UTMI （USB2.0 Transceiver Macrocell Interface）：USB2.0 通用傳輸接口。最初設計是為了減少開發廠商的工作量，旨在提供一種通用標準，來完成USB 2.0 的 底層協議數據處理。UTMI 的出現是為了加速USB2.0 外設的開發。
UTMI 最主要的作用主要是負責USB 協議中最底層的物理電信號的轉換。其本質是一個接口規范，與usb phy 相連。
下圖總結了在這個規范中表達的一些概念：
UTM 處理低級別的USB協議和信號。這包括諸如；數據序列化和反序列化、位填充和時鐘恢復和同步等特性。
UTM的主要焦點是將數據的時鐘域從USB 2.0速率轉移到與ASIC中的一般邏輯兼容的速率。
UTM 的關鍵特點：
UTMI被設計用于支持HS/FS、僅FS和僅LS的UTM實現。這三個選項允許一個單一的SIE實現被使用與任何速度的USB收發器。供應商可以選擇最滿足其需求的收發器性能。
SIE ?可以進一步細分為兩種類型的子塊：SIE 控制邏輯 和 端點邏輯。
SIE 控制邏輯包含 USB PID 和 地址識別邏輯，以及其他處理USB數據包和事務的排序和狀態機邏輯。
端點邏輯：包含特定于端點的邏輯：端點編號識別、FIFO和FIFO控制等。
一般來說，任何USB實現都需要SIE控制邏輯，而端點的數量和類型將隨著應用程序和性能要求的不同而變化。
這是將USB接口與設備的特定應用程序連接起來的邏輯。
UTM block 如上圖。
Device-> HOST：并行 TxData -> bit Stufffer -> NRZI Encoder -> xmit -> D+/D- -> HOST HOST -> Device：Host -> D+/D- -> NRZI Decoder -> Bit Unstuffer -> 并行Rx Data -> Device
UTMI 第一個版本，是2001 年 發布的(UTMI spec V1.05)。后續隨著UTM 發展，引出了UMTI+ 版本。具體的版本如下：
| 版本 | 功能 | 備注 |
|---|---|---|
| UTMI+ level0 | 僅僅支持 USB2.0 設備 | 也是UTMI 第一個版本， V1.05 版本 |
| UTMI+ leve1 | 支持USB2.0 設備、host 和 OTG 功能(HS/FS)。 | 不支持 LS， 2.0 用得最廣的接口 |
| UTMI+ level2 | 支持USB2.0 設備、host 和 OTG 功能 (HS/FS/LS with no hub support) | 支持LS 模式 |
| UTMI+ level3 | 支持 USB2.0 設備、host 和 OTG 功能（HS/FS/LS with hub support） |
UTMI+ 不同版本接口協議規范是向下兼容的。對于學習USB2.0 我們可以研究UTMI+ level0 或者level1 就夠了，高版本的協議無非是在舊有的協議基礎上新增了一些信號處理。
UMTI+ 不同版本之間信號還是很多的。我們以usb2.0 device 為主先介紹level0/level1。
UTMI+ level0 規范，來源于UTMI 1.05 接口規范。下圖給出了具有16位接口的UTMT+ level0 收發器所需要的所有接口信號：
對于具有8位接口的UTMI+0級收發器，TXValidH、RXValidH、DataBus16_8、DataIn（15：8）和DataOut（15：8）信號，則是不需要的。
對于 USB 2.0 phy 調試我們需要關注的幾個信號（注意phy 的調試可能只在芯片fpga 階段，或者外掛usb phy 才存在。一旦芯片集成完了，無法修改，后續的調試就大概率涉及不到phy 的調試）：
一旦速度枚舉成功，說明整個輸入輸出信號無誤，剩下的就到軟件層面了。
UTMI+ level1 規范相對于 level0 多了對OTG 設備的支持。新增了一些OTG /HOST 相關的接口。
信號接口如下：
對于USB2.0， 我們大多數情況下，用得最多的就是level1。同時支持：
對于單純的只需要device 的設備我們在芯片設計階段可以考慮，選擇level0 的接口phy。
當然無論level 幾，都可以向前兼容的。關鍵是usb 控制器的輸入信號給的是什么標準。
usb 2.0 設備 默認信號：
與UTMI+1相比，增加1bit的XcvrSelect信號來控制LS選擇。另外需要注意linestate等信號在LS時也要表示不一樣狀態。
新增接口：
LineStare 狀態：
在全速和低速模式下，lineState(0)總是反應DP，而lineState(1)總是反應DM。
下行端口lineState：設備端
上行端口lineState：host 端
修復一個前文錯誤：
下行端口(downstream)：設備到主機行為。
上行端口(upstream)：主機到設備行為
與UTMI+2相比，沒有增加新的信號。只增加XcvrSelect=2'b11時的功能，該功能定義在UTMI+2中該位是保留的。
這是對level2的進一步增強。在這個級別中，處理必須通過FS集線器從主機發送到LS設備的LS流量是可行的。
在level2中，如果使用并行接口，USB On-the-Go DRD的主機控制器部分只能與直接連接到主機的LS設備進行通信。
如果XcrvSelect是11b，則收發器將在發送LS分組之前在FS處發送 preamble packet。在接收模式下，它將等待在LS收發器啟用的情況下接收LS數據包。收發器必須使用FS令牌（快速上升和下降時間以及相反的極性）發送所有數據（FS preamble packet和LS數據）。注意，此時的令牌為特殊令牌PRE(有關PRE，本文不做介紹)。
一句話總結：level2 只能直接和LS 設備通信， level3 可以通過hub 外接LS 設備。
對于高速設備連接到整個usb host 整個時序如圖所示：
通常我們關注最多的就是 USB 設備端的這段信號（DP/DM）。對于XcverSelect optmode linestate 等信號，一般對軟件層面是隱藏的。一旦這些信號有問題。說明IC 設計有問題，比如信號連接不對，比如控制器輸出的信號有問題 。
本文主要介紹了UTMI 及 UTMI+ 接口規范。詳細對比了level0/level1/levle2/level3 。對于初學者而言，可以先以level0 為基準學習，后續再逐步深入到其他規范。
本文檔適用于哪些人員：IC 設計人員、FPGA 驗證人員、USB 底層深入學習人員。
參考文獻：《usb2-transceiver-macrocell-interface-specification.pdf》、《TMI-PLUS-SPECIFICATION.pdf》
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