFU 设备列表，然后使用 idf.py dfu-flash --path <path> 指定下载端口。

更多详细信息，请参考：Device Firmware Upgrade via USB

使用 USB-OTG 外设进行 USB Host 开发

USB-OTG 外设支持 USB Host 功能，用户可以通过 USB 接口直接连接到外部 USB 设备。ESP-IDF 从 v4.4 版本开始，已经支持 USB Host Driver，用户可以参考 ESP-IDF USB Host，开发 USB Class Driver。

此外乐鑫也已经官方支持 USB Host HID，USB Host MSC，USB Host CDC，USB Host UVC 等设备类驱动，用户可以直接使用这些驱动进行应用开发。

USB Host 方案详情，请参考 USB Host Solution 。

使用 USB-OTG 外设进行 USB Device 开发

USB-OTG 外设支持 USB Device 功能，乐鑫已经官方适配了 TinyUSB 协议栈，用户可以直接使用基于 TinyUSB 开源协议栈开发的 USB 标准设备或自定义设备，例如 HID，MSC，CDC，ECM, UAC 等。

USB Device 方案详情，请参考 USB Device Solution 。

动态切换 USB-OTG 外设模式

USB-OTG 外设支持动态切换 USB-OTG 外设模式，用户可以通过动态的注册 USB Host Driver 或 USB Device Driver，实现 USB-OTG 外设的动态切换。

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