CN101246465A - 通用串行总线芯片 - Google Patents
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Abstract
一种通用串行总线芯片，包括：前端数据流控制器，用于数据的传输和控制，所述数据至少包括存储类数据、音频类数据和视频类数据中的两种；通用串行总线接口控制器，用于将从前端数据流控制器接收到的数据进行翻译和通用串行总线上事件的检测；协议解释控制器，用于控制通用串行总线接口控制器，进行协议的解释；通用串行总线物理层，用于将从通用串行总线接口控制器得到的数据进行格式转换，并将通用串行总线上的差分信号转换成数字信号。本发明通过将视频类、音频类、存储类集成到同一芯片上，达到节约用户成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及集成电路设计技术领域。
背景技术
通用串行总线(Universal Serial Bus)，即USB，凭借其速度上的优势和良好的通用性等优点得到了广大使用者的认可，已成为PC机的一种标准接口，从而使得USB标准设备的使用越来越广泛，其种类也越来越多，如视频类(USB Video Class)、音频类(USB Audio Class)和存储类(Massstorage)等。USB标准设备在与PC机进行数据交换的时候需要通过USB芯片来完成，而目前还没有视频类、音频类和存储类为一体的芯片。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施例的目的是提供一种通用串行总线芯片，通过将视频类、音频类、存储类集成到同一芯片上，达到节约用户成本的目的；本发明又一实施例提供了一种通用串行总线芯片，通过将CMOS图像处理集成到所述芯片上，同样达到节约用户成本的目的。
本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现：
本发明实施提供了一种通用串行总线芯片，包括：
前端数据流控制器，用于数据的传输和控制，所述数据至少包括存储类数据、音频类数据和视频类数据中的两种；
通用串行总线接口控制器，用于将从前端数据流控制器接收到的数据进行翻译和通用串行总线上事件的检测；
协议解释控制器，用于控制通用串行总线接口控制器，进行协议的解释；
通用串行总线物理层，用于将从通用串行总线接口控制器得到的数据进行格式转换，并将通用串行总线上的差分信号转换成数字信号。
本发明又一实施例提供了一种通用串行接口芯片，包括：
图像传感器，用于传送和控制视频数据；
影像处理器，用于对得到的图像数据进行处理；
通用串行总线接口控制器，用于将从前端数据流控制器接收到的视频数据进行翻译和通用串行总线上事件的检测；
协议解释控制器，用于控制通用串行总线接口控制器，进行视频类协议的解释；
通用串行总线物理层，用于将从通用串行总线接口控制器得到的视频数据进行格式转换，并将通用串行总线上的差分信号转换成数字信号。
由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种通用串行总线芯片，通过将视频类、音频类、存储类集成到同一芯片上，达到节约用户成本的目的，本发明又一实施例提供了一种通用串行总线芯片，通过将CMOS图像处理集成到所述芯片上，同样达到节约用户成本的目的。
附图说明
图1为本发明实施例所述的通用串行总线芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例所述CMOS图像传感器的内部结构框图；
图3为本发明实施例所述USB接口控制器的内部结构示意图；
图4为本发明实施例所述USB物理层的内部结构示意图；
图5为本发明实施例所述USB协议解释的实现控制的流程示意图；
图6为本发明又一实施例所述通用串行总线芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例所述的通用串行总线芯片进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例所述通用串行总线芯片具体包括：前端数据流控制器、USB接口控制器、协议解释控制器和USB物理层。其中，前端数据流控制器与USB接口控制器连接，将读取到的数据发送到USB控制器；USB接口控制器与协议解释控制器、USB物理层分别连接，将从前段数据流控制器得到的数据按照USB协议规范进行打包，并将打包好的数据发送给USB物理层。
