CN102037457B - 用于将设备的功能模块进行互连的技术 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种设备，例如移动电话或网卡。在一个实现中，所述设备包括第一功能模块、第二功能模块和集线器电路。所述集线器电路包括：能够与第一功能模块相连的第一下游端口；能够与第二功能模块相连的第二下游端口；以及适于耦合至外部设备的上游端口。所述集线器电路被配置为将上游端口与第一和第二下游端口中的至少一个耦合。此外，所述集线器电路包括：转换机制，适于选择性地将所述第一下游端口与第二下游端口在集线器电路内内部耦合，以使能第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送。

Description

用于将设备的功能模块进行互连的技术
技术领域
本发明总体涉及一种具有两个或更多个功能模块的设备，例如移动电话或网卡。具体地，本发明涉及一种用于选择性地使能这种设备的功能模块之间的数据传送的技术。
背景技术
通过局域网(LAN)、无线LAN(WLAN)和蜂窝网络的网络接入正在变得普及。因此，许多移动设备提供对多于一种网络接入技术(NAT)的支持仅是一种逻辑结果。从模块性的角度来看，有时期望各支持不同NAT两个或更多个分离功能模块共同位于一个移动设备中。这种模块化方法便于在独立配置中或在与其他功能模块的任意组合中重用功能模块。
WO-A-00/22857教导了一种模块化方法，其中，不同网络接入模块(如局域网(LAN)模块和全球移动通信系统(GSM)模块)根据通用串行总线(USB)标准、经由通信总线来互连。此时，连接至通信总线的其他模块(如闭路电视(CCTV)模块)可以一方面经由LAN模块或另一方面经由GSM模块，来选择性地发送信号。
A.Ghosh等人的“Open application environments in mobile devices：Focus on JME and Ericsson Mobile Functional modules”，EricssonReview No.2，Vol.82，2005的第82至91页(ISSN：0014-0171)描述了移动设备的另一种模块化方法。该方法基于以具有支持一种或多种无线接入技术(RAT)(如通用分组无线服务(GPRS)、增强数据GSM演进(EDGE)或宽带码分多址接入(WCDMA))的数字基带处理器的移动平台的形式存在的功能模块。移动平台模块是包括提供无线网络接入服务和通信服务(例如，针对语音、数据或多媒体应用)所需的所有必要集成电路和软件以及使这些服务可用于驻留于移动平台模块内或逻辑上驻留于移动平台模块之上的应用的接口在内的环境。
Ghosh等人提出：当期望运行开放操作系统(如Symbian)时，向移动设备添加以具有第三方应用处理器的应用平台模块的形式存在的另一功能模块。该应用平台模块将与移动平台模块共同位于移动设备中，并将处理包括例如多媒体应用在内的软件应用。另一方面，移动平台模块仍将负责移动功能(包括所有移动通信任务，例如提供无线网络接入)并主要充当网络接入模块。
由于上述原因，许多移动设备包括两个或更多个不同功能模块。通常，这种移动设备还将被配置为向外部设备(如个人计算机(PC)和膝上型电脑)提供服务(如网络接入服务或应用服务)。
发明内容
相应地，需要一种用于将设备内包括的两个或更多个功能模块选择性地相互耦合或与另一设备耦合的高效技术。
根据第一方面，该需要是通过一种设备来满足的，所述设备包括：第一功能模块和适于接收第一功能模块的第一接触结构中的至少一个；第二功能模块和适于接收第二功能模块的第二接触结构中的至少一个；以及集线器电路。所述集线器电路包括：能够与第一功能模块相连的第一下游端口；能够与第二功能模块相连的第二下游端口；适于耦合至主机设备的上游端口，其中，所述集线器电路被配置为将上游端口与第一和第二下游端口中的至少一个耦合；以及转换机制。所述集线器电路的转换机制适于选择性地将第一下游端口与第二下游端口在所述集线器电路内内部耦合，以使能第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送。
所述设备可以是适于向最终客户销售的成品，或者在备选方案中，所述设备可以是半成品。所述成品包括第一功能模块和第二功能模块(外加许多其他组件)。所述半成品可能例如尚不包括第二功能模块，而是仅包括用于接收第二功能模块的接触结构。所述半成品可以例如以一个或多个印刷电路板或PCB的形式实现。接触结构可以包括通常在PCB上提供的芯片插口、焊料凸起等。
