CN101520767B - 一种数据传输速度自适应的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外围设备与主设备间通过通用串行总线USB进行数据传输的速度自适应的方法，该方法包括：外围设备在主设备启动的总线复位中通过与主设备执行高速握手建立通用串行总线USB高速连接，然后禁止执行高速握手；当外围设备在通过所述USB高速连接与主设备进行数据传输的过程中检测到主设备再次启动总线复位后，与主设备建立USB全速连接。本发明还公开了一种数据传输速度自适应的装置。应用本发明，能够在USB高速模式下的数据传输出现错误时，自适应改变数据传输速度。

Description

一种数据传输速度自适应的方法及装置 

技术领域

本发明涉及传输技术，特别涉及通用串行总线数据传输技术。 

背景技术

近年来，通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)规范中规定的速度有了突飞猛进的发展，从早期USB 1.0规范中规定的1.5Mbps(该速度称为低速)，发展到USB 1.1规范中规定的12Mbps(该速度称为全速)，再到目前广泛应用的USB 2.0规范中规定的480Mbps(该速度称为高速)。 

主设备上具备USB接口，外围设备上具备与之匹配的USB接口，目前大部分的USB接口都符合USB 2.0规范，因此也称为USB 2.0接口。将主设备上的USB 2.0接口和外围设备上的USB 2.0接口直接插接就形成了传输通路，主设备中的USB控制器将数据经过该传输通路向外围设备发送，外围设备中的USB控制器将数据经过该传输通路向主设备发送。在不直接插接的情况下，也可以由专门的USB电缆分别连接主设备上的USB 2.0接口和外围设备上的USB 2.0接口形成传输通路。 

外围设备在主设备发起的总线复位中与主设备执行高速握手建立高速连接，建立流程描述如下： 

步骤1：外围设备接入之后的数百毫秒内，主设备第一次启动总线复位(bus reset)，外围设备与主设备在第一次总线复位(bus reset)过程中执行高速握手，建立USB高速连接； 

USB接口通常包括4根信号线，分别为一对差分数据线D+和D-、VCC(电源)和GND(地)。在进行USB数据传输的过程中，当外围设备接入主设备之后，由于外围设备D+线上有一个1.5KΩ的上拉电阻，且下拉电阻 为15KΩ，外围设备D+线会加到近似90％的直流电平，当主设备探测到该D+线的高电平，就认为连接到全速设备，此时软件通过复位命令发送一个RESET信号到主设备，让主设备发送一个SE0信号(D+和D-都为低电平)超过10ms。外围设备检测到SE0信号后发送一个Chirp K信号给主设备(1～7ms的时间)，主设备的高速接收器若在外围设备发出Chirp K序列后2.5微秒内检测到，则响应传送一个交替的Chirp K和Chirp J信号序列(即Chirp K/J信号对)，外围设备检测到这6个线性调频脉冲Chirp序列(3个交替的KJ信号对)。主设备将连接端口置入高速启用状态，并从D+断开上拉电阻，启用高速设备终端，设置高速设备默认状态。若设备在RESET之后没有发出Chirp K信号或者设备没有检测到主设备响应的交替KJ信号序列，则高速设备就继续以全速模式进行操作。 

步骤2：主设备获取外围设备描述符(get device descriptor)； 

步骤3：主设备第二次启动总线复位(bus reset)，外围设备与主设备在第二次总线复位(bus reset)过程中执行高速握手，建立USB高速连接。 

经过上述步骤1～步骤3后，主设备枚举外围设备即获取外围设备基本信息后就可以开始在高速模式下进行数据传输了。高速握手的目的在于使主设备获知外围设备为高速设备，使外围设备获知主设备支持高速传输，如果高速握手不成功，则无法建立USB高速连接。 

在实际应用中，由于主设备中USB供电负载能力不同、走线质量的差异及外围设备自身布线布局等诸多因素的存在，使得有些外围设备与主设备之间的传输通路的电气特性较差，在这种情况下如果还是按照上述步骤强行建立高速连接，在数据传输过程中将导致大量的数据传输错误，这时需重新执行上述步骤1～2，然后主设备重新枚举设备，再重新开始数据重传，反而降低了传输速度，更严重的可能导致数据不停的重传而无法正常传输。 

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种数据传输速度自适应的方法，该方法能够在USB高速模式下的数据传输出现错误时，自适应改变传输速度。 

