CN101276319A - 一种将usb接口分时应用为标准i/o接口的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于信息安全领域的一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备。该设备包括USB接口模块，其特征是还包括状态检测模块、电源提取模块和切换开关模块，所述电源提取模块与USB接口模块相连，切换开关模块与USB接口模块相连，状态检测模块分别与切换开关模块和USB接口模块连接。本发明的设备端口实现分时应用后，设备可以在使用时按工具的不同，通过USB协议或标准I/O接口协议进行数据传输，当需要通过标准I/O接口协议进行数据传输时使得无需再将USB设备的外壳打开，就能实现不开放USB设备能跟工具进行数据交换，而且USB协议是定义好的，而标准I/O接口协议可以由用户自己定义，使得应用起来更加方便。

Description

一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备及方法，属于信息安全领域。
背景技术
USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)协议允许外设在主机和其它外设工作时进行连接配置，使用及移除即所谓的即插即用，同时USB总线的应用可以清除PC上过多的I/O端口，而以一个串行通道取代，使PC与外设之间的连接更容易。
USB接口通过一个四线电缆来传输信号与电源：D+信号线，D-信号线，GND信号线和Vbus信号线。其中D+信号线和D-信号线是一对差模的信号线，而Vbus(高电平)信号线和GND(地)信号线则提供了电源，它可以给一些设备(包括USB Hub)供电。USB提供了两种数据传输率：一种是12Mbps的高速(fullspeed，全速)模式，另一种是1.5Mbps的(slow speed，低速)模式。这两种模式可以同时存在于一个USB系统中，而引入低速模式主要是为了降低要求不高的设备的成本，比如鼠标键盘等等。
在现有技术中，某些USB设备仅仅用USB协议进行通讯往往是不够的，比如USB设备需要通过标准I/O接口协议进行升级或数据提取时，需要将USB设备的外壳打开，这样使用起来很不方便。
发明内容
为了解决由于USB设备为封闭设备在不打开外壳无法通过标准I/O接口进行数据传输的限制和使用上的不便，本发明提出了一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备及方法，USB设备在原有USB协议进行通信基础上，增加了通过标准I/O接口协议进行数据通信的方式。
一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，包括USB接口模块，所述设备还包括状态检测模块、电源提取模块和切换开关模块，所述电源提取模块与USB接口模块相连，所述切换开关模块与USB接口模块相连，所述状态检测模块分别与切换开关模块和USB接口模块连接，
其中，状态检测模块，用于检测所述USB接口信号线上的电压，以确定进入USB接口信号线上的信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序；
电源提取模块，用于将所述USB接口任意顺序排列的输入信号电压转换成按标准USB协议顺序排列的电压；
切换开关模块，用于根据状态检测模块检测出的所述信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序，如果信号电压排列顺序是非标准USB协议顺序，将标准USB协议顺序排列的D+信号线和/或D-信号线切换到I/O接口，所述设备可以通过所述I/O接口进行数据交换，否则所述设备通过标准USB协议即D+、D-接口与所述上游接口进行数据交换。
所述切换开关模块为切换开关芯片或可控开关或继电器。
所述切换开关芯片为CD4052芯片。
所述状态检测模块为状态检测电路。
所述电源提取模块为硅堆二极管电源转换电路、继电器电源转换电路或可控开关电源转换电路。
所述继电器电源转换电路由反向连接的两个继电器组成，每个继电器分别设置有两个触点，所述触点组成两个反向连接的串联回路，电源输出接口分别连接到串联回路的两个触点之间。
所述的硅堆二极管电源转换电路由四个桥式连接的二极管组成，相对边输出点与USB接口模块连接。
一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，包括下列步骤：
----将所述设备连接到上游接口；
----所述设备对所述上游接口进行电源提取和状态检测，当状态检测结果为信号线上电压排列顺序为USB协议顺序时，则所述设备通过USB协议进行数据交换；否则所述设备通过切换开关将D+信号线和D-信号线切换到标准I/O接口，进行数据交换。
所述上游接口为通过USB接口进行数据交换的上游接口或通过I/O接口进行数据交换的上游接口。
所述通过I/O接口进行数据交换的上游接口中信号线上电压的状态可以任意排列。
所述设备对所述上游接口进行电源提取的具体步骤为通过电源提取模块将Vbus信号线和Gnd信号线上电压排列顺序调整为按USB协议顺序排列并向所述设备提供正常的电压。
