CN101710313B - 一种可动态配置的usb端口复用方法、系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可动态配置USB端口复用的方法、系统和装置，采用本发明可以实现普通端点和复用端点的多个实例并存，不同传输方式的端点并存，动态配置而不影响上层应用的特点，提高了数据传输的灵活性。克服现有技术中存在的USB端点复用死板缺少灵活性、不区分各种传输数据的特点而统一处理、不能运行中动态配置的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统技术领域，更具体地，涉及一种可动态配置的USB端口复用方法、系统和装置。
背景技术
随着通讯技术领域新需求、新应用日益增多，移动终端(如手机和数据卡)作为移动通信设备，承载的功能和应用也越来越多。通过USB口把移动终端接到PC(Personal Computer)机上，其与PC机可能同时有多种通信，例如通过网络下载音乐视频到PC机上，在PC机和具有U盘功能的移动终端之间进行数据传输，语音数据的双向传输，PC下发给移动终端的命令设置信息和其他一些特殊应用通信等。
对于上述多种应用通信，最好是各自都有独立的端口进行通信，然而实际上物理端点不可能有那么多，也没必要那么多，硬件也不可能随意跟着软件应用频繁变动。因此，有人提出多端口复用的概念，即在一个物理端点上虚拟出多个逻辑端口，每个逻辑端口供一个应用使用。但是，这种方案把所有的应用通信数据都集中到一个物理端点进行传输，失去了USB端点本身具有的多种传输方式、多种传输速率的灵活配置方式，同时也没有考虑为避免其他应用干扰，有些关键通信数据必须放在独立通道进行传输。另外，有些应用只在开启时才进行通讯，没有必要自始至终都建立通道，浪费软硬件资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的USB端点复用死板缺少灵活性、不区分各种数据传输的特点而统一处理、不能运行中动态配置的技术缺陷。
为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是提供一种可动态配置的USB端口复用方法，包括：USB物理端点管理模块把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点；USB端点复用模块根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程；上层逻辑端口模块提供上层应用操作USB底层的接口，对数据进行处理。
进一步地，上述方法还包括：所述上层逻辑端口包括写接口和读接口，所述写接口把下行数据发往逻辑端口发送队列，等待发送线程的处理；所述读接口则直接从对应逻辑端口接收队列中读取数据提供给上层应用。
进一步地，上述方法还包括：所述USB物理端点管理模块初始化时为每个端点指定接收/发送中断处理函数，接收端点在接收中断处理函数中把数据发往指定的队列中，发送端点发送完指定数据后就触发发送中断处理函数。
进一步地，上述方法还包括：如果所述端点是单应用端点，上行数据直接发往对应逻辑端口队列，下行数据直接通过对应物理端点进行发送。
进一步地，上述方法还包括：如果所述端点是复用端点，上行数据在接收中断处理函数中发往对应的物理端点接收队列中，在接收线程中读取该队列数据，进行解析桢数据，发往该桢所标志的逻辑端口接收队列；下行数据保存在逻辑端口发送队列中，发送函数可以根据逻辑端口的优先级读取对应逻辑端口的下行数据队列，进行编码、组桢发往对应的物理端点。
进一步地，上述方法还包括：所述上层逻辑端口模块封装了各个逻辑端口底层是否复用的差异性，每个逻辑端口对上层应用一样的接口。
本发明还提供一种可动态配置的USB端口复用系统，包括：
计算机主机、移动终端和连接计算机主机与移动终端的USB端口；所述计算机主机包括PC侧软件；所述移动终端包括相互通信的端点复用层和上层应用层；所述移动终端与PC侧软件进行通讯，所述端点复用层把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点；并根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程；提供上层应用操作USB底层的接口，对数据进行处理。
