KR20090024419A

KR20090024419A - Ｕｓｂ를 이용한 통신방법 및 통신장치

Info

Publication number: KR20090024419A
Application number: KR1020070089430A
Authority: KR
Inventors: 정재웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-09

Abstract

본 발명에 따른 USB를 이용한 통신방법은 제1 통신 속도로 호스트와 디바이스 간의 통신을 수행하는 단계, 제1 통신 속도로 통신을 수행하는 과정에서, 데이터 전송 에러율(data transmission error rate)를 검출하는 단계 및 데이터 전송 에러율이 미리 설정한 임계값을 초과하는 경우, 제2 통신 속도로 통신을 수행하는 단계를 포함한다.

USB, 유에스비, 하이스피드, 풀스피드, 로우스피드, 전송에러

Description

ＵＳＢ를 이용한 통신방법 및 통신장치{COMMUNICATION MEHOD AND COMMUNICATION APPARATUS USING USB}

본 발명은 유니버셜 시리얼 버스(universal serial bus, 이하 USB)를 이용한 통신방법 및 통신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 USB를 이용한 통신 도중에 통신속도를 전환할 수 있는 통신방법 및 통신장치에 관한 것이다.

USB는 과거의 컴퓨터와 그 주변장치들 간의 직병렬 연결들(예컨대, RS232, LPT 등)과는 달리, 플러그 앤 플레이(Plug and Play)를 지원하는 규격이다.

USB 규격은 컴퓨터와 그 주변기기들이 연결될 때 다이내믹 연결/제거(dynamic connection/removal)를 지원하고 시스템의 셋업이나 재부팅 과정들을 필요로 하지 않으므로 그 사용이 용이하다.

또한, 하나의 USB 시스템에 최대 127 개의 장치들이 연결될 수 있으므로 포트 확장이 용이하다. USB 시스템은 또한 실시간 데이터 전송을 지원한다. 이러한 USB 시스템은 휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 등과 같은 최신의 다양한 디지털 멀티미디어 통신장치들에서 널리 채용되고 있다.

하나의 USB 시스템은 시스템의 중심이 되는 하나의 호스트(host), 여러 가지 기능들을 제공하는 디바이스(device), 그리고 버스 토플로지(topology)에 따라서 호스트와 디바이스를 물리적으로 연결하는 USB 인터커넥트(interconnect)로 구성된다.

USB 시스템은 그 데이터 전송 속도에 따라서, 로우 스피드(Low Speed), 풀 스피드(Full Speed), 하이 스피드(High Speed) 타입으로 분류된다. 로우 스피드 타입은 1.5 Mbps의 전송 속도(signaling bit rate)를 지원하고, 키보드, 마우스, 조이스틱, 스피커 등에 적용될 수 있다. 풀 스피드 타입은 12 Mbps의 전송 속도를 지원하고, 주로 하드 디스크, 스캐너, 프린터 등에 적용될 수 있다. 하이 스피드 타입은 높은 대역폭이 필요한 비디오 저장 장치 분야에 적용이 가능하며 최대 480 Mbps의 전송 속도를 지원한다.

그런데 이중 고속의 하이 스피드 타입의 경우, PCB 상의 임피던스 및 데이터 전송 아이패턴(Eye-pattern)에 민감하여, 하이 스피드로 데이터 통신을 수행하는 경우, 디바이스가 특성편차를 극복하지 못하여 통신 품질이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소정의 통신 품질을 확보할 수 있는 USB 통신방법 및 통신장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 USB를 이용한 통신방법은 제1 통신 속도로 호스트와 디바이스 간의 통신을 수행하는 단계, 제1 통신 속도로 통신을 수행하는 과정에서, 데이터 전송 에러율(data transmission error rate)를 검출하는 단계 및 데이터 전송 에러율이 미리 설정한 임계값을 초과하는 경우, 제2 통신 속도로 통신을 수행하는 단계를 포함한다.