本发明的第二个目的在于提供一种数据传输速度自适应的装置，该装置能够在USB高速模式下的数据传输出现错误时，自适应改变传输速度。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

一种外围设备与主设备间通过通用串行总线进行数据传输的速度自适应的方法，该方法包括： 

A、在外围设备中预先设置用于写入指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值的高速握手标志位； 

B、主设备第一次向外围设备发送用于启动总线复位的SE0信号，外围设备检测到主设备发出的SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的用于向主设备表明自身是高速设备的chirp K信号，主设备检测到外围设备发出的chirp K信号持续了设定时间并结束后，向外围设备发出持续设定时间、连续、并用于向外围设备表明自身支持高速连接的chirp K/J信号对，建立外围设备与主设备之间的USB高速连接；主设备获取用于表征外围设备基本信息的外 围设备描述符；主设备第二次向外围设备发送用于启动总线复位的SE0信号，外围设备检测到主设备发出的SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的用于向主设备表明自身是高速设备的chirp K信号，主设备检测到外围设备发出的chirp K信号持续了设定时间并结束后，向外围设备发出持续设定时间、连续的、并用于向外围设备表明自身支持高速连接的chirp K/J信号对，建立外围设备与主设备之间的USB高速连接； 

C、在数据传输之前，所述外围设备在所述标志位中写入用于指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值； 

D、当外围设备在通过所述USB高速连接与主设备进行数据传输的过程中检测到主设备再次启动总线复位后，读取所述标志位中的取值，不向主设备发送chirp K信号，并与主设备建立USB全速连接。 

一种外围设备与主设备间通过通用串行总线进行数据传输的速度自适应的装置，所述装置包括：连接建立模块、禁止模块、高速传输模块和标志位模块； 

所述标志位模块，用于存储指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值； 

所述连接建立模块，用于包括检测单元、高速单元和全速单元，其中所述检测单元，用于检测主设备为启动总线复位而发送的第一次或第二次SE0信号，检测高速传输模块进行数据传输过程中主设备为启动总线复位而再次发送SE0信号；所述高速单元，用于在所述检测单元检测到所述第一次或第二次SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的外围设备用于向主设备表明自身是高速设备的chirp K信号，并接收主设备发送的持续设定时间的主设备用来向外围设备表明自身支持高速连接的chirp K/J信号对、与主设备建立USB高速连接，在所述检测单元检测到主设备再次发送SE0信号后，读取所述标志位模块中的取值，不向主设备发送chirp K信号；所述全速单元，用于在检测单元检测到主设备再次发送SE0信号时，与主设备建立USB全速连接； 

禁止模块，用于在所述连接建立模块与主设备建立USB高速连接后，在数据传输之前，通过向所述标志位模块中写入指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值，来禁止高速握手； 

高速传输模块，用于通过所述USB高速连接与主设备进行数据传输。 

由于在USB高速模式下的数据传输过程中，只有出现数据传输错误时主设备才会再次启动总线复位，以重新建立高速连接并进行数据重传，因此外围设备如果检测到数据传输过程中主设备再次启动总线复位，则说明传输通路的电气环境较差、不适宜采用高速进行数据传输。又由于在数据传输之前外围设备已禁止执行高速握手，主设备无法通过高速握手获知外围设备是高速设备，自适应的改变为执行USB全速连接建立。USB全速连接对传输通路电气特性的要求远远低于USB高速连接，可以适应较差的电气环境，从而避免在高速连接下不停地重传数据。 

图1为本发明中数据传输速度自适应的方法的流程图； 

图2为本发明中数据传输速度自适应的方法的实施例流程图； 

图3为第一次和第二次总线复位过程中的信号示意图； 

图4为禁止第三次总线复位过程中的信号示意图； 

图5为本发明数据传输速度自适应的装置的结构示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

图1为本发明中数据传输速度自适应的方法的流程图，该流程包括： 

步骤101：外围设备在主设备启动的总线复位中通过与主设备执行高速握手建立USB高速连接。 

步骤102：外围设备禁止执行高速握手。 

步骤103：当外围设备在通过USB高速连接与主设备进行数据传输的过程中检测到主设备再次启动总线复位时，与主设备建立USB全速连接。 

由于在USB高速模式下的数据传输过程中，只有出现数据传输错误时主设备才会再次启动总线复位，以重新建立高速连接并进行数据重传，因此外围设备如果检测到数据传输过程中主设备再次启动总线复位，则说明传输通路的电气环境较差、不适宜采用高速进行数据传输。又由于在数据传输之前外围设备已禁止执行高速握手，主设备无法通过高速握手获知外围设备是高速设备，自适应的改变为执行USB全速连接建立。USB全速连接对传输通路电气特性的要求远远低于USB高速连接，因此可以适应较差的电气环境，从而避免在高速连接下不停的重传数据。 