本发明还提供一种可动态配置的USB端口复用装置，包括：USB物理端点管理模块、USB端点复用模块和上层逻辑端口模块；其中USB物理端点管理模块把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点；USB端点复用模块根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程；上层逻辑端口模块提供上层应用操作USB的底层接口，对数据进行处理。
进一步地，上述装置还包括：所述上层逻辑端口包括写接口和读接口，所述写接口把下行数据发往逻辑端口发送队列，等待发送线程的处理；所述读接口则直接从对应逻辑端口接收队列中读取数据提供给上层应用。
进一步地，上述装置还包括：所述逻辑端口是双向通道，所述物理端点是单向通道，一个逻辑端口映射两个物理端口，用一个数组记录所述映射信息，数组长度为逻辑端口的个数，当应用增加，定义更大长度的数组并使之映射到某个合适的物理端点，即可增加逻辑端口的数量供新的应用使用。
进一步地，上述装置还包括：当要配置某个物理端点时，先查询端点配置表，统计有多少逻辑端口映射到该端点，如果没有逻辑端口映射到该端点，则不必初始化该端点；如果只有一个逻辑端口映射到该端点，则属于一个逻辑端口独享一个物理端点的传统方式；此时给该物理端点初始化时，所指定的接收中断处理函数中直接把接收到的数据发送到对应逻辑端口接收队列中，所创建的发送线程也只负责将指定逻辑端口发送队列中的数据发送到对应物理端点中；如果有多于一个的逻辑端口映射到该端点，则需要将该端点初始化为端口复用模式，即所指定的接收中断处理函数接收到的数据需经过接收线程分桢，解码后分发到对应的逻辑端口接收队列中；而发送线程则需查询对应几个逻辑端口的发送队列，一旦检测到数据就开始编码，组桢发送到该物理端点。
综上，采用本发明所述的方法、系统和装置，可以实现普通端点和复用端点的多个实例并存，不同传输方式的端点并存，动态配置而不影响上层应用的特点，提高了数据传输的灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例可动态配置的USB端口复用系统示意图；
图2是本发明实施例可动态配置的USB端口复用装置示意图；
图3是本发明实施例可动态配置的USB端口复用装置在数据卡中的应用示意图；
图4是本实施例中USB物理端点配置流程图；
图5是本发明实施例USB物理端点的可配置项示意图；
图6是本发明实施例中单应用端点数据流示意图；
图7是本发明实施例中复用端点数据流示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案的具体实施作进一步的详细描述：
图1是本发明可动态配置的USB端口复用系统实施例示意图。该系统包括计算机主机、移动终端和连接计算机主机与移动终端的USB端口。所述计算机主机包括PC侧软件。所述移动终端包括相互通信的端点复用层和上层应用层。所述移动终端与PC侧软件进行通讯，所述端点复用层负责管理USB设备，并对上层应用提供足够多的通讯接口。
如图2所示，其是本发明可动态配置的USB端口复用装置实施例示意图，所述端口复用装置包括：USB物理端点管理模块、USB端点复用模块和上层逻辑端口模块。
USB物理端点管理模块：负责USB端点的配置和初始化。根据设计方案该模块可以把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点，并可以指定接收/发送中断处理函数。接收端点在接收中断处理函数中把数据发往指定的队列中，发送端点发送完指定数据后就触发发送中断处理函数。
USB端点复用模块：根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程，完成相应的功能。如果是单应用端点，上行数据就直接发往对应逻辑端口队列，下行数据就直接通过对应物理端点进行发送。如果是复用端点，上行数据在接收中断处理函数中发往对应的物理端点接收队列中，在接收线程中读取该队列数据，进行解析桢数据，发往该桢所标志的逻辑端口接收队列；下行数据则存在几个逻辑端口发送队列中，发送函数可以根据逻辑端口的优先级读取对应逻辑端口的下行数据队列，进行编码、组桢发往对应的物理端点。
上层逻辑端口模块：该模块提供上层应用操作USB底层的接口，封装了各个逻辑端口底层是否复用的差异性。每个逻辑端口，不管底层如何实现，对上层应用都是一样的接口。该模块写接口把下行数据发往逻辑端口发送队列，等待发送线程的处理；读接口则直接从对应逻辑端口接收队列中读取数据提供给上层应用。