데이터 전송 에러율을 검출하는 단계는, 데이터 및 프로토콜 에러를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

데이터 및 프로토콜 에러는 불량 패킷 식별자(packet identifier, PID), 불량 에러 정정 신호 및 불량 패킷 길이(packet length)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 통신 속도는 하이 스피드 모드일 때의 통신 속도이며, 제2 통신 속도는 풀 스피드 모드일 때의 통신 속도일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 USB를 이용한 통신장치는 제1 통신 속도로 통신을 수행하는 과정에서, 데이터 전송 에러율(data transmission error rate)을 검출하는 전송 에러 검출부 및 데이터 전송 검출부에서 검출한 데이터 전송 에러율이 미리 설정한 임계값을 초과하는 경우, 제2 통신 속도로 통신을 수행하도록 제어하는 통신속도 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 USB를 이용한 통신장치 및 제어 방법은 하이 스피드 모드에서 데이터의 전송이 불안정한 경우, 풀 스피드 모드로 전환함으로써 소정의 통신 품질을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 USB를 이용한 통신방법 및 장치가 적용 가능한 USB 통신 시스템의 일례를 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, USB 통신 시스템은 컴퓨터와 같은 USB 호스트(host, 100)와 호스트(100)로부터 송신되는 데이터에 따라서 원하는 처리를 수행하는 USB 디바이스(device, 200)를 포함한다.

호스트(100)는 인터페이스(interface, 110), 호스트 제어부(host controller, 120), 디바이스 드라이버(device driver, 130) 및 호스트 어플리케이션(host application, 140)을 포함한다.

인터페이스(110)는 하이 스피드 모드(high speed mode)에 대응하는 EHCI(Enhanced Host Controller Interface)의 기능과, 풀 스피드 모드(full speed mode)에 대응하는 OHCI(Open Host Controller Interface) 또는 UHCI(Universal Host Controller Interface)의 기능을 구비한다. 상기와 같은 인터페이스(110)를 구비함에 따라 USB 통신 시스템은 하이 스피드 모드와 풀 스피드 모드를 지원한다.

호스트 제어부(120)는 상기한 EHCI 및 OHCI 또는 UHCI의 기능을 실현시켜 디바이스(200)와의 인터페이스(110)를 형성하도록 한다. 또한, 호스트 제어부(120)는 여러 가지 전송 에러들을 검출할 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.

디바이스 드라이버(130)는 호스트 제어부(120)를 제어하며, 호스트 어플리케이션(140)은 호스트(100)의 다양한 소프트웨어들을 실현시킨다.

또한, USB 2.0에 대응하는 USB 디바이스(200)는 디바이스 제어부(device controller, 210), 펌웨어(firmware, 220) 및 디바이스 어플리케이션(device application, 230)을 포함한다.

디바이스 제어부(210)는 호스트(100)의 명령에 의하여 하이 스피드 모드 또는 풀 스피드 모드로의 접속 제어를 수행한다.

펌웨어(220)는 디바이스 제어부(210)의 레지스터(resister)를 하이 스피드 모드 또는 풀 스피드 모드로 설정하기 위한 제어를 수행하고, 디바이스 어플리케이션(230)은 디바이스(200)의 다양한 소프트웨어들을 실현시킨다.

한편, 본 발명에서 USB 통신 시스템은 하이 스피드 모드에서 풀 스피드 모드로 전환된다. 이를 위해, 디바이스(200)의 펌웨어(220)는 강제적으로 풀 스피드 모드를 설정할 수 있도록 디바이스 제어부(210)의 레지스터를 설정하는 어플리케이션, 디바이스 제어부(210)를 정지하는 어플리케이션, 디바이스 제어부(210)를 개시하는 어플리케이션, 디바이스 제어부(210)로부터 데이터 통신 에러율이 임계값을 초과할 때 발생되는 신호를 취득할 수 있는 어플리케이션 및 USB의 리셋(reset)을 실행하는 어플리케이션을 작성한다. 이때, 풀 스피드 모드를 설정하는 디바이스 제어부(210)의 레지스터 설정은, 디바이스 제어부(210)의 개시 시에 수행되도록 한다. 또한, 디바이스 제어부(210)의 개시 시에는 디바이스 제어부(210)를 초기화하는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하여 하이 스피드 모드로 접속하는 과정을 설명한다. 호스트(100)와 디바이스(200)가 정상적으로 접속된 경우, 디바이스(200)가 USB 2.0에 대응하면, 디바이스 어플리케이션(230)으로부터 펌웨어(220)에 USB 개시명령이 전달되고, 펌웨어(220)에 하이 스피드의 플래그가 세워진다. 또한, 펌웨어(220)는 디바이스 제어부(210)에 대하여 하이 스피드의 레지스터를 설정한다.

