Ameba USB 解决方案

瑞昱 USB 应用
Ameba USB 解决方案

集成内置 PHY 的 USB 2.0，支持多样 Host、Device 与 OTG 应用

概览
FreeRTOS 协议栈
Linux 协议栈
Zephyr 协议栈
典型应用
开发资源
推荐 IC 型号

概览

Ameba 系列 SoC 集成了 USB 2.0 控制器并内置了 PHY 模块，提供了丰富的 USB 主机、设备和双角色解决方案，支持通信、多媒体、存储、人机交互等多种应用场景，其性能、兼容性和可靠性已经众多客户大量实际产品充分验证。

Ameba USB 2.0 解决方案

下表列出常见 USB 功能类及其在各 Ameba SDK 上的支持情况。各功能类在主机端、设备端的具体实现与 SoC 支持范围，请参见对应的 SDK 协议栈章节。

功能类 简介 控制传输 批量传输 中断传输 等时传输 FreeRTOS Linux Zephyr
CDC ACM CDC 抽象控制模型子类，通常呈现为虚拟串口，可用于透传通信 IN/OUT IN/OUT IN（可选） — Y Y Y
CDC ECM CDC 以太网控制模型子类，使 USB 设备呈现为标准以太网接口，每次传输承载单个以太网帧 IN/OUT IN/OUT IN（可选） — Y Y N
CDC NCM CDC 网络控制模型子类，功能与 ECM 等价，支持将多个以太网帧聚合传输，吞吐更高 IN/OUT IN/OUT IN（可选） — Y Y N
HID 人机接口设备类，通过报表描述符定义数据格式，并通过输入、输出及特性报表交换数据。 IN/OUT — IN、OUT（可选） — Y Y Y
MSC 大容量存储类，通过 SCSI 命令集访问存储介质 IN/OUT IN/OUT — — Y Y Y
UAC 音频设备类，实现音频传输与控制，支持 UAC 1.0（最高 96kHz/24bit）与 UAC 2.0（最高 384kHz/32bit） IN/OUT — — IN/OUT（可选） Y Y Y
UVC 视频设备类，实现视频流传输与控制，支持 MJPEG、H.264、H.265 等压缩格式及 YUV 等非压缩格式 IN/OUT — IN（可选） IN Y Y Y
DFU 设备固件升级类，通过 USB 实现标准化的固件更新 IN/OUT — — — Y Y Y
Vendor 厂商自定义类（Class Code 0xFF），可自定义传输协议、端点配置与数据格式 IN/OUT 用户自定义 用户自定义 用户自定义 Y Y Y
Composite 通过单一 USB 接口同时承载多个功能类，如 4G 网卡通过 CDC ACM 配网，通过 CDC ECM 传输以太网帧 IN/OUT 取决于成员类 取决于成员类 取决于成员类 Y Y Y

FreeRTOS USB 协议栈

Realtek 自主研发，覆盖 Ameba 系列全部支持 USB 的 SoC， 内置丰富的 USB-IF 标准类协议，轻量级设计， 已在众多客户的量产产品中经过长期验证。

Ameba FreeRTOS USB 协议栈
功能丰富
  • SoC 覆盖范围最广，Ameba 系列所有支持 USB 的 SoC 均可使用
  • 常用标准类齐备：CDC ACM/ECM/NCM、DFU、HID、MSC、UAC、UVC 等
轻量级设计
  • 核心驱动面向嵌入式场景优化，资源占用小：主机端约 20KB Flash / 3KB RAM，设备端约 10KB Flash / 1KB RAM
  • 异步回调式 API，接口精简易上手，CPU 调度开销低，系统实时性好
高可靠性
  • 支持总线错误检测与重传，保证数据完整性
  • 支持热插拔，核心驱动层内置防抖设计
  • 已在众多客户量产产品中长期验证

FreeRTOS USB 协议栈对 USB 类驱动及 SoC 的支持情况如下（Y：支持；N：暂未实现；N/A：硬件不支持）：

功能 RTL8721Dx RTL8730E RTL872xD RTL8721F RTL8735B
CDC ACM 主机 N/A Y Y Y Y
CDC ACM 设备 Y Y Y Y Y
CDC ECM 主机 N/A Y Y Y Y
CDC ECM 设备 Y Y N Y N
CDC NCM 主机 N/A Y N Y N
CDC NCM 设备 Y Y N Y N
DFU 主机 N/A Y N Y N
DFU 设备 Y Y N Y N
HID 主机 N/A Y N Y N
HID 设备 Y Y Y Y Y
MSC 主机 N/A Y Y Y Y
MSC 设备 Y Y Y Y Y
UAC 主机 N/A Y N Y N
UAC 设备 Y Y N Y N
UVC 主机 N/A Y Y Y N
UVC 设备 N/A N/A N/A N/A Y
Vendor 主机 N/A Y N Y Y
Vendor 设备 Y Y N Y Y
Composite 主机 N/A Y N Y N
Composite 设备 Y Y Y Y Y

