CN101989248A - 一种usb设备和usb设备重启的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种USB设备和USB设备重启的方法。所述方法为在USB设备与主机失去通信时，USB设备控制器先后向收发器宏单元发送断开信号和重启信号。所述设备，包括MCU、与MCU连接的USB设备控制器和与USB设备控制器连接的UTMI，其中，还包括用于在USB设备与主机失去通信时向MCU发送Err_ModeChg信号的异常检测模块。本发明通过在USB设备与主机失去通信时，USB设备控制器先后向收发器宏单元发送断开信号和重启信号，使得USB设备与主机进行了一次虚拟的插拔操作，实现了USB设备的重启。

Description

一种USB设备和USB设备重启的方法

技术领域

本发明涉及一种符合USB2.0协议与USB2.0 OTG补充协议的USB设备领域，具体涉及一种USB设备的重启。

背景技术

参照图1，图1是一般USB2.0设备的结构框图，对于一般的USB 2.0设备(下面简称USB设备)，主要包括MCU1(Micro Controller Unit，微控制单元)、与MCU1连接的USB设备控制器2、与USB设备控制器2连接的UTMI3(Transceiver Macrocell Interface，收发器宏单元)等控制部分。MCU1是USB设备的主要控制装置；USB设备控制器2用于完成USB协议所规定的功能，实现与UTMI3的对接、协议包的处理(包括编码、解码与校验位的生成与校验)、对端点实现控制、FIFO控制，与MCU/CPU的对接等。UTMI3用于完成USB格式数据的接收与外发工作，主要负责数据的并转串与串转并转换、位填充、时钟恢复和同步操作等USB总线上的协议与信号处理操作。

UTMI依据数据传输速率，可以分为支持高速/全速、支持全速与支持低速三种。对于全速与低速的UTMI，就不存在速率选择问题，也就无需高速握手。

UTMI工作模式有四种：Mode 0、Mode 1、Mode 2，Mode 3。Mode 0、Mode 1、Mode 2，分别对应正常工作模式、无驱工作模式、位缓冲与非归零编码禁止模式，Mode 3没有定义。

Mode 0：收发器宏单元处于正常工作模式，可以处理USB数据的编码工作。

Mode 1：高速或全速收发器宏单元支持软件连接与断开功能使能。USB设备控制器通过将Opmode设置为“01”，使得DP和DM呈现三态，从而使得设备对于上行端口来说是不可见的，USB设备是处于一种假断开状态。

Mode 2：位缓冲和NRZI(非归零编码)失效。同时在该模式下，UTMI会自动完成同步操作和EOP(End Of Packet，包结束标志)。

图2是USB设备控制器与UTMI之间的主要通信关系图，如图2所示，USB设备控制器与UTMI的传输信号包括CLK(时钟信号)、Reset(复位信号)、TermSelect(传输结束选择信号)、SuspendM(宏单元挂起信号)、XcvrSelect(收发器单元选择信号，选择高速或全速)、LineState(DP与DM信号线的当前状态)、OpMode(工作模式选择信号)。OpMode是USB设备控制器的一路2位输出信号，该信号会直接由USB设备控制器输入给UTMI，UTMI会根据不同的OpMode值来切换UTMI的工作模式，从而作用整个设备，使USB设备工作模式发生变化。图3是UTMI工作模式与OpMode数值对应关系图，如图3所示，UTMI的工作模式与OpMode信号的对应关系如下：

当OpMode为00时，UTMI的工作模式对应为Mode 0；

当OpMode为01时，UTMI的工作模式对应为Mode 1；

当OpMode为10时，UTMI的工作模式对应为Mode 2；

当OpMode为11时，UTMI的工作模式对应为Mode 3；

在主机与USB设备进行通信的过程中，主机完成对设备的上电、复位、配置等一系列枚举操作后，会进入正常的数据传输阶段。而在正常的数据传输过程当中，主机与USB设备会由于软件或硬件的多种异常，而无法继续完成用户期望的任务。在这种情况下，对于外置的USB设备，用户可以人为的将USB设备从主机上拔出，来重新进行一次手动连接到USB总线的插入操作，既而用户可以在主机与USB设备间对数据进行操作；对于内置的USB设备，很难实现用户的手动插拔操作，用户必须重新启动USB主机，做到断开与USB设备的总线连接，然后再重新建立与USB设备的总线活动，从而来重建一次与内置USB设备的通信。

目前对于上述问题的处理方法，不管是哪一种都会给用户带来诸多不便。首先，频繁的插拔操作会带来硬件无谓的磨损的同时，还会让用户误认为自己购买的主机/USB设备有问题，带来退货或者反复的维修等操作。其次，频繁的重启主机会给使用者带来更为多样化的不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