下面对前端数据流控制器、USB接口控制器、协议解释控制器和USB物理层分别进行阐述。
1、前端数据流控制器，用于数据的传输和控制；在本发明实施的具体实现过程中，所述前端数据流控制器可以包括存储控制器、音频编码器和影像处理器中的两种或三种，即，所述前端数据流控制器可以包括存储控制器和音频编码器，也可以包括存储控制器和影像处理器，还可以包括存储控制器、音频编码器和影像处理器。其中，
音频编码器，分别与麦克风和USB接口控制器连接，用于将通过麦克风得到的声音信号进行采样及编码，然后将编码后的数据发送给USB接口控制器；
影像处理器，分别与图像传感器和USB接口控制器连接，负责完成对图像数据的处理，如自动/可编程白平衡、自动/可编程曝光控制、自动/可编程增益控制等处理，并将处理后的数据发送给USB接口控制器；
存储控制器，所述存储控制器可以包括存储卡控制器或闪存控制器，也可以包括闪存控制器和闪存控制器；其中，
存储卡控制器，分别与存储卡和USB接口控制器连接，用于对存储卡进行识别及读写，并将读出来的数据发送给USB接口控制器或者将从USB接口控制器得到的数据写入到存储卡中，所述存储卡控制器在本发明实施例的具体实现过程中可以为SM(Smart Media，智慧型媒体)卡控制器、CF(CompactFlash，标准闪存)卡控制器、MMC(Multi Media Card，多媒体卡)控制器、SD(Secure Digital Card，安全数字卡)控制器、MS(Memory Stick，记忆棒)控制器、TF(Trans Flash)卡控制器等中的一种或多种；
存储控制器，实现对闪存进行识别及读写，并实现闪存的物理层和逻辑层的转换；所述存储控制器可以包括与非闪存(Nand flash)控制器、或非闪存(Nor flash)控制器、与闪存(And flash)控制器等中的一种或多种；
这里仅以最常见的存储卡控制器、存储控制器为例进行说明，但本领域普通技术人员应该知道，本发明实施例同样可以适用于其他类型的存储类控制器，原理相近，此处就不再赘述。
所述前端数据流控制器还可以包括：
图像传感器，与图像传感器连接，用于和影像处理器一起完成视频数据的处理和控制，本发明实施例的具体实现过程中，所述图像传感器可以为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)，图像传感器或CCD(Charged Coupled Device，电荷偶合器件)图像传感器等，此处仅以CMOS图像传感器为例进行说明，所述CMOS图像传感器的内部结构如图2所示，主要包括像素阵列、数据输出接口等模块。在本发明实施例的具体实现过程中，所述图像传感器可以集成到本发明实施例所述USB芯片上，这样可以节约生产的成本，当然，所述图像传感器也可以不集成到USB芯片上，而是独立于USB芯片之外，其具体实现方案在现有技术中已有成熟解决技术，此处不再赘述。
2、USB接口控制器，与前端数据流控制器和协议解释器分别连接，负责完成协议数据翻译和总线上事件检测，是实现USB传输的核心器件。具体可以为，当USB数据以包为单位在总线上传输，需要识别数据包开始、结束标志。数据校验采用CRC(循环冗余校验)方法，在接收或发送数据时需要进行相应的CRC校验。USB协议中规定一个USB设备应具有如下几个状态：连接、上电、缺省、地址分配、配置完成和挂起。在各个状态之间的转换是由总线上事件检测功能来完成的。根据USB总线上D+和D-信号线电平的不同，总线共有4种状态：J状态、K状态、SEO状态和SEI状态。各种状态持续时间的长短确定了总线上诸如复位信号、挂起通知和唤醒等总线事件。因此，对于USB总线事件需要进行检测与确定，完成在各状态之间正确转换。USB接口控制器通常要求符合USB Spec Rev2.0。USB接口控制器主要用于检测串行总线上的事件，进行与通用CMOS图像传感器、USB物理层和/或USB设备控制器间的协议处理，完成各状态间的转换；USB接口控制器内部结构如图3所示：包括USB协议控制器、可配置RAM与寄存器组，其中，
USB协议控制器，用于实现USB的协议层，进行与通用CMOS图像传感器、USB物理层和/或USB设备控制器间的协议处理；
可配置RAM，用于为传输端点分配指定大小的缓冲区；