Linux USB 协议栈

支持 Linux 内核原生 USB 子系统，完整兼容标准 USB 生态， 内核已集成的主机端与设备端类驱动开箱可用， 并针对 Ameba 硬件特性做了驱动层优化， 最大化降低用户的软件开发与维护成本。

Ameba Linux USB 协议栈
生态兼容
  • 沿用内核原生 USB 子系统，主机端、设备端框架与用户态访问接口完整可用
  • 随内核版本同步演进，直接获得社区的功能增强、安全修复与性能优化
功能全面
  • 内核已集成的标准类驱动开箱可用：CDC ACM/ECM/NCM、HID、MSC、UAC、UVC 等
  • 主机端可经 libusb 直接访问，设备端可用 ConfigFS/FunctionFS 自定义功能
驱动优化
  • 提供底层 USB PHY 驱动，校准参数可通过 DTS 灵活配置
  • 结合 Ameba USB 硬件特性优化原生控制器驱动，进一步提升可靠性

Linux USB 协议栈对 USB 类驱动及 SoC 的支持情况如下（Y：支持；N：暂未实现；N/A：硬件不支持）：

功能 RTL8730E
CDC ACM 主机 Y
CDC ACM 设备 Y
CDC ECM 主机 Y
CDC ECM 设备 Y
CDC NCM 主机 Y
CDC NCM 设备 Y
DFU 主机 Y
DFU 设备 N
HID 主机 Y
HID 设备 Y
MSC 主机 Y
MSC 设备 Y
UAC 主机 Y
UAC 设备 Y
UVC 主机 Y
UVC 设备 Y
Vendor 主机 Y
Vendor 设备 Y
Composite 主机 Y
Composite 设备 Y

Zephyr USB 协议栈

Realtek 自主研发，与 FreeRTOS 协议栈共用同一份量产验证的核心驱动和类驱动， 补齐了原生 Zephyr 缺失的 USB 主机端能力， 同时保留 Zephyr 按需裁剪的灵活性。

Ameba Zephyr USB 协议栈
高度灵活
  • 与 Zephyr 编译系统深度集成，功能模块按需裁剪，固件占用可控
  • USB 描述符全定制：VID/PID、设备字符串、端点配置等均可调整
成熟稳定
  • 与 FreeRTOS 协议栈共用同一份经过量产验证的核心驱动代码，工程成熟度显著高于 Zephyr 社区原生版本
  • 作为 Zephyr 会员，Realtek 持续向社区回馈改进
功能丰富
  • 补齐原生 Zephyr 缺失的完整 USB 主机端协议栈
  • 常用标准类齐备：CDC、DFU、HID、MSC、UAC、UVC 等，与 FreeRTOS 协议栈持续对齐

Zephyr USB 协议栈对 USB 类驱动及 SoC 的支持情况如下（Y：支持；N：暂未实现；N/A：硬件不支持）：

功能 RTL8721Dx RTL8730E RTL8721F
CDC ACM 主机 N/A Y Y
CDC ACM 设备 Y Y Y
CDC ECM 主机 N/A N N
CDC ECM 设备 N N N
CDC NCM 主机 N/A N N
CDC NCM 设备 N N N
DFU 主机 N/A Y Y
DFU 设备 Y Y Y
HID 主机 N/A N N
HID 设备 Y Y Y
MSC 主机 N/A N N
MSC 设备 Y Y Y
UAC 主机 N/A Y Y
UAC 设备 N N N
UVC 主机 N/A Y Y
UVC 设备 N N N
Vendor 主机 N/A Y Y
Vendor 设备 Y Y Y
Composite 主机 N/A Y Y
Composite 设备 Y Y Y

典型应用

  • USB 音视频传输: 智能猫眼、智能门铃、智能门锁、智能监控、图像采集、智能音箱等应用场景
  • USB 4G/以太网通信：物联网网关、移动热点、以太网网卡、智能监控等应用场景
  • USB 外部存储：智能音箱、数据采集、OTA 升级、远程文件管理、智能影音等应用场景
  • USB 透传通信：串口通信、用户自定义通信协议等应用场景