在正常的数据传输过程当中，主机与USB设备由于软件或硬件的多种异常，USB设备失去与主机通信时，在不进行插拔操作的情况下，USB设备不能重启。

本发明提供的技术方案

一种USB设备重启的方法，其特在于，在USB设备与主机失去通信时，USB设备控制器先后向收发器宏单元发送断开信号和重启信号。

本发明还提供一种USB设备，包括MCU、与MCU连接的USB设备控制器和与USB设备控制器连接的UTMI，其中，还包括用于在USB设备与主机失去通信时向MCU发送Err_ModeChg信号的异常检测模块。

本发明技术方案的有益效果

本发明通过在USB设备与主机失去通信时，USB设备控制器先后向收发器宏单元发送断开信号和重启信号，使得USB设备与主机进行了一次虚拟的插拔操作，实现了USB设备的重启。

附图说明

图1是一般USB2.0设备的结构框图；

图2是USB设备控制器与UTMI之间的主要通信关系图；

图3是UTMI工作模式与OpMode数值对应关系图；

图4是USB设备重启流程图；

图5是本发明一实施例的USB设备结构框图；

图6是异常检测模块结构示意图；

图7是一具体的异常检测模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明，应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述的USB设备重启为USB设备与主机在建立正常通信之后由于某种原因而导致通信中断而USB设备再次与主机建立正常通信。

本发明所述的USB设备重启的方法是USB设备在确定与主机失去通信时，USB设备控制器先后向收发器宏单元(UTMI)发送断开信号和重启信号。所述断开信号为“01”的OpMode信号；所述重启信号为“00”的OpMode信号。当UTMI接收到为“01”的OpMode信号时，UTMI的工作模式为Made1，此时，UTMI就会工作在无驱模式下，从而导致整个USB设备工作在无驱模式下，即实现了USB设备与主机的“断开”，此时USB设备与主机之间在物理上还是连接的。当UTMI接收到为“00”的OpMode信号时，UTMI的工作模式为Made 0，此时，UTMI就会工作在正常模式下，USB设备重新进行一次上电、复位、枚举等操作，实现再次与主机通信。因此，本发明的USB设备重启的方法是在USB设备不需要拔出再插上进行再次与主机进行通信，实现USB设备重启。

图4为USB设备实现重启的流程图，参照图4，提出本发明USB设备实现重启方法的优选实施例，具体步骤如下：

S100，检测SOF包，并开始计时，用于判断USB设备是否与主机正常通信。USB设备与主机进行正常通信时，USB设备会接收到主机发送的SOF包(Start Of Frame：帧开始包)。全速与低速设备SOF帧间隔为1ms，高速设备SOF帧间隔为0.125ms。此时也可以通过检测USB设备总线上的其他数据，例如与差分信号线上信号对应的数据，当然选择不同，下面步骤对应要作相适应的调整，此相适应的调整为本领域技术人员不经过创造性劳动就可以做到的。

S200，判断是否连续T1时间内没有接收SOF包，如果是则执行步骤S300，否则，执行步骤S100。本步骤中T1的长短决定了USB设备自动重启所需要的时间，理论上可以为无限长时间，也可以为很短的时间。但是，考虑到实用性，本发明选择T1为小于等于3s，本实施例优选T1小于等于1s，具体本实施例选择T1等于1s，以实现USB快速重启。

判断是否连续T1时间内没有接收SOF包的方法是：在检测到一个SOF包时计时器重新开始计时，将计时器的值t1与T1进行实时比较，如果计时器的值t1大于等于T1，则认为连续的T1时间没有接收到SOF包。反之，认为在T1时间内接收到SOF包。

S300，此时由于USB设备在规定时间内没有接收到主机的SOF包，则USB设备认为其已经与主机失去通信，所以异常检测模块向MCU发送Err_ModeChg信号，所述Err_ModeChg信号为中断信号，此时重新开始计时为t2。Err_ModeChg信号可以为高电平，也可以为低电平，本实施例选择Err_ModeChg信号为高电平。

S400，MCU在接收到Err_ModeChg信号后，向USB设备控制器发送一断开触发信号，使USB设备控制器的输出信号OpMode转换为“01”。当UTMI接收到为“01”的OpMode信号时，UTMI的工作模式则会变为Mode 1，此时，UTMI就会工作在无驱模式下，从而导致整个USB设备工作在无驱模式下，即实现了设备与主机的断开。

S500，MCU发送断开信号之后的T2时刻，MCU向USB设备控制器发送重启触发信号。MCU向USB设备控制器发送重启触发信号只要在时间上位于发送Err_ModeChg信号之后即可。本发明实施例加入此步骤，是为了使USB设备在重启之前能够使得自身状态稳定。本步骤中T2小于等于1s大于等于10ms，本实施例选择T2为500ms。

