OTG协议基础：主机与设备角色切换原理
传统USB的世界里，角色是固定的。电脑永远是主机，U盘、鼠标永远是设备。但OTG打破了这种硬绑定。你想想看，两台手机能不能直接传文件？打印机能不能没电脑就自己打照片？OTG说：可以。核心就是让设备能动态切换主从角色。嗯，这里有个关键——靠物理层加协议层配合完成。
从ID引脚到会话
OTG里，每个设备都有一个ID引脚。这个引脚接地还是悬空，直接决定了初始角色。
- ID接地：该设备初始作为A设备（主机角色），负责提供VBus电源。
- ID悬空：该设备初始作为B设备（外设角色），等待主机供电。
我在项目中遇到过一根OTG线内部ID引脚虚焊，结果设备插上后一直认成B设备，主机端死活枚举不到。查了三天，最后用万用表量ID对地电阻才找到问题。说白了，物理层不牢，协议层再对也没用。
另外还有一个概念叫“会话”（Session）。会话是指A设备提供VBus电源、B设备可以正常通信的那段时间。会话的开启、维持和结束，由SRP和HNP共同管理。
HNP：角色切换的握手协议
HNP的全称是Host Negotiation Protocol。它让B设备能申请成为主机，A设备可以主动让出主机角色。整个过程分三步：
- 初始分配：上电后，根据ID引脚确定A、B角色。A设备拉起VBus，开始会话。
- 请求切换：B设备觉得自己更适合当主机（比如它想读A设备里的数据），就在总线空闲时拉低D+线超过2ms，向A设备发出切换请求。
- 角色互换：A设备检测到B设备的HNP请求后，释放总线控制权（停止驱动VBus并断开DP/DM的上拉电阻），B设备随后拉高D+并开始驱动VBus——身份互换完成。
注意一点：HNP不是所有OTG设备都实现的可选功能。很多简单的OTG设备（比如读卡器）只做B设备，根本不支持HNP。你如果想让手机当主机去控制另一个设备，那个设备必须支持HNP才行。
SRP：唤醒沉睡主机的秘密
SRP（Session Request Protocol）解决的是另一类场景：如果A设备认为会话超时、为了省电关掉了VBus，B设备该怎么把它叫醒？
SRP分两个阶段：
- 数据线脉冲：B设备先在D+（或D-）上输出一个脉冲（~20ms），告诉A设备“我想开始通信”。
- VBus脉冲：如果A设备在线，它会回应一个VBus脉冲（维持电流>8mA），表示“我准备好给你供电了”。
我记得有一次客户反馈，手机接上U盘后插拔一次就再也识别不到了。追下去发现是U盘（B设备）发完SRP数据脉冲后，手机（A设备）没检测到VBus脉冲——因为手机端USB PHY在低功耗模式下把VBus检测功能关了。嗯，这里要注意，SRP的接收端必须始终保持VBus检测能力。
HNP与SRP对比一览
| 特性 | HNP | SRP |
|---|---|---|
| 目的 | 交换主机/外设角色 | 请求A设备重新供电 |
| 触发者 | B设备（请求成为主机） | B设备（请求恢复VBus） |
| 前提 | 会话已建立 | 会话已结束或未开始 |
| 物理信号 | D+线拉低≥2ms | D+脉冲 + VBus脉冲 |
| 典型应用 | 手机互传文件 | U盘插入无供电手机 |
完整的OTG角色切换流程
实际产品中，HNP和SRP常常交替使用。比如：B设备首次插入时可能依靠SRP唤醒A设备，建立会话后再用HNP反转角色。我画了一张流程图帮你理清关系。
角色切换的硬件保障
协议靠软件，但硬件是地基。我建议你在原理图阶段就确认以下三点：
- ID引脚必须能干净地连到地或悬空，不能有上拉/下拉干扰。
- VBus的开关（通常是一个P-MOSFET）必须能承受至少1A电流，且开通时间要小于SRP的超时窗口。
- D+/D-线上的上拉电阻（1.5kΩ）和下拉电阻（15kΩ）必须严格按照OTG规范安装，不要在BOM里随便替换成其他阻值。
调试心得
我记得刚做OTG产品那会儿，经常遇到设备插上后主机角色切换不成功。拿示波器抓ID引脚电平，发现A设备的ID在0V和3.3V之间波动——原来是机械接触不良。后来在ID引脚上并联一个100nF电容，波形才稳定下来。这种小坑，不是靠看协议就能知道的。
另外，你如果看到B设备反复发送SRP请求但A设备没反应，先别急着怀疑程序。把VBus波形抓出来，看看A设备在B设备发出数据线脉冲后，有没有在1秒内拉到有效电压。很多低功耗芯片在唤醒后需要几十ms才能准备好GPIO，这个时间差经常被忽略。