이에 따라, 호스트(100)의 EHCI가 동작하고, 호스트(100)의 EHCI와 디바이스(200)의 디바이스 제어부(210)와의 사이에서 하이 스피드 모드에의 접속 처리가 개시된다.

이에 따라, EHCI과 호스트 제어부(120)와의 사이 및 EHCI과 디바이스 제어부(210)와의 사이에서, 접속처리가 개시되는 취지의 정보를 나타내는 디스크립터(descriptor)가 취득 및 설정된다.

그리고, 호스트(100)의 EHCI와 디바이스 제어부(210)와의 사이에서 하이 스피드 모드에 의한 접속처리가 종료되었다는 접속완료의 통지가 EHCI으로부터 호스트 제어부(120)에 송신되고, 호스트 제어부(120)로부터 디바이스 드라이버(130)에 송신된다.

또한, 디바이스(200)에 있어서는, 하이 스피드 모드의 접속처리가 완료된 경우, USB 개시처리 완료의 통지가, 디바이스 제어부(210)로부터 펌웨어(220)에 송신되고, 펌웨어(220)로부터 디바이스 어플리케이션(230)에 송신된다. 이와 같이, 하이 스피드 모드가 설정된다.

한편, 하이 스피드 모드를 종료하는 경우, 디바이스 어플리케이션(230)으로부터 펌웨어(220)에 하이 스피드 모드의 정지 명령이 송신되고, 펌웨어(220)로부터 디바이스 제어부(210)에 하이 스피드 모드의 정지명령이 송신된다. 이에 따라, 디 바이스 제어부(210)는 호스트(100)의 EHCI과의 사이에서 접속되어 있던 하이 스피드 모드의 차단처리를 개시한다.

하이 스피드 모드의 차단은 EHCI과 호스트 제어부(120)와의 사이에서 행해지고, 디바이스 제어부(210)와 호스트(100)의 EHCI과의 사이의 하이 스피드 모드의 차단처리가 완료되었다는 차단처리 완료의 통지가 EHCI으로부터 호스트 제어부(120)에 송신되고, 호스트 제어부(120)로부터 디바이스 드라이버(130)에 송신된다.

또한, 디바이스(200)에 있어서, 하이 스피드 모드의 차단처리가 완료되면, USB 종료처리완료의 통지가, 디바이스 제어부(210)로부터 펌웨어(220)에 송신되고, 펌웨어(220)로부터 디바이스 어플리케이션(230)에 송신된다.

이와 같이 하여 디바이스 어플리케이션(230)으로부터의 정지명령에 따라서 하이 스피드 모드를 차단하고 디바이스 제어부(210)를 정지시킨다. 또한, 디바이스 제어부(210)가 정지된 경우, USB 버스는 차단상태가 되기 때문에 호스트(100)에는 차단완료의 통지의 이벤트가 발생한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 USB 통신방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 USB 통신방법에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 통신방법에서는 하이 스피드 모드로 데이터를 전송하는 과정에서, 데이터 전송 에러율이 미리 설정한 값을 초과하는 경우 즉, 데이터 전송이 불안정한 경우에 풀 스피드 모드로 데이터 전송을 수행한다.

먼저, 디바이스(200)를 호스트(100)에 접속(S10)하고, 외부 소스 또는 USB를 통하여 전원을 연결한다. 이 경우, 디바이스(200)의 접속 여부는 USB 케이블에 구비되는 데이터 라인인 D+와 D- 중에서 어느 한 쪽에 인가되는 전압이 3.3 V인지의 여부로 판단할 수 있다.

