STM32MP1 - USBH
USB ホストコントローラハイスピードインタフェース
1.0 版

こんにちは、STM32MP1USB フルスピードおよびハイスピードイ
ンタフェースのプレゼンテーションへようこそ。このプレゼンテー
ションでは、PC または USBデバイスのマイクロコントローラへの接続に広く使用されているインタフェースのすべての機能を説明します。

1

概要
2 ポート、ハイスピード USB ホスト2

• USB 2.0 ハイスピードインタフェースを提供• 2 つのホストポートを利用可能

USBH_HS_DP1

VBUS

EMC 保護DP
DM

USBH_HS_DM1

ID

OTG_HS_ID1

VBUS
USBH_HS_DP2
USBH_HS_DM2
OTG_HS_ID2

EMC 保護DPDM
ID

USB Type-A
リセプタクル

STM32MP1

USB Type-A
リセプタクル

電圧ジェネ
レータ／
レギュレータアプリケーション側の利点• ハイスピード内蔵 PHY• 低電圧実装

この図は、STM32MP1マイクロコントローラと 2 つの USB コネ
クタ間の接続を示しています。STM32MP1 は、 2 ポートの USBハイスピード通信インタフェースを備えています。これにより、マイクロコントローラは、たとえば 2 つの USB ストレージデバイスと通信できます。

2主な機能3• USB 2.0 ハイスピード（480Mbits/s）ホストコントローラ• 標準の EHCI および OHCI コントローラ• 内蔵のハイスピード PHY• 必要に応じて「OTG」が 2 番目の HS ポートを制御できることに注意。

• リンク電源管理（LPM）をサポート

この USB ハイスピードインタフェースの主な機能をいくつか見てみましょう。これは 480Mbit/秒のビットレートで動作する USBspecification 2.0 に準拠したインタフェースです。
USB 2.0 ハイスピード PHY がオンチップで統合されているため、外部 ULPI トランシーバの必要はありません。
リンク電源管理の組込みサポートにより、USB 2.0 specificationに加えて拡張電力モードが追加されています。
バッテリーチャージャ検出機能により、BC1.2 準拠のチャージャ
から最大 1.5 A の電流を引き出すことができます。

3ブロック図（USBH、OTG、USBPHYC）
EXTI

4

AHB マスタインタフェース

CPU-A7

NVIC

メモリAH
B

USBDP1（USBH_HS_DP1）

USBH
ホストコントローラ

AHB スレーブ
インタフェース

ペリフェラル
1

FS PHY（内部）
USB OTG コア

ポート #1

USBDM1（USBH_HS_DM1）

HS PHY（内部）

AHB マスタインタフェース

USBPHYC

CPU-M4

AHB スレーブ
インタフェース

ポート#2

USBDP2(USBH_HS_DP2 / OTG_HS_DP)
USBDM2(USBH_HS_DM2 / OTG_HS_DM)

OTG_FS_DP
OTG_FS_DM

OTG のみHOST には使用不可

OTG_FS_VBUS / OTG_HS_VBUS
OTG_FS_ID / OTG_HS_ID
OTG_HS_SOF

データ FIFO
シングルポート RAM

このブロック図では、USB OTG ホストコントローラのコアが上部に表示されています。HS（ハイスピード）PHY の両方のポートで使用できます。必要に応じて、 2 番目のポートは、FS （フルスピード） PHY への一意のアクセスも持つ OTG コントローラーによって制御できます。右側に示したこれらの PHY は、On-TheGo およびバッテリチャージャ検出機能に関連する多くの特定のレベル検出を含むアナログ信号レベルを処理します。USB 割込
みは Cortex® プロセッサに送られ、さまざまな USB イベントを通知します。AHB スレーブインタフェースで、コントローラーレジ
スタと 電源およびクロック制御ブロックの読出し／書込みアクセスが可能になります。メモリへのおよびメモリからの転送は、AHB マスタインタフェースを介してコントローラ内部の DMA エンジンにより処理されます。

4

動作モード5• USBH は 2 つの標準 USB ホストコントローラを実装しています。
• OHCI（USB フルスピード）、および• EHCI（USB ハイスピード）• 接続されたデバイスに応じて、適切なコントローラが使用されます。

いつでも、次の 2 つの動作モードのいずれかの状態にあります。
• ペリフェラルモード：通常のデバイスに使用されます。またはペリフェラルモードで動作している OTG デバイスに使用されます。
• ターゲットホストモード：埋め込みホストに使用されます。またはホストモードで動作している OTG デバイスに使用されます。