如图3所示，是本发明可动态配置的USB端口复用装置在数据卡中的应用示意图。可以看出所述复用装置对下依赖USB硬件资源工作，向上对应用和PC侧通讯负责，将应用层下发的数据编码然后正确地传输给USB设备，并把USB接收的数据解码发送到正确的应用。
端点配置表反映了逻辑端口和物理端点的映射关系，每个逻辑端口是双向的通道，而物理端点则是单向通道，因此一个逻辑端口对应两个物理端口，技术人员可以根据实际情况自由映射。而这些映射信息对上层应用是透明的，但封装了底层实现细节。在该实施例中可以用一个数组记录这些映射信息，数组长度为逻辑端口的个数。当应用增加，只需定义更大长度的数组并使之映射到某个合适的物理端点，即可增加逻辑端口的数量供新的应用使用。物理端点的选择可以根据数据传输方式和优先级进行选择，体现了本发明的灵活性。
当要配置某个物理端点I时，先查询端点配置表，统计有多少逻辑端口映射到该端点。如果没有逻辑端口映射到该端点，则不必初始化该端点。
如果只有一个逻辑端口映射到该端点，则属于一个逻辑端口独享一个物理端点的传统方式。此时给该物理端点初始化时，所指定的接收中断处理函数中直接把接收到的数据发送到对应逻辑端口接收队列中，所创建的发送线程也只负责将指定逻辑端口发送队列中的数据发送到对应物理端点中。
如果有多于一个的逻辑端口映射到该端点，则需要将该端点初始化为端口复用模式，即所指定的接收中断处理函数接收到的数据需经过接收线程分桢，解码后分发到对应的逻辑端口接收队列中；而发送线程则需查询对应几个逻辑端口的发送队列，一旦检测到数据就开始编码，组桢发送到该物理端点。
重复上述步骤，直至完成所有物理端点即完成了端点配置。当应用增加，需要添加通讯接口时，可以修改端点配置表后，重新进行上述配置过程。
| 逻辑端点 | 对应的IN物理端点 | 对应的OUT物理端点 |
| PORT_0(控制通道) | EP_0 | EP_0 |
| PORT_1(应用1) | EP_1 | EP_1 |
| PORT_2(应用2) | EP_2 | EP_2 |
| PORT_3(应用3) | EP_2 | EP_2 |
| PORT_4(应用4) | EP_2 | EP_2 |
| PORT_5(应用5) | EP_3 | EP_3 |
| PORT_6(应用6) | EP_3 | EP_3 |
| PORT_7 | EP_invalid | EP_invalid |
| …… | …… | …… |
| PORT_n | EP_invalid | EP_invalid |
表1 端点配置表
如图4所示，是本实施例中USB物理端点配置流程图。下面详细介绍物理端点配置的实现流程，其包括以下步骤：
步骤401在配置开始时清除之前配置所分配的资源；
步骤402准备配置物理端点I；
步骤403读取端点配置表，统计其对应的逻辑端口数；
步骤404判断对应逻辑端口数是否为0，如果是0则转入步骤408，如果不是0则转入步骤405；
步骤405判断对应逻辑端口数是否为1，如果是1则转入步骤409，如果不是1则转入步骤406；
步骤406用复用端点配置初始化该端点；
步骤407创建该端点的相关队列资源和接受/发送线程；
步骤408判断是否已遍历所有端点；如果是，则转入步骤410，如果否，则转入步骤402；
步骤409用非复用端点配置初始化该端点；
步骤410配置结束。
如图5所示，是本发明实施例USB物理端点的可配置项。其包括接收中断、接收线程、发送中断、发送线程和端点选项。为配置一个物理端点的参数，即各个物理端点不同的地方，发送/接收中断处理函数是物理端点初始化时必须指定的，它们在单应用端点和复合端点上可以统一，即这两个函数可以在不同配置中实现重用。因为发送中断处理函数仅仅相当于一个消息，通知发送完成，而接收中断处理函数则仅仅把USB数据读出来发往一个指定的队列，在不同端点之间仅仅是队列不同而已。
发送线程和接收线程则体现了单应用端点和复合端点之间的差异性和不同配置之间的差异性。因此，要添加一个新的配置时，只需实现一个新的发送/接收线程并把它作为新配置的元素即可，整个框架不需作出修改。因为单应用端点直接把USB数据发送到逻辑端口的接收队列，不用任何处理，因此不需要接收线程。
端点选项则体现USB端点本身具有的一些选项，如传输方式(中断、控制、同步或批传送方式)、传输方向、是否支持DMA等。
如图6所示，对单应用端点数据流作详细描述如下：
A：数据接收