图2为本发明数据传输速度自适应的方法的实施例流程图，在本实施例中，主设备为个人电脑(PC，Personal Computer)，外围设备为带有U盘功能的多媒体手持设备；预先设置高速握手标志位。图2所示流程包括： 

步骤201：PC启动第一次总线复位(bus reset)。 

本步骤中，总线复位(bus reset)包括以下三个子步骤： 

1)PC发送用于启动总线复位的SE0信号；这一步骤为PC启动总线复位(bus reset)； 

2)手持设备检测到PC发出的SE0信号持续2.5微秒(us)到3毫秒(ms)时间后，向PC发送chirp K信号，并持续1～7ms，chirp K信号用于外围设备向主设备表明自身是高速设备；手持设备发出chirp K就是向PC表明自己是高速设备； 

3)PC检测到主设备发出的chirp K信号持续1～7ms并结束后，发出连续的chirp K/J信号对，即chirp K和chirp J信号交替出现形成的连续信号，该信号对将一直持续到总线复位(bus reset)设定时间结束前500至100us，chirp K/J信号对用于主设备向外围设备表明自身支持高速连接；PC发出chirp K/J信号对就是向手持设备表明自己支持高速连接。 

上述第2)步和第3)步为外围设备与主设备执行高速握手。 

通常的USB 2.0接口都具备四根信号线，一根电源线、一根地线和两根差分信号线，其中差分信号线以D+和D-表示，这两根差分信号线以不同的电平形成上述各信号。图3为第一次和第二次总线复位过程中的信号示意图，其中纵坐标轴代表电压，较粗实线代表D+上的电平，较细实线代表D-上的电平。 

上述SE0信号满足的条件为：D+＜0.3V且D-＜0.3V。 

上述chirp K信号满足的条件为：-900mV＜＝(D+-D-)＜＝-500mV。 

上述chirp J信号满足的条件为：700mV＜＝(D+-D-)＜＝1100mV。 

步骤202：PC获取设备描述符(get device descriptor)。 

本步骤与现有技术中执行的方法相同。 

步骤203：PC启动第二次总线复位(bus reset)。 

本步骤的执行过程与步骤201完全相同。 

经过上述步骤201～步骤203，PC与手持设备之间建立高速连接。 

步骤204：手持设备禁止执行高速握手。 

本步骤中，在PC与手持设备之间建立高速连接后，手持设备首先禁止后续再与PC执行高速握手，具体包括：在预设的高速握手标志位中写入用于指示总线复位过程中禁止向PC发送chirp K信号的取值。上述取值可以根据实际需要任意配置。 

步骤205：手持设备在数据传输过程中检测到PC第三次启动总线复位(bus reset)。 

本步骤中，同现有技术相同，PC是在高速模式下的数据传输中检测到三次数据传输错误后，才启动第三次总线复位(bus reset)。 

步骤206：手持设备读取高速握手标志位中的取值，确定不与PC进行高速握手，建立USB全速连接。 

本步骤中，手持设备在检测到PC第三次启动总线复位(bus reset)，即接收到PC发送的SE0信号后，读取高速握手标志位中的取值，由于在步骤204中该标志位中已写入禁止向PC发送chirp K信号的取值，因此手持设备不再发送chirp K信号。PC在总线复位(bus reset)设定的持续时间内如果没有收到chirp K信号则认为手持设备不是高速设备，从而与外围设备进入全速连接的建立过程，关于全速连接如何建立是现有技术中已有的内容。 

图4为禁止第三次总线复位过程中的信号示意图，图中的符号含义与图3中的相同。可以看出，由于手持设备禁止与PC之间的高速握手，PC接收不到手持设备发送的chirp K信号时将持续发送SE0信号。 

图5为本发明数据传输速度自适应的装置的结构示意图，该装置位于外围设备中。图5所示装置包括：连接建立模块、禁止模块和高速传输模块。其中， 

连接建立模块，用于在主设备启动的总线复位中通过与主设备执行高速握手建立USB高速连接，在高速传输模块进行数据传输的过程中检测到主设备再次启动总线复位时，与主设备建立USB全速连接。 