5

割込み
割込みイベント

説明OHCI：一般的な割込み結合された OHCI 割込み

EHCI：Async Advance への割込み

標準 EHCI 割込み

EHCI：ホストシステムエラー

標準 EHCI 割込み

EHCI：フレームリストロールオーバー

標準 EHCI 割込み

EHCI：ポート変更検出

標準 EHCI 割込み

EHCI：USB エラー割込み（USBERRINT）

標準 EHCI 割込み

EHCI：USB 割込み（USBINT）

標準 EHCI 割込み

この USB ブロックからの割込みは、多数のイベントまたは状態変化によってトリガされます。
このスライドでは、割込みをトリガできるすべてのイベントを示しています。 見ての通り、さまざまなイベントがこれらの割込みのソースになっています。

6低電力モード（コアレベル）

モード

説明

サスペンド：HCLK をゲートOTG ハイスピードコア内部のシステムクロックドメインのほとんどは、クロックゲーティングによってオフになっています。

サスペンド：USB システムの停止

アプリケーションは、システム内のすべてのクロックソースを完全にシャットダウンして、全体の電力消費を大幅に削減する決定をすることがあります。

ハイスピードコアの低電力モードはフルスピードに似ていますが、この場合、PHY （またはトランシーバ）が外部コンポーネントであるため、PHY に関するモードはリストされていません。

7低電力モード（回路対象）
MCU のモード

説明

使用可能な USBRUNMCU が完全にアクティブ

USB がサスペンドモードに入るまで必要です。

SLEEP

ペリフェラル割込みによって、デバイスは SLEEPモードを終了します。ペリフェラルレジスタの内容は保たれます。

USB がサスペンド状態のときに使用可能です。

STOP/
LV STOP

ペリフェラル割込みによって、デバイスは STOPモードを終了します。ペリフェラルレジスタの内容は保たれます。

USB がサスペンド状態のときに使用可能で、最適化された電力削減効果があります。

LP LV
STOP

低電圧 STOP モード

USB のアプリケーションとは両立しません（サスペンドからウェイクアップさせない選択も可）。

STANDBY

パワーダウン状態です。ペリフェラルは、STANBY モード終了後に再初期化する必要があります。

USB のアプリケーションとは両立しません。

USBH コントローラは、RUN モードで完全にアクティブです。
USB サスペンド中は、SLEEP、STOP、LP STOP モードを使用できます。

8

USBPHYC の使用

9• STM32MP1 マイクロコントローラに内蔵されている 2 ポートハイスピード（HS）
UTMI PHY を使用するには、USBPHYC が必要です。
• USBPHYC の機能• HS PHY に関連付けられた PLL を制御します。
• 共有の PHY 2 番ポートの UTMI スイッチを制御し、USBH がそのポートを使用できるようにします。
• 最適なパフォーマンスに必要な HS PHY トランスミッタとレシーバの微調整を可能にします。

USBPHYC は、ハイスピード PHY を使用する場合に常に必要となる小さなコントローラです。 ハイスピード PHY 内の PLL を制御し、これで USB H コントローラーが 2 番目のポートにアクセスできるようになります。 ハイスピード PHY の微調整もUSBPHYC を使用して行うべきで、極めて適切に調整されたアイダイアグラムを取得する際に欠かせません。

9アプリケーション：シングルポートハイスピード
ホスト
パワー

VBUS に電源を供給

クリスタル（たとえば 24MHz）

10• 回路図は、シングルポートハイスピードホストの設計例を示しています。
• 単一の 24Mhz クリスタルオシレータが使用可能です。

電流リミッター
電源スイッチSTM32MP1

USBH_HS_DP1
USBH_HS_DP2
USBH_HS_ID2

DP

EMC 保護DMID

USB Type-A
リセプタクル

VBUS

低電力デバイスの使用例です。
電力は USB VBUS 信号から直接供給されます。
外部に単一のクリスタルオシレータ（最低 4MHz）が必要です。

10参照

11

• 詳細については、次のソースページを参照してください。
• www.usb.org：関連資料ライブラリページ• “USB2 specification” => 以下を含む ZIP ファイル• USB2.0 specification• On-The-Go and Embedded Host Supplement to the USB Revision 2.0 Specification (USB2),
latest version 1.1a
• USB 2.0 ECN： Link Power Management Addendum• OHCI specification• EHCI specification• ST Microelectronics MPU に関する Wiki のページ

完全な USB 仕様の関連資料については、USB.org を参照してください。
USB2.0 関連資料のホームページには、USB2.0 およびOTG2.0 仕様と LPM の ECN を含む ZIP ファイルがあります。
USB デバイスクラスの関連資料ページには、バッテリチャージャの仕様があります。

11