所述设备通过USB协议进行数据交换步骤具体为信号线上电压排列顺序为正常时，所述设备的D+信号线和D-信号线通过切换开关后和D+接口和D-接口连接，通过标准USB协议与所述上游接口进行数据交换。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，USB设备仅仅用USB协议与其它设备进行数据交换往往是不够的，USB设备若无法使用USB协议升级则固件升级操作也很不方便，因此把USB设备端口实现分时应用后，设备可以在使用时按工具的不同，通过USB协议或标准I/O接口协议进行数据传输，当需要通过标准I/O接口协议进行数据传输时使得无需再将USB设备的外壳打开，就能实现不开放USB设备能跟工具进行数据交换，而且USB协议是定义好的，而标准I/O接口协议可以由用户自己定义，使得应用起来更加方便。
附图说明
图1是一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备的结构框图。
图2是一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备的电路图。
图3是一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备的电路图。
图4是一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备的电路图。
图5是一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备的电路图。
图6是一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
为了解决由于USB设备为封闭设备在不打开外壳无法通过标准I/O接口进行数据传输的限制和使用上的不便，USB设备在原有USB协议进行通信基础上，增加还可以通过标准I/O接口协议进行数据通信。
实施例1
一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备101，包括：
状态检测模块104，用于设备插入主机或专用工具时设备检测USB接口信号线上的电压，以确定进入USB接口信号线上的信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序。
电源提取模块103，用于保证设备插入主机或专用工具时主机或专用工具信号线中Vbus信号线、Gnd信号线的状态无论是否正常，均能将USB接口任意顺序排列的输入信号电压转换成按标准USB协议顺序排列的的工作电压Vcc(107)和Gnd(108)。
切换开关模块105，用于根据状态检测模块检测出的信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序，如果信号电压排列顺序是非标准USB协议顺序，将标准USB协议的D+信号线(109)和/或D-信号线(110)切换到I/O接口1(111)和I/O接口2(112)，从而实现设备可以通过所述I/O接口与专用工具进行数据交换，否则设备通过标准USB协议即D+、D-接口与所述上游接口进行数据交换。
USB接口模块102，用于设备通过USB协议或I/O接口进行数据交换。
优选的，将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备101还可以包括控制模块106，与电源提取模块103和切换开关模块105均相连。
主机的形式包括但不限于台式电脑、笔记本电脑、服务器、专用机、读卡器、通讯设备、集线器或PDA等。
专用工具具体包括生产工具、测试工具、下载工具以及数据提取设备。
USB设备在需要专用工具进行升级、下载软件等，就无需将外壳打开，可以直接与专用工具通过I/O接口进行数据交换。
状态检测模块与切换开关模块以及USB接口模块均相连，电源提取模块与USB接口模块相连。
电源提取模块还可以与切换开关模块相连，向切换开关模块供电。
切换开关模块具体可以是切换开关芯片、控制开关、继电器以及接触器等。
状态检测模块可为端口检测电路。
电源提取模块为硅堆二极管电源转换电路或继电器电源转换电路或可控开关电源转换电路。
继电器电源转换电路由反向连接的两个继电器组成，每个继电器分别设置有两个触点，所述触点组成两个反向连接的串联回路，控制模块的电源输出接口分别连接到串联回路的两个触点之间。
硅堆二极管电源转换电路由四个桥式连接的二极管组成，相对边输出点分别与接口模块和控制模块连接。