寄存器组，用于实现对传输的控制和请求的处理。所述的寄存器组包括主控制寄存器、USB控制寄存器、控制端点寄存器、非控制端点寄存器与DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)寄存器，其中，
主控制寄存器，控制中断使能，并保存中断状态；
USB控制寄存器，控制与USB主机相关的各种事件，并保存相应事件的状态；
控制端点寄存器，处理来自主机的USB请求，并保存传输中的状态信息；
非控制端点寄存器，配置、控制和非控制端点的操作；
DMA寄存器，处理DMA相关的操作。
3、协议解释控制器，与USB接口控制器连接，负责完成视频类、音频类和海量存储类的协议解释，协议解释器可以用MCU来完成请求处理和事务传输控制，具体的说就是，具体的说就是，USB类协议解释控制器实现如下几项任务，从而实现视频类、音频类和海量存储类的协议解释：
USB控制端点(Endpoint 0)的数据收发。
通过控制端点通道把视频类、音频类和海量存储类的各种描述符；
(descriptor)发送给主机；
响应主机的各种要求(Request)，并进行解释；
所述协议解释器也可以完全由硬件实现，即用一个有限状态机来完成请求处理和传输控制，其实现过程具体如图4所示，包括以下步骤：
步骤40、协议解释控制器循环检测与中断相关的寄存器状态，判断是非发生中断，当发现有中断时，执行步骤41；
步骤41、读取相应的寄存器内容；
步骤42、根据所述寄存器的内容来判断USB总线上发生中断的类型。如果是总线复位中断，执行步骤43；如果是控制中断，执行步骤44；
步骤43、设备控制器就会复位USB总线；
步骤44、判断是控制输入中断还是控制输出终端，如果是控制输入终端，执行步骤45；如果是控制输出中断，执行步骤46；
步骤45、设备控制器将主机请求的数据送到控制端点的缓冲区中；
步骤46、设备控制器获取主机发送到控制端点缓冲区中的数据，并解析这些数据，产生一系列的控制信号；
步骤47、判断是否是非控制点中断，如果是非控制端点中断，执行步骤48；如果中断类型未知，执行步骤49；
步骤48、设备控制器根据该端点的配置信息，进行相应处理；
步骤49、进行出错处理。
4、USB物理层，与USB接口控制器连接，负责将USB总线上的差分信号转换成数字信号，并进行相关的数据格式转换，并将转换后的数据发送给PC。具体的说就是，由于USB数据传输采用NRZI(不归零反转)编码，并有比特位填充，所以在发送或接收串行数据时需要进行编码与解码。数据在控制器内传输时以字节为单位，因此还需要进行串并转换。USB物理层完全符合USBSpec Rev2.0和UTMI Spec Rev1.05。USB物理层的内部结构如图5所示，包括全速传输的发送和接收模块、高速传输的发送和接收模块、发送控制逻辑模块、接收控制逻辑模块、全速/高速传输切换控制模块、时钟模块，其中，
全速传输的发送和接收模块，用于全速发送与接收图像数据；
高速传输的发送和接收模块，用于高速发送与接收图像数据；
发送控制逻辑模块，用于实现接收数据包的协议处理；
接收控制逻辑模块，用于按照USB协议将获取的数据包还原；
全速/高速传输切换控制模块，在全速传输状态与高速传输状态间切换；
时钟模块，为发送控制逻辑模块与接收控制逻辑模块提供控制时钟。
本发明又一实施例提供了一种通用串行总线芯片，具体包括：图像传感器、影像处理器、通用串行总线接口控制器、协议解释翻译器和通用串行总线物理层，具体如图6所示，其中，
所述图像处理器与影像处理器相连，所述影像处理器与通用串行总线接口控制器连接，将得到的视频数据发送给通用串行总线接口控制器；所述通用串行总线接口控制器与协议解释控制器和通用串行总线物理层分别连接，将从前端数据流控制器得到的视频数据发送给通用串行总线物理层，或者将从通用串行总线物理层得到的视频数据发送给前端数据流控制器；
下面进行具体说明。
图像传感器，与图像传感器连接，用于和影像处理器一起完成视频数据的处理和控制，本发明实施例的具体实现过程中，所述图像传感器可以为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器、还可以为CCD(Charged Coupled Device，电荷偶合器件)图像传感器等，此处仅以CMOS图像传感器为例进行说明；