S600，USB设备控制器接收重启触发信号之后向UTMI发送为“00”的OpMode信号。当UTMI检测为“00”的OpMode信号时，UTMI的工作模式切换为Mode 0，此时，UTMI就会工作在正常模式下。

S700，USB设备重新进行一次上电、复位、枚举等操作，与主机重新建立通信，从而完成USB设备自动重启。

本发明实施例的USB设备重启方法，在不用重新连接主机与USB设备的情况下，完成两者的自动重新连接进而实现USB设备的重启。

本发明还提供一种USB设备，所述USB设备包括MCU、与MCU连接的USB设备控制器和与USB设备控制器连接的UTMI，其中，还包括用于在USB设备与主机失去通信时向MCU发送Err_ModeChg信号的异常检测模块。本实施例的USB设备在与主机失去通信时，异常检测模块通过拉高电平，产生Err_ModeChg信号，然后将Err_ModeChg信号发送给MCU，MCU在收到该Err_ModeChg信号后，向USB设备控制器发送断开触发信号，USB设备控制器在断开触发信号的控制下向UTMI发送断开信号，所述断开信号本实施例选为“01”的OpMode信号，UTMI收到为“01”的OpMode信号时，UTMI的工作模式则会变为Mode 1，此时，UTMI就会工作在无驱模式下，从而导致整个USB设备工作在无驱模式下，即实现了设备与主机的断开。在异常检测模块将Err_ModeChg信号发送给MCU之后的T2时刻，MCU向USB设备控制器发送重启触发信号使其向UTMI发送重启信号，所述重启信号本实施选为“00”的OpMode信号。UTMI收到为“00”的OpMode信号时，UTMI的工作模式切换为Mode 0，此时，UTMI就会工作在正常模式下，USB设备重新进行一次上电、复位、枚举等操作，与主机重新建立通信，从而完成USB设备自动重启。

所述异常检测模块包括Err_ModeChg信号生成模块，所述Err_ModeChg信号生成模块生成的Err_ModeChg信号可以是高电平也可以低电平。本实施例优选的Err_ModeChg信号是高电平。Err_ModeChg信号生成模块的作用是在USB设备在与主机失去通信时，产生一个电平阶跃的动作。本实施例提供一种实现电平阶跃的电路，由电源和上拉电阻组成。

图5是本发明一实施例的USB设备结构框图；参照图5，本发明实施例的USB设备包括MCU1、与MCU1连接的USB设备控制器2和与USB设备控制器2连接的UTMI3，其中，还包括用于在USB设备与主机失去通信时向MCU1发送Err_ModeChg信号的异常检测模块4，所述异常检测模块4分别与USB设备控制器2和MCU1连接。图6是异常检测模块结构示意图，图7是一具体的异常检测模块结构示意图，参照图6、图7，所述异常检测模块4包括与USB设备控制器连接的USB总线数据检测模块400、与USB总线数据检测模块400连接的计时器420、与计时器420连接的比较模块440和与比较模块440连接的Err_ModeChg信号生成模块430。

所述USB总线数据检测模块400检测USB设备总线上的数据，如果检测到总线上有数据，则向计时器420发送信号。所述USB总线数据检测模块400为本领域技术人员通过数字电路设计不用经过创造性劳动可以得到的，在此，不再赘述。

本发明实施例优选USB总线数据检测模块400为SOF包检测模块410，用于检测USB设备总线上的SOF包。

所述计时器420，可以是USB设备自身的计时器，也可以是新增的计时器，本实施例优选新增的计时器，这样异常检测模块4可以有更高的移植性。所述SOF包检测模块410在检测到一个SOF包时，向计时器420发送信号，计时器420接收信号重新开始计时。并且所述计时器420实时将与时间累计值发送到比较模块440。计时器420可以为一个，也可以为两个。