为了更加清楚地描述本发明实施例提供的一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，下面给出一个本实施例的电路图，如图2所示，专用工具或主机从J1接口接入设备，J1接口四根信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及Gnd信号线。D1二极管、D2二极管、K1继电器以及K2继电器构成电源转换电路，用于保证连接线中的电源顺序无论正反，均能提供USB设备正常的工作电压，同时R1电阻实现状态检测的功能，用于检测USB设备插入专用工具或主机时检测专用设备Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及Gnd信号线的顺序，如果信号线顺序正常，通过切换开关后D+信号线和D-信号线不变，从而J2接收到的四条信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及Gnd信号线，继续通过USB协议与主机进行数据交换，如果信号线顺序不正常时，通过切换开关，切换开关U1采用CD4052芯片，用于在将D+信号线和D-信号线切换到I/O接口1和I/O接口2，从而J3接收到的四条信号线为Vbus信号线、I/O1接口、I/O2接口以及GND信号线，因此设备通过I/O接口与专用工具进行数据交换。
本实施例还可以多种实施方式，比如，如图3所示，专用工具或主机从J1接口接入设备，J1接口四根信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及Gnd信号线。通过硅堆二极管构成电源转换电路用于保证连接线中的电源顺序无论正反，均能提供USB设备正常的工作电压，同时R1电阻实现状态检测的功能，用于检测USB设备插入专用工具或主机时检测专用设备Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及GND信号线的顺序，如果信号线顺序正常，通过切换开关后D+信号线和D-信号线不变，从而J2接收到的四条信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及GND信号线，继续通过USB协议与主机进行数据交换，如果信号线顺序不正常时，通过切换开关，切换开关U1采用CD4052芯片，用于在将D+信号线和D-信号线切换到I/O接口1和I/O接口2，从而J3接收到的四条信号线为Vbus信号线、I/O1接口、I/O2接口以及GND信号线，因此设备通过I/O接口与专用工具进行数据交换。
如图4所示，专用工具或主机从J1接口接入设备，J1接口四根信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及GND信号线。D1二极管、D2二极管、K1继电器以及K2继电器构成端口电源转换电路用于保证连接线中的电源顺序无论正反，均能提供USB设备正常的工作电压，同时K3继电器实现状态检测的功能和切换开关的功能，当Vbus信号线和GND信号线以正常顺序接入时，K3连接J2的D+信号线、D-信号线，从而J2接收到的四条信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及GND信号线，继续通过USB协议与主机进行数据交换，当Vbus信号线和GND信号线顺序不正常时，K3与J3的I/O接口1和I/O接口2吸合连接，从而J3接收到的四条信号线为Vbus信号线、I/O1接口、I/O2接口以及GND信号线，因此设备通过I/O接口与专用工具进行数据交换。
如图5所示，专用工具或主机从J1接口接入设备，J1接口四根信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及GND信号线。上方的两个开关用于保证连接线中的电源顺序无论正反，均能提供USB设备正常的工作电压，D3继电器实现状态检测的功能，下方的两个开关实现切换开关的功能，当Vbus信号线和GND信号线以正常顺序接入时，D3连接J2的D+信号线、D-信号线，从而J2接收到的四条信号线为Vbus信号线、D-信号线、D+信号线以及GND信号线，继续通过USB协议与主机进行数据交换，当Vbus信号线和GND信号线顺序不正常时，D3与J3的I/O接口1和I/O接口2吸合连接，从而J3接收到的四条信号线为Vbus信号线、I/O1接口、I/O2接口以及GND信号线，因此设备通过I/O接口与专用工具进行数据交换。
实施例2
本发明提供了一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，如图6所示，包括如下步骤：
步骤601，将设备插入主机或专用工具。
主机的形式包括但不限于台式电脑、笔记本电脑、服务器、专用机、读卡器、通讯设备、集线器或PDA等。
专用工具具体为生产工具、测试工具、下载工具以及数据提取设备等。
步骤602，设备对所插入的接口进行状态检测和电源提取。
状态检测具体为设备插入主机或专用工具时设备检测所述USB接口信号线上的电压，以确定进入USB接口信号线上的信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序。
电源提取具体为设备插入主机或专用工具时主机或专用工具信号线中Vbus信号线、Gnd信号线的状态无论是否正常，均能将所述USB接口任意顺序排列的输入信号电压转换成按标准USB协议顺序排列的的工作电压Vcc和Gnd。
步骤603，当状态检测结果为信号线上电压排列顺序为USB协议顺序时，则执行步骤604；否则执行步骤605。
步骤604，设备通过USB协议进行应用，结束。