禁止模块，用于在所述连接建立模块与主设备建立USB高速连接后，禁止高速握手。 

高速传输模块，用于通过所述USB高速连接与主设备进行数据传输。 

与本发明方法中所述的相同，上述连接建立模块与外围设备建立USB高速连接的过程仍然包括三个阶段，即主设备第一次进行总线复位、主设备读取设备描述符和主设备第二次进行总线复位，且第一次和第二次总线复位中仍然包括如步骤201中所述的三个阶段，在这种情况下，连接建立模块包括：检测单元、高速单元和全速单元。其中， 

检测单元，用于检测主设备为启动总线复位而发送的第一次或第二次SE0信号；检测高速传输模块进行数据传输过程中主设备为启动总线复位而再次发送SE0信号。 

高速单元，用于在所述检测单元检测到第一次或第二次SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的chirp K信号，并接收主设备发送的持续设定时间的chirp K/J信号对、与主设备建立USB高速连接。 

全速单元，用于在检测单元检测到主设备再次发送SE0信号时，与主设备建立USB全速连接。 

为实现禁止高速握手，本发明的装置中进一步包括标志位模块，用于存储指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值。 

上述禁止模块，在所述高速单元与主设备建立USB高速连接后，通过向所述标志位模块中写入指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值，来禁止高速握手。 

上述chirp K信号和chirp K/J信号对的含义与前文方法中介绍的相同。 

本发明提供的上述装置可以位于外围设备的USB控制器中，其中的标志位模块可以由寄存器实现，向标志位模块中写入取值可以由调用寄存器接口、配置寄存器的取值实现。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种外围设备与主设备间通过通用串行总线USB进行数据传输的速度自适应的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、在外围设备中预先设置用于写入指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值的高速握手标志位；

B、主设备第一次向外围设备发送用于启动总线复位的SE0信号，外围设备检测到主设备发出的SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的用于向主设备表明自身是高速设备的chirp K信号，主设备检测到外围设备发出的chirp K信号持续了设定时间并结束后，向外围设备发出持续设定时间、连续、并用于向外围设备表明自身支持高速连接的chirp K/J信号对，建立外围设备与主设备之间的USB高速连接；主设备获取用于表征外围设备基本信息的外围设备描述符；主设备第二次向外围设备发送用于启动总线复位的SE0信号，外围设备检测到主设备发出的SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的用于向主设备表明自身是高速设备的chirp K信号，主设备检测到外围设备发出的chirp K信号持续了设定时间并结束后，向外围设备发出持续设定时间、连续的、并用于向外围设备表明自身支持高速连接的chirp K/J信号对，建立外围设备与主设备之间的USB高速连接；

C、在数据传输之前，所述外围设备在所述标志位中写入用于指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值；

D、当外围设备在通过所述USB高速连接与主设备进行数据传输的过程中检测到主设备再次启动总线复位后，读取所述标志位中的取值，不向主设备发送chirp K信号，并与主设备建立USB全速连接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C之后、步骤D之前，进一步包括：主设备检测到的数据传输错误达到了设定的次数。

3.一种外围设备与主设备间通过通用串行总线进行数据传输的速度自适应的装置，其特征在于，所述装置包括：连接建立模块、禁止模块、高速传输模块和标志位模块；

所述标志位模块，用于存储指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值；

所述连接建立模块包括检测单元、高速单元和全速单元，其中所述检测单元，用于检测主设备为启动总线复位而发送的第一次或第二次SE0信号，检测高速传输模块进行数据传输过程中主设备为启动总线复位而再次发送SE0信号；所述高速单元，用于在所述检测单元检测到所述第一次或第二次SE0信号持续设定时间后，向主设备发送持续设定时间的外围设备用于向主设备表明自身是高速设备的chirp K信号，并接收主设备发送的持续设定时间的主设备用来向外围设备表明自身支持高速连接的chirp K/J信号对、与主设备建立USB高速连接，在所述检测单元检测到主设备再次发送SE0信号后，读取所述标志位模块中的取值，不向主设备发送chirp K信号；所述全速单元，用于在检测单元检测到主设备再次发送SE0信号时，与主设备建立USB全速连接；

禁止模块，用于在所述连接建立模块与主设备建立USB高速连接后，在数据传输之前，通过向所述标志位模块中写入指示总线复位过程中禁止向主设备发送chirp K信号的取值，来禁止高速握手；

高速传输模块，用于通过所述USB高速连接与主设备进行数据传输。

Images