所述比较模块440为一比较器，用于对计时器420发出的时间累计值进行比较，然后向Err_ModeChg信号生成模块430和MCU1发送触发信号。

所述Err_ModeChg信号生成模块430与上一实施例相同，在此不再赘述。

本实施例的USB设备的工作原理，参照图4、图5、图7，介绍如下：

SOF包检测模块410检测到一个SOF包时，向计时器420发送信号，计时器420接收信号重新开始计时，计时值为t1。如果USB设备与主机通信正常，则SOF包检测模块410会连续检测到SOF包，那么计时器420就会始终处在短时间计时阶段，那么比较模块440就会产生低电平，Err_ModeChg信号生成模块430不向MCU1发送高电平信号，USB设备处于正常工作状态。如果USB设备与主机失去通信，则SOF包检测模块410在检测到最后一个SOF包后会连续检测不到SOF包，那么计时器420就不会重新开始计时，当计时器420的值t1经过比较模块440比较之后证实为大于等于T1时，比较模块440向Err_ModeChg信号生成模块430发送高电平。如果计时器为一个时，此时计时器重新开始计时，计时值为t2；如果计时器为两个时，该计时器停止计时并清零，另一计时器开始计时，计时值为t2。Err_ModeChg信号生成模块430会根据比较模块440输出的高电平信号而产生一高电平反馈给MCU1。MCU1在收到该Err_ModeChg信号后，向USB设备控制器2发送断开触发信号，USB设备控制器2在断开触发信号的控制下向UTMI3发送为“01”的OpMode信号，UTMI3收到为“01”的OpMode信号时，UTMI3的工作模式则会变为Mode 1，此时，UTMI3就会工作在无驱模式下，从而导致整个USB设备工作在无驱模式下，即实现了设备与主机的断开。为了使USB设备在重启之前能够使得自身状态稳定，比较模块440只有在t2大于等于T2时才向MCU1发送高电平，MCU1接收该信号后向USB设备控制器2发送重启触发信号使其向UTMI3发送为“00”的OpMode信号。T2可以近似的认为MUC1发送两次信号的间隔时间。UTMI3收到为“00”的OpMode信号时，UTMI3的工作模式切换为Mode 0，此时，UTMI就会工作在正常模式下，USB设备重新进行一次上电、复位、枚举等操作，与主机重新建立通信，从而完成USB设备自动重启。

本发明选择T1为小于等于3s，本实施例优选T1小于等于1s，具体本实施例选择T1等于1s，以实现USB快速重启。

本发明选择T2小于等于1s大于等于10ms，本实施例选择T2为500ms。

本发明实施例的USB设备实现了自动重启，克服了现有技术中需要插拔或重启主机才能实现重启的困难，方便了使用者。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种USB设备重启的方法，其特征在于，在USB设备与主机失去通信时，USB设备控制器先后向收发器宏单元发送断开信号和重启信号。

2.如权利要求1所述的USB设备重启方法，其特征在于，所述断开信号为“01”的OpMode信号和所述重启信号为“00”的OpMode信号。

3.如权利要求1或2所述的USB设备重启的方法，其特征在于，还包括判断USB设备是否与主机失去通信的步骤：

步骤A：判断是否在连续T1时间内USB总线上没有数据，如果是，则USB设备与主机失去通信；反之，USB设备没有与主机失去通信。

4.如权利要求3所述的USB设备重启的方法，其特征在于，所述T1小于等于3s。

5.如权利要求3所述的USB设备重启的方法，其特征在于，判断USB总线上没有数据的方法是判断没有接收到SOF包。

6.如权利要求5所述的USB设备重启的方法，其特征在于，所述步骤A的判断方法是在检测到一个SOF包时，计时器重新开始计时，将计时器的值t1与T1进行实时比较，如果计时器的值t1大于等于T1，则认为连续的T1时间没有接收到SOF包。

7.如权利要求1或2所述的USB设备重启的方法，其特征在于，在USB设备控制器向收发器宏单元发送断开信号之前，还包括步骤：

步骤B1：异常检测模块向MCU发送Err_ModeChg信号；

步骤B2：MCU在接收到Err_ModeChg信号后，向USB设备控制器发送一断开触发信号。

8.如权利要求7所述的USB设备重启的方法，其特征在于，Err_ModeChg信号可以是高电平也可以是低电平。

9.如权利要求1或2所述的USB设备重启的方法，其特征在于，在USB设备控制器向收发器宏单元发送重启信号之前，还包括步骤：

步骤C：MCU发送断开信号之后的T2时刻，MCU向USB设备控制器发送重启触发信号。

10.如权利要求9所述的USB设备重启的方法，其特征在于，所述T2小于等于1s且大于等于10ms。

11.一种USB设备，包括MCU、与MCU连接的USB设备控制器和与USB设备控制器连接的UTMI，其特征在于，还包括用于在USB设备与主机失去通信时向MCU发送Err_ModeChg信号的异常检测模块。

12.如权利要求11所述的USB设备，其特征在于，所述异常检测模块分别与USB设备控制器和MCU连接。

13.如权利要求11所述的USB设备，其特征在于，所述异常检测模块包括Err_ModeChg信号产生模块。

14.如权利要求12所述的USB设备，其特征在于，所述异常检测模块包括与USB设备控制器连接的USB总线数据检测模块、与USB总线数据检测模块连接的计时器、与计时器连接的比较模块和与比较模块连接的Err_ModeChg信号生成模块。

15.如权利要求14所述的USB设备，其特征在于，所述USB总线数据检测模块为SOF包检测模块。

16.如权利要求14所述的USB设备，其特征在于，所述计时器可以是一个也可以是两个。

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