步骤604具体为当状态检测结果为信号线上电压排列顺序为USB协议顺序时，设备通过标准USB协议即D+、D-接口与主机进行数据交换。
步骤605，设备通过标准I/O接口进行应用。
步骤605当状态检测结果为信号线上电压排列顺序为非USB协议顺序时，所述设备的D+信号线和/或D-信号线通过切换开关切换到I/O接口1和I/O接口2，切换到I/O接口后连接到CPU或扩展的数字I/O接口进行数据交换。
USB设备再需要专用工具进行升级、下载软件等，就无需将外壳打开，可以直接与专用工具通过I/O接口进行数据交换。
USB控制器具体为专用CPU、专用器件等。
USB控制器可以内置到CPU内，也可以外扩。
通过I/O接口进行的数据通讯可以有对USB设备进行更新下载、测试、数据提取等。
切换开关具体为切换开关芯片、控制开关、继电器以及接触器等。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1. 一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，包括USB接口模块，其特征是所述设备还包括状态检测模块、电源提取模块和切换开关模块，所述电源提取模块与USB接口模块相连，所述切换开关模块与USB接口模块相连，所述状态检测模块分别与切换开关模块和USB接口模块连接，
其中，状态检测模块，用于检测所述USB接口信号线上的电压，以确定进入USB接口信号线上的信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序；
电源提取模块，用于将所述USB接口任意顺序排列的输入信号电压转换成按标准USB协议顺序排列的电压；
切换开关模块，用于根据状态检测模块检测出的所述信号电压排列顺序是否为标准USB协议顺序，如果信号电压排列顺序是非标准USB协议顺序，将标准USB协议顺序排列的D+信号线和/或D-信号线切换到I/O接口，所述设备可以通过所述I/O接口进行数据交换，否则所述设备通过标准USB协议即D+、D-接口与所述上游接口进行数据交换。
2. 根据权利要求1所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，其特征是所述切换开关模块为切换开关芯片或可控开关或继电器。
3. 根据权利要求1或2所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，其特征是所述切换开关芯片为CD4052芯片。
4. 根据权利要求1或2所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，其特征是所述状态检测模块为状态检测电路。
5. 根据权利要求1所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的设备，其特征是所述电源提取模块为硅堆二极管电源转换电路、继电器电源转换电路或可控开关电源转换电路。
6. 根据权利要求5所述的USB接口分时应用为I/O接口的设备，其特征是所述继电器电源转换电路由反向连接的两个继电器组成，每个继电器分别设置有两个触点，所述触点组成两个反向连接的串联回路，电源输出接口分别连接到串联回路的两个触点之间。
7. 根据权利要求5所述的USB接口分时应用为I/O接口的设备，其特征是所述的硅堆二极管电源转换电路由四个桥式连接的二极管组成，相对边输出点与USB接口模块连接。
8. 一种将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，其特征是包括下列步骤：
----将所述设备连接到上游接口；
----所述设备对所述上游接口进行电源提取和状态检测，当状态检测结果为信号线上电压排列顺序为USB协议顺序时，则所述设备通过USB协议进行数据交换；否则所述设备通过切换开关将D+信号线和D-信号线切换到标准I/O接口，进行数据交换。
9. 根据权利要求8所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，其特征是所述上游接口为通过USB接口进行数据交换的上游接口或通过I/O接口进行数据交换的上游接口。
10. 根据权利要求8所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，其特征是所述通过I/O接口进行数据交换的上游接口中信号线上电压的状态可以任意排列。
11. 根据权利要求8所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，其特征是所述设备对所述上游接口进行电源提取的具体步骤为通过电源提取模块将Vbus信号线和Gnd信号线上电压排列顺序调整为按USB协议顺序排列并向所述设备提供正常的电压。
12. 根据权利要求8所述的将USB接口分时应用为标准I/O接口的方法，其特征是所述设备通过USB协议进行数据交换步骤具体为信号线上电压排列顺序为正常时，所述设备的D+信号线和D-信号线通过切换开关后和D+接口和D-接口连接，通过标准USB协议与所述上游接口进行数据交换。
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