다음으로, 디바이스(200)의 리셋을 실행(S20)한다. 호스트(100)는 커넥터에 디바이스(200)가 접속된 것을 검지하면 최소 10ms 이상 지속되는 리셋 상태를 출력한다. 즉, D+ 및 D- 양쪽 모두를 로우(low)로 한다. 이것으로 디바이스(200)은 리셋을 인지하고 내부 리셋을 실행한 다음 디폴트(default) 상태로 돌아온다. 이 디폴트 상태에서는 논리적 데이터 전송 라인인 엔드포인트 0을 사용한 컨트롤 전송이 가능하게 된다.

다음으로, 디바이스(200)에 고유 어드레스를 할당(S30)한다. 상기와 같이, 리셋을 출력한 후, 호스트(100)에서 이뉴머레이션(enumeration)을 시작한다.

먼저, 호스트(100)에서 디바이스(200)에 디바이스(200) 디스크립터 정보의 전송을 요구한다. 디바이스(200) 디스크립터 정보를 수신한 호스트(100)는 가용한 어드레스를 접속된 디바이스(200)에 할당한다. 이때, 이 장치가 유일한 디바이스(200)라면 1번 어드레스가 지정되고, 미리 2개의 장치가 접속되어 있었다면 3번 어드레스가 지정된다. 이것으로 디바이스(200)는 특정한 어드레스를 가지게 된다. 이후로는 이 어드레스로 통신을 하게 된다. 다음으로, 호스트(100)는 다시 한번 디바이스(200) 디스크립터 정보를 요구하고, 디바이스(200)는 이 명령에 따라 디바이스(200) 디스크립터를 전송한다. 이때, 전송되는 디바이스(200) 디스크립터에는 디바이스(200)가 지원하는 USB 스펙 버전 넘버(예를 들어, USB 1.0, 1.1 또는 2.0), 클래스 코드, 최초 정보 전송 파이프에 할당된 패킷의 최대 크기, 제조업체 ID, 제품 ID 등이 포함된다.

다음으로, 호스트(100)는 컨피규레이션 디스크립터 전송을 요구한다. 컨피규레이션 디스크립터에 연결되어 호스트(100)로 전송되는 인터페이스(110) 디스크립터에는 인터페이스(110) 클래스가 수록된다. 예를 들어, 인터페이스(110) 클래스가 1번인 것은 오디오 장치를 의미하고, 2번인 것은 커뮤니케이션 디바이스(200)인 것을 의미한다. 다음으로, 호스트(100)는 인터페이스(110) 클래스의 번호와 제조업체 ID, 제품 ID에 따라 적합한 디바이스 드라이버(130)를 찾아서 구동한다.

디바이스 드라이버(130)의 구동이 끝나면 호스트(100)는 컨피규레이션(configuration) 설정 명령을 발령하여 컨피규레이션을 설정(S40)한다. 이에 따라 디바이스(200)는 컨피규어드 상태가 된다. 디바이스(200)와의 셋업을 종료하고 본격적인 하이 스피드 모드로 데이터 통신을 수행(S50)한다.

상기한 바와 같이 하이 스피드 모드는 호스트(100)와 디바이스(200)의 하드웨어적 특성에 민감하게 반응하므로, 호스트(100)와 디바이스(200) 간의 통신이 불안정해 지는 경우가 있다.

따라서 전송 속도의 변경 여부를 판단하기 위해 데이터 전송 에러율을 검출하여, 미리 설정된 임계값과 비교(S60)한다.

이때, 데이터 전송 에러율은 데이터 에러 및 프로토콜 에러를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 및 프로토콜 에러는 불량 패킷 식별자(packet identifier, PID), 불량 에러 정정 신호(CRC) 및 불량 패킷 길이(packet length)를 포함할 수 있다. 즉, 상기와 같은 데이터 및 프로토콜 에러를 체크하여 이들의 총 개수가 미리 설정된 값보다 큰 경우에는 하이 스피드 모드에서 풀 스피드 모드로 전환된다. 도 3은 USB 전송 에러를 체크 결과를 예시한 것이다.