当接收端点接收到数据，产生接收中断，在中断中读取USB数据后直接发往该端点所对应的逻辑端口接收队列。即端点和逻辑端口之间的桥梁就是逻辑端口的接收队列，这样USB和上层应用之间有了队列缓冲，一方面保证了接收中断处理的简洁性，又确保上层应用可以随时查询到来数据。更为重要的是，保持了单应用端点和复用端点接收中断函数的统一，仅仅是目标队列不一样。
B：数据发送
发送线程一直监测该物理端点对应的逻辑端口发送队列，一旦有数据到来，就把数据发送到该物理端点。没有数据时，线程被队列阻塞掉，不影响CPU资源。
如图7所示，对复用端点数据流作详细描述如下：
A1：数据接收
当USB数据到来时，接收端点产生接收中断。中断中把数据发往RXQueue(端点接收队列)，此队列是复用端点和接收线程之间的桥梁。接收线程不断检测RX Queue，一旦有数据则进行数据的分桢，解码后发送到该桢标示的逻辑端口接收队列。具体编码/解码协议可参考文档《3GPP TS 27.010》。如果没有数据到来，则线程被队列阻塞掉，不影响CPU资源。上层应用则随时查询其对应的逻辑端口，读取数据，保证了该模块对上层接口的统一性。
B1：数据发送
当上层各个应用把要发送的数据写入逻辑端口后，首先进入各个逻辑端口的发送队列中。应用无需等待数据真正发送即可返回，这样，逻辑端口的发送队列实际上担负了上层应用和USB之间的一个缓冲区，中间媒介，不会使两者之间产生相互等待或过多干扰。
发送线程时刻监测着其对应几个逻辑端口的发送队列，一旦发现有数据到来，就进行读取、编码、组桢并发送到它的物理端点。具体编码/解码协议可参考文档《3GPP TS 27.010》。同一个物理端点对应的逻辑端口也可以划分优先级，优先级较高的逻辑端口可以优先发送。这一优先级策略完全体现在发送线程中，可以把不同优先级策略、不同传输方式(如中断方式、DMA方式，它们对硬件的操作不同)的发送线程作为不同配置方案的元素，这样，可以根据不同应用的数据传输特点把它们安排在不同的物理端点上。真正实现灵活分配，按需分配。
本实施例中可以用一信号量标示该物理端点对应各个逻辑端点发送队列的数据情况，一旦来数据则释放该信号量，发送线程则监测该信号量是否有数据到来。没有数据时，则阻塞发送线程，以节约宝贵的CPU资源。
发送中断处理函数完全可以与单应用物理端点的发送中断处理函数一致，因为对于USB来数它不区分数据的格式，仅仅作为一段数据流而已。因此，接受/发送中断处理函数在不同的配置中可以重复使用。
采用本发明所述方法、装置和系统，与现有技术相比，可以实现普通端点和复用端点的多个实例并存，不同传输方式的端点并存，动态配置而不影响上层应用的特点，提高了数据传输的灵活性。
当然，本发明还可有多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的更改或变化，但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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种可动态配置的USB端口复用方法，包括：USB物理端点管理模块把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点；USB端点复用模块根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程；上层逻辑端口模块提供上层应用操作USB底层的接口，对数据进行处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述上层逻辑端口包括写接口和读接口，所述写接口把下行数据发往逻辑端口发送队列，等待发送线程的处理；所述读接口则直接从对应逻辑端口接收队列中读取数据提供给上层应用。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述USB物理端点管理模块指定接收/发送中断处理函数，接收端点在接收中断处理函数中把数据发往指定的队列中，发送端点发送完指定数据后就触发发送中断处理函数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述端点是单应用端点，上行数据直接发往对应逻辑端口队列，下行数据直接通过对应物理端点进行发送。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述端点是复用端点，上行数据在接收中断处理函数中发往对应的物理端点接收队列中，在接收线程中读取该队列数据，进行解析桢数据，发往该桢所标志的逻辑端口接收队列；下行数据保存在逻辑端口发送队列中，发送函数可以根据逻辑端口的优先级读取对应逻辑端口的下行数据队列，进行编码、组桢发往对应的物理端点。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述上层逻辑端口模块封装了各个逻辑端口底层是否复用的差异性，每个逻辑端口对上层应用是一样的接口。