USB 音视频传输

智能猫眼、智能门铃、智能门锁、智能监控、图像采集、智能音箱等应用场景

USB 4G/以太网通信

物联网网关、移动热点、以太网网卡、智能监控等应用场景

USB 外部存储

智能音箱、数据采集、OTA 升级、远程文件管理、智能影音等应用场景

USB 透传通信

串口通信、用户自定义通信协议等应用场景

  • USB 音频设备: 耳机、麦克风、扬声器、智能音箱、智能广播等有线及无线音频应用场景
  • USB HID 设备：智能遥控器、智能键鼠、游戏手柄、远程控制等人机交互应用场景
  • USB 存储设备：点读笔、录音笔、音频播放器、无线存储等应用场景
  • USB 透传通信：串口通信、用户自定义通信协议等应用场景
  • USB 无线网卡：USB 无线网卡

USB 音频设备

耳机、麦克风、扬声器、智能音箱、智能广播等有线及无线音频应用场景

USB HID 设备

智能遥控器、智能键鼠、游戏手柄、远程控制等人机交互应用场景

USB 存储设备

点读笔、录音笔、音频播放器、无线存储等应用场景

USB 透传通信

串口通信、用户自定义通信协议等应用场景

USB 无线网卡

USB 无线网卡，为主机端提供网络接入能力

  • 车载 CarPlay 互联终端: 上电时处于设备模式，完成必要的认证流程，认证通过后切换为主机模式，主动与车机设备建立 NCM 和 iAP2 通信以实现 CarPlay 功能
  • 数据采集设备：在主机模式下，连接扫码枪或传感器（HID/CDC）采集现场数据，当连接 PC 时切换为设备模式，模拟成串口或 U 盘，将采集的数据批量上传至管理系统
  • USB 存储设备：在主机模式下，访问 U 盘等外部存储介质，当连接 PC 时切换为 MSC 设备模式，方便用户导入/导出文件，适用于智能音箱、智能记录仪等应用场景

车载 CarPlay 互联终端

上电时处于设备模式，完成必要的认证流程，认证通过后切换为主机模式，主动与车机设备建立 NCM 和 iAP2 通信以实现 CarPlay 功能

数据采集设备

在主机模式下，连接扫码枪或传感器（HID/CDC）采集现场数据，当连接 PC 时切换为设备模式，模拟成串口或 U 盘，将采集的数据批量上传至管理系统

USB 存储设备

在主机模式下，访问 U 盘等外部存储介质，当连接 PC 时切换为 MSC 设备模式，方便用户导入/导出文件，适用于智能音箱、智能记录仪等应用场景

开发资源

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推荐 IC 型号

功能 筛选 RTL8720F RTL8721F RTL8721Dx RTL8720E RTL8710E RTL8726E RTL8713E RTL8730E RTL872xD RTL8735B
应用处理器
Cortex-M Cortex-M Cortex-M Cortex-M Cortex-M Cortex-M Cortex-M Cortex-A Cortex-M Cortex-M
DSP
N N N N N Y Y N N N
ISP?
N N N N N N N N N Y
Arm TrustZone
Y Y Y Y N Y N Y Y Y
双频?
N Y Y N N N N Y Y Y
Wi-Fi 6
Y Y N Y Y Y Y Y N N
R-MESH?
Y Y Y N N N N N N N
超低功耗
Y Y Y N N N N N Y Y
以太网
N Y N N N N N N N N
BT 双模
N N N N N Y Y Y N N
HMI?
N Y Y Y N Y Y Y N N
Audio ADC?
N N N N N Y Y Y Y Y
Audio DAC?
N N N N N Y Y Y Y Y
SDIO Host
N Y N N N N N N N N
SD/EMMC Host
N Y N N N N N Y Y Y
USB
N Y Y N N N N Y Y Y
BT 独立天线?
N N N N N N N Y N N
CAN?
N Y N N N N N N N N


功能 RTL8721Dx RTL8730E RTL872xD RTL8721F RTL8735B
高速模式 (480Mbps) N Y Y Y Y
全速模式 (12Mbps) Y Y Y Y Y
主机模式 N Y Y Y Y
外设模式 Y Y Y Y Y
外设 IN 端点数量 4 4 4 6 4
外设 OUT 端点数量 4 4 4 6 4
主机通道数量 N 8 8 12 8
双角色模式 N Y Y Y Y