이 경우 데이터 전송 에러율을 검출하여, 데이터 전송 에러율이 임계값보다 작은 경우에는 데이터의 전송이 안정한 상태이므로 그대로 하이 스피드 모드에서 데이터를 전송(S50)한다.

한편, 검출된 데이터 전송 에러율이 임계값보다 큰 경우 즉, 데이터의 전송이 불안정한 상태에서는 하이 스피드 모드를 종료(S70)하고 풀 스피드 모드로 전환(S80)하여 데이터 통신을 수행(S90)한다. 예를 들어, 하나의 패킷에 대한 총 에러의 개수가 미리 설정된 임계값, 예컨대 500개를 넘는 경우에는 데이터의 수신은 가능하지만 실제 동작 시 데이터의 전송이 불안한 상태가 된다. 이러한 경우, 전송모드를 하이 스피드 모드에서 풀 스피드 모드로 전환하여 데이터를 전송한다.

이러한 풀 스피드 모드는 상기한 하이 스피드 모드와 달리 디바이스(200) 및 호스트(100)의 하드웨어적 특성에 대한 영향이 적다. 따라서 하이 스피드 모드에서 풀 스피드 모드로 전환하여 데이터 전송을 수행하는 경우, 디바이스(200)의 인식률이 향상될 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위 에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신방법 및 장치가 적용되는 USB 통신 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신방법을 나타낸 순서도이다.

도 3은 USB 프로토콜 해석장치에 의해 전송 에러를 체크하는 것을 예시한 도면이다.

Claims

제1 통신 속도로 호스트와 디바이스 간의 통신을 수행하는 단계;

상기 제1 통신 속도로 통신을 수행하는 과정에서, 데이터 전송 에러율(data transmission error rate)를 검출하는 단계; 및

상기 데이터 전송 에러율이 미리 설정한 임계값을 초과하는 경우, 제2 통신 속도로 통신을 수행하는 단계

를 포함하는 USB를 이용한 통신방법.
제1 항에 있어서,

상기 데이터 전송 에러율을 검출하는 단계는, 데이터 및 프로토콜 에러를 검출하는 단계를 포함하는 USB를 이용한 통신방법.
제2 항에 있어서,

상기 데이터 및 프로토콜 에러는 불량 패킷 식별자(packet identifier, PID), 불량 에러 정정 신호 및 불량 패킷 길이(packet length)를 포함하는 USB를 이용한 통신방법.
제1 항에 있어서,

상기 제1 통신 속도는 하이 스피드(high speed) 모드일 때의 통신 속도이며, 상기 제2 통신 속도는 풀 스피드(full speed) 모드일 때의 통신 속도인 USB를 이용한 통신방법.
제1 통신 속도로 통신을 수행하는 과정에서, 데이터 전송 에러율(data transmission error rate)을 검출하는 전송 에러 검출부; 및

상기 데이터 전송 검출부에서 검출한 데이터 전송 에러율이 미리 설정한 임계값을 초과하는 경우, 제2 통신 속도로 통신을 수행하도록 제어하는 통신속도 제어부

를 포함하는 USB를 이용한 통신장치.
제5 항에 있어서,

상기 전송 에러 검출부는 데이터 및 프로토콜 에러를 검출하는 USB를 이용한 통신장치.
제6 항에 있어서,

상기 데이터 및 프로토콜 에러는 불량 패킷 식별자(packet identifier, PID), 불량 에러 정정 신호 및 불량 패킷 길이(packet length)를 포함하는 USB를 이용한 통신장치.
제5 항에 있어서,

상기 제1 통신 속도는 하이 스피드 모드일 때의 통신 속도이며, 상기 제2 통신 속도는 풀 스피드 모드일 때의 통신 속도인 USB를 이용한 통신장치.