OTG -- ULPI接口芯片USB3318/USB3320讲解（二）

冰糖葫

已于 2025-07-21 14:44:02 修改

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分类专栏： OTG 文章标签：单片机嵌入式硬件

于 2024-02-01 16:55:59 首次发布

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本文介绍了STM32F407OTGHS如何通过ULPI接口配合USB3318高速PHY芯片实现USB高速通信，详细解释了USB3318的引脚定义、与ULPI接口的时序以及STM32F407OTGHS的驱动过程，重点在于寄存器配置和原理图设计。

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3.3 STM32F407 OTGHS如何驱动USB3318

3.4 USB3318原理图设计

4 总结

视频教程：5.2-OTG简介--ULPI接口芯片简介_哔哩哔哩_bilibili

前沿

前面对STM32F407 OTG模块进行了简单的讲解，如果使用OTG_FS模块，那么直接使用芯片引出的GPIO脚，就能够实现USB的通信，但是如果想要使用高速USB，那么芯片内部是不支持的，需要通过ULPI接口外挂一个高速的PHY芯片，才能实现USB高速通信。

1 初识USB PHY芯片

我们知道，MCU只能识别0和1的数字信号，但是USB信号是差分信号，如何把差分信号转换为数字信号送入到MCU中呢，这里就需要一个电平转换芯片--USB PHY芯片（当然USB PHY芯片不仅仅实现普通的电平转换，也实现一些特定信号的解码和译码），通过USB PHY芯片，把差分信号转换为MCU能够识别的数字信号，常见的USB PHY芯片有很多，如：

CYPRESS公司的CY7C68003芯片
MICROCHIP公司的USB334X芯片
NXP公司的ISP1506A和ISP1512A芯片
SMSC公司的USB3300和USB3318/USB3320芯片
国产芯片也有沁恒的CH132系列

目前市面上用得最多的是USB3300（VDDIO3.3V），如果使用FPGA，可能需要VDDIO支持不同的电压，那么就可以选择USB3320或者USB3318（VDDIO支持1.8V到3.3V）（目前USB3318退市了，替代产品为USB3320），这里我们以USB3318进行讲解（其它系列芯片类似）。

2 ULPI接口与USB PHY芯片

说到这里，当然有小伙伴会问，这么多款的芯片，是不是每款芯片我们都需要设计不同的驱动程序来运行，答案是否定的，因为这些芯片都遵循ULPI协议，可以理解ULPI协议是一个标准的协议，大家都遵循，那么实现驱动也就是一样的，就像外面很多的SPI FLASH芯片，都能兼容同一套程序一样。

STM32F407 OTGHS也遵循ULPI协议，所以我们只需要配置好寄存器，硬件就会自动的发送时序，来实现MCU对USB PHY芯片的控制，进而实现MCU内部的USB与外部USB进行通信。

3 USB3318简介

我们可以通过alldatasheet下载USB3318用户手册，建议下载Microphone的，讲解更加的全面。

打开手册，查看FEATURES，可知，它是支持高速USB和ULPI接口的OTG PHY。

3.1 USB3318引脚定义

首先查看方框图，可以大致了解USB3318整个系统的架构，我们这里只关注ULPI Interface和USBDP/DM接口部分（也就是图中画红框部分）。

ULPI Interface主要是使用ULPI的12条信号线与STM32F407 OTG HS模块进行通信，上一节对这个信号做了一个讲解，这里就不做讲解了

DP、DM是USB的差分信号线，主要接收USB的数据，ID线则是识别此设备是主机还是从机，VBUS则是供电引脚，它支持内部供电和外部供电两种选择。

其它的引脚主要是时钟和电源引脚，按照说明接线即可。

3.2 USB3318与ULPI接口时序

ULPI接口时序如下图所示，ULPI是同步时序，所以需要clock时钟，在发送方向上，dir为低表示数据为发送，数据在每个clock的上升沿发送，nxt为高表示数据已经被接收，stop为高表示停止数据的发送。接收方向相同。

3.3 STM32F407 OTGHS如何驱动USB3318

STM32F407 OTGHS通过ULPI接口实现对USB3318芯片的驱动及控制，它通过读写USB3318的寄存器实现此操作，这里以写寄存器进行简单的讲解。如下图所示：

可以看出，写寄存器分为2步，首先是TXD CMD，最后是Reg Data，TXD CMD如下图所示，这里为立即写，所以低6位需要查找寄存器地址。

比如我们想要对Function Control寄存器进行写操作，我们这里只能对0x04进行写操作，所以这里的地址需要填写10b(bit7:6)+0x04=0x84，然后填入需要写入该寄存器的值，比如我们这里想复位PHY，我们这里的Reg Data就需要填写0x61。

3.4 USB3318原理图设计

一般来说，每种芯片都会有推荐的电路设计，我们只需要按照官方推荐的设计，就能设计出一款能够使用的图纸，以下是USB Device模式下的电路设计图。

4 总结

理解导致这里，基本上对USB3318和ULPI接口有了一个初步的了解，具体ULPI协议是我们不需要关注的，这个是芯片设计人员关注的问题，我们只需要配置好寄存器，然后硬件自动的初始化好USB PHY芯片，我们操作寄存器，OTGHS模块就通过ULPI接口对USB PHY芯片进行数据的读取和状态的设置，最后我们只需要通过寄存器和RAM来查看USB的状态和USB的数据。

更多USB3318的细节请参考USB3318数据手册，比如下图所示的OTG Vbus 框图，可以看出，VBUS引脚其实是可以不用接电源的，如果VDD33接了电源，并且ChrgVbus开关闭合，USB PHY芯片就有VBUS电源。