影像处理器，分别与图像传感器和USB接口控制器连接，负责完成对图像数据的处理，如自动/可编程白平衡、自动/可编程曝光控制、自动/可编程增益控制等处理，并将处理后的数据发送给USB接口控制器；
通用串行总线接口控制器，与前端数据流控制器和协议解释器分别连接，负责完成协议数据翻译和总线上事件检测，是实现USB传输的核心器件。
协议解释控制器，用于控制通用串行总线接口控制器，进行视频类协议的解释；
通用串行总线物理层，与USB接口控制器连接，负责将USB总线上的差分信号转换成数字信号，并进行相关的数据格式转换，并将转换后的数据发送给PC。
由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的通用串行总线芯片，通过将视频类、音频类、存储类中的至少两种集成到同一芯片上，达到节约用户成本的目的，本发明又一实施例提供的通用串行总线芯片，通过将CMOS图像传感器集成到USB芯片上，同样达到节约用户成本的目的；并且由于所述USB芯片不需要PC的驱动开发，达到方便用户使用的目的。
以上所述，仅为本发明实施例较佳的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1. 一种通用串行总线芯片，其特征在于，包括：
前端数据流控制器，用于数据的传输和控制，所述数据至少包括存储类数据、音频类数据和视频类数据中的两种；
通用串行总线接口控制器，用于将从前端数据流控制器接收到的数据进行翻译和通用串行总线上事件的检测；
协议解释控制器，用于控制通用串行总线接口控制器，进行协议的解释；
通用串行总线物理层，用于将从通用串行总线接口控制器得到的数据进行格式转换，并将通用串行总线上的差分信号转换成数字信号。
2. 根据权利要求1所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述前端数据流控制器至少包括下述装置中的两种：
存储控制器，用于控制存储装置进行读写数据；
音频编码器，用于对得到的声音信号进行采样及编码；
影像处理器，用于对得到的图像数据进行处理。
3. 根据权利要求2所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述存储类控制器包括：
存储卡控制器，用于控制存储卡进行读写数据；
和/或，
闪存控制器，用于控制闪存进行读写数据。
4. 根据权利要求2所述的通用串行总线芯片，其特征在于，当所述前端数据流控制器包括影像处理器时，所述前端数据流控制器还包括：
图像传感器，用于获取视频数据。
5. 根据权利要求4所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述图像传感器包括：
CMOS图像传感器。
6. 根据权利要求2所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述协议解释控制器至少包括下述装置中的两种：
视频类协议解释模块，用于完成视频类协议的解释；
音频类解释模块，用于完成音频类协议的解释
存储类协议解释模块，用于完成存储类协议的解释。
7. 根据权利要求3所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述存储卡控制器包括下述的一种或多种：
安全数字卡控制器、CF卡控制器、多媒体卡控制器、SM卡控制器、MS卡控制器、TF卡控制器。
8. 根据权利要求3所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述闪存控制器包括下述的一种或多种：
与非闪存控制器、或非闪存控制器、与闪存控制器。
9. 一种通用串行总线芯片，其特征在于，包括：
图像传感器，用于获取视频数据；
影像处理器，用于对得到的图像数据进行处理；
通用串行总线接口控制器，用于将从前端数据流控制器接收到的视频数据进行翻译和通用串行总线上事件的检测；
协议解释控制器，用于控制通用串行总线接口控制器，进行视频类协议的解释；
通用串行总线物理层，用于将从通用串行总线接口控制器得到的视频数据进行格式转换，并将通用串行总线上的差分信号转换成数字信号。
10. 根据权利要求9所述的通用串行总线芯片，其特征在于，所述图像传感器包括：
CMOS图像传感器。
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