2. OTG 角色切换机制：HNP 协议、SRP 协议、角色切换时序
做 USB OTG 调试，最头疼的就是角色切着切着就断了。我记得刚接触 OTG 那年，遇到一个平板连键盘投屏的案子，设备死活不切换 Host 模式，最后查出来是 HNP 协商超时。说白了，角色切换不是一个简单的电平跳变，它是有一套完整握手协议的。
2.1 SRP 协议：谁先发起对话？
SRP（Session Request Protocol）是设备想主动干活的敲门砖。你想想看，一条 USB 线平时是静默的，VBUS 甚至可能都没电。这时候某个设备想发起会话，就得通过 SRP 让总线活起来。
SRP 分为两步：
- 数据线脉冲（Data Line Pulsing）：发起方在 D+ 或 D- 上拉一个 5~10ms 的脉冲。B 设备想当 Host 时，拉 D+；A 设备想结束会话时，拉 D-。
- VBUS 脉冲（VBus Pulsing）：如果数据线脉冲没反应，发起方再拉一下 VBUS（大概 2.1V 以上、20ms 左右），告诉对面“我要用电了”。
我遇到过的一个坑：某款 Type-C 转 micro-B 线缆，VBUS 上的下拉电阻选型不对，导致 VBUS 脉冲幅度一直被拉低到 1.8V，另一端死活检测不到。嗯，这里要注意：SRP 的 VBUS 脉冲阈值是 2.0V，小于这个值就不会触发。
SRP 关键参数速查表（这些是我在实际抓波形时记下来的）
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 数据线脉冲宽度 | 5 ms | 10 ms | 20 ms | 超过 20ms 视为超时 |
| VBUS 脉冲电压 | 2.0 V | 2.1 V | 3.6 V | 高于 3.6V 可能误触发过压保护 |
| VBUS 脉冲持续时间 | 10 ms | 20 ms | 40 ms | 太短容易漏检 |
| SRP 后的等待时间 | 100 ms | — | 1 s | 超时后发起方应重试或放弃 |
2.2 HNP 协议：角色互换的握手流程
HNP（Host Negotiation Protocol）才是真正的“换座位”。只有支持 OTG 的设备才能玩这个。你能想象吗？一根线插上，两个设备商量谁来当 Host。有一次我在调试一块开发板，连接 U 盘后想切到 Device 模式，结果 HNP 一直失败，抓着逻辑分析仪一看——对方根本没发 HNP 请求。
HNP 的标准流程：
- 初始状态：A 设备（默认 Host）提供 VBUS，B 设备（默认 Peripheral）挂起。
- B 设备申请切换：B 设备把 D+ 拉低（至少 2ms），然后释放。这表示“我想当 Host”。
- A 设备响应：A 设备检测到 D+ 上的脉冲后，停止驱动 D+/D-，并释放总线。A 设备进入 Peripheral 模式。
- B 设备接管：B 设备在检测到总线空闲超过 3ms 后，驱动 D+ 上拉，成为新 Host。
- 总线重新枚举：新 Host 开始复位和枚举，原来的 A 设备作为 Peripheral 响应。
注意，HNP 要求双方都必须支持 OTG（即有 ID 引脚或 Type-C CC 逻辑）。我个人习惯在协议分析仪上同时抓 D+/D- 和 VBUS，这样才能看到完整的脉冲时序。
曾经让我通宵的一个 Bug：某颗 MCU 的 OTG 控制器在 HNP 握手期间，被 USB 中断强行打断了 D+ 脉冲的检测窗口。结果导致 A 设备认为 B 设备没发请求，双方僵持在那里。解法是把 USB 中断优先级降低，或者用 DMA 处理数据，让脉冲检测不受影响。
2.3 角色切换时序：谁先动、谁后动？
时序是 OTG 切换的命门。SRP 和 HNP 都依赖严格的时间窗。我见过产品送检时因为时序差几毫秒被 USB-IF 打回的案例。下面这张图基本覆盖了完整的“A 设备 vs B 设备”切换过程。
2.4 切换失败时的常见根因分析
我整理了一个对照表，大家调试时可以直接对号入座：
| 现象 | 可能原因 | 我的排查建议 |
|---|---|---|
| 永远切不过去 | ID 引脚或 CC 逻辑未正确实现 | 检查 OTG ID 引脚是否悬空，Type-C 的 CC1/CC2 是否正确上拉/下拉 |
| 切过去后无法枚举 | HNP 时序中总线空闲时间不足 3ms | 用示波器测量 D+ 释放到对方上拉的时间差 |
| 偶尔切成功，大部分失败 | SRP 脉冲宽度不够稳定 | 看固件里定时器是否被中断抢占，我建议在 HNP 请求期间关中断 |
| 切完角色很快又自动切回来 | 对方设备在枚举期间又发了一次 HNP 请求 | 检查新 Host 是否在枚举完成前误判了总线状态 |
我的一个小窍门：调试 HNP 时别光看逻辑分析仪的 D+/D- 电平，把 VBUS 也拉上。有一次我发现 VBUS 在切换瞬间跌落到了 4.2V 以下，导致新 Host 启动时电压不足，枚举失败。加一个足够大的 VBUS 电容就能解决。
2.5 关于 SRP 和 HNP 的一点补充
你可能会问：为什么需要两个协议？我简单解释一下：SRP 是“我要用电，开启会话”，HNP 是“我要当管理，交换角色”。在 USB-IF 的规范里，SRP 可以独立于 HNP 使用——比如一个鼠标想从挂起状态唤醒总线，只需要 SRP 就够了，不需要切换角色。但如果你要做的是手机通过 OTG 线连 U 盘又想反过来插电脑，那你就得先后经过 SRP + HNP 完整走一遍。
嗯，还有一点容易忽略：有些设备只实现了 SRP 却没有实现 HNP，所以它只能唤醒总线，不能切换主机。这在调试时容易误判——你看到它发出脉冲了，以为它在做 HNP，结果它只是 SRP。我曾经在客户现场被这个问题坑过两个多小时。