7.一种可动态配置的USB端口复用系统，包括：包括计算机主机、移动终端和连接计算机主机与移动终端的USB端口；所述计算机主机包括PC侧软件；所述移动终端包括相互通信的端点复用层和上层应用层；所述移动终端与PC侧软件进行通讯，所述端点复用层把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点；并根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程；提供上层应用操作USB的底层接口，对数据进行处理。
8.一种可动态配置的USB端口复用装置，包括：USB物理端点管理模块、USB端点复用模块和上层逻辑端口模块；其中USB物理端点管理模块把USB物理端点初始化为不同传输方式、不同传输速率的端点；USB端点复用模块根据物理端点配置启用不同的发送/接收线程；上层逻辑端口模块提供上层应用操作USB的底层接口，对数据进行处理。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述上层逻辑端口包括写接口和读接口，所述写接口把下行数据发往逻辑端口发送队列，等待发送线程的处理；所述读接口则直接从对应逻辑端口接收队列中读取数据提供给上层应用。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述逻辑端口是双向通道，所述物理端点是单向通道，一个逻辑端口映射两个物理端口，用一个数组记录所述映射信息，数组长度为逻辑端口的个数，当应用增加，定义更大长度的数组并使之映射到某个合适的物理端点，即可增加逻辑端口的数量供新的应用使用。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于：当要配置某个物理端点时，先查询端点配置表，统计有多少逻辑端口映射到该端点，如果没有逻辑端口映射到该端点，则不必初始化该端点；如果只有一个逻辑端口映射到该端点，则属于一个逻辑端口独享一个物理端点的传统方式；此时给该物理端点初始化时，所指定的接收中断处理函数中直接把接收到的数据发送到对应逻辑端口接收队列中，所创建的发送线程也只负责将指定逻辑端口发送队列中的数据发送到对应物理端点中；如果有多于一个的逻辑端口映射到该端点，则需要将该端点初始化为端口复用模式，即所指定的接收中断处理函数接收到的数据需经过接收线程分桢，解码后分发到对应的逻辑端口接收队列中；而发送线程则需查询对应几个逻辑端口的发送队列，一旦检测到数据就开始编码，组桢发送到该物理端点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Siyuan Inventor before: Liu Yongchao |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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Effective date of registration: 20190115 Address after: 523000 1F, Block B, No. 3 Factory District, Fulong Village, Shipai Town, Dongguan City, Guangdong Province Patentee after: Dongguan Junle Hardware Technology Co.,Ltd. Address before: 523000 Fulong Upper and Lower Street Factory District, Shipai Town, Dongguan City, Guangdong Province Patentee before: DONGGUAN QUNJIE HARDWARE TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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