在一个实现中，功能模块中的至少一个适于根据模块化方法在不同配置中重用。功能模块中的一个可以例如被配置为使得其可以在独立配置中使用，或者在备选方案中，在双模(或三模等)配置中使用。在后一种情况下，两个或更多个功能模块将共同位于同一个设备中，并被配置为彼此通信。即，每个功能模块可以包括被配置为与设备的一个或多个其他功能模块直接或间接耦合的一个或多个接口。
所述设备还可以包括适于产生用于控制转换机制的控制信号的控制器。所述控制器可以响应于一个或多个条件或事件，例如检测到主机设备与所述设备耦合。其他可能的事件包括由功能模块中的一个自主地或响应于用户交互而产生的专用控制命令、从网络侧接收到的专用控制命令等等。所述控制器可以与所述集线器电路集成或与功能模块中的一个集成。所述集线器电路还可以包括适于接收由所述控制器产生的控制信号的控制端口。
所述集线器电路可以具有多种模式，所述集线器电路可以响应于由所述控制器产生的一个或多个控制信号而采取这些模式中的至少一些。所述集线器电路可以例如具有一个或多个下电模式。在所述集线器电路处于空闲状态时或者在转换机制处于下游端口互连的转换状态时(例如，在第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送期间)，所述集线器电路可以采取第一下电模式。在所述集线器电路的第一下电模式中，至少保持将下游端口保持为在所述集线器电路内部互连所需的组件上电。在第二下电模式中，所述集线器电路可以完全下电(例如，当由于没有连接主机设备并且功能组件中的一个下电而不需要经由所述集线器电路进行数据传送时)。
在一个实现中，所述集线器电路还包括与第一下游端口相关联的第一接口组件和与第二下游端口相关联的第二接口组件。接口组件可以以硬件电路的形式、以软件的形式或作为硬件和软件的组合来实现。可以根据通用串行总线2.0收发器宏单元接口(UTMI)标准、UTMI低引脚数接口(ULPI)标准和通用串行总线高速芯片间(HSIC)标准中的至少一个来配置第一接口组件和第二接口组件。如这里理解的UTMI和ULPI标准分别包括UTMI+扩展以及UTMI+低引脚数接口(ULPI)标准。
所述集线器电路还可以包括用于在一方面的数字信号域与另一方面的模拟信号域之间进行转换的信号适配器。所述信号适配器可以以所谓的PHY块的形式实现，所述PHY块提供了面向上游端口的集线器电路接口的数字部分和调制部分之间的桥接。所述信号适配器可以根据USB标准而配置。
所述集线器电路还可以包括与第一和第二下游端口中的一个或两个相关联的收发器组件。所述收发器组件可以根据专用接口标准(如USB标准)而被配置为提供功能给具有片上集成的接口内核但不具有相关模拟电路的这种功能模块。典型地，收发器将处理连接检测功能以及在适用的接口标准中指定的模拟电信令。所述收发器组件可以例如包括如上所述的信号适配器和接口组件。
所述集线器电路可以被转换为仅所述收发器组件(外加上游端口以及至少一个下游端口)激活的旁路模式。所述旁路模式使与集线器模式不兼容的主机设备(例如，根据PictBridge标准的设备)能够利用由所述设备提供的服务。
所述集线器电路可以包括多个通信支路，其中每个通信支路在上游端口与下游端口之一之间延伸。所述集线器电路可以被配置为使得在旁路模式中，通信支路中仅单一通信支路是激活的。为此，可以对其余通信支路中的任何组件进行去激活。
在一个实现中，下游端口是并行端口，上游端口是串行端口。在这种实现中，所述集线器电路还可以包括：至少一个串行至并行转换器，布置在包括下游端口在内的并行信号域与包括上游端口在内的串行信号域之间。所述并行信号域可以根据UTMI(包括UTMI+和ULPI)标准来实现。所述转换机制可以位于所述并行信号域或所述串行信号域中。也可以存在所述转换机制分布于所述并行信号域和所述串行信号域中的实现。在HSIC场景中，所述集线器电路(包括所述转换机制)可以完全在所述串行信号域中实现。
所述集线器电路可以以各种方式实现。根据第一变型，所述集线器电路以专用的集成电路的形式实现。根据第二变型，所述集线器电路与第一功能模块和第二功能模块中的至少一个(或者与第一功能模块的一部分和/或第二功能模块的一部分)集成在专用集成电路(ASIC)中。
第一功能模块和第二功能模块中的至少一个可以适于提供一个或多个服务。这些服务可以被提供给其他功能模块和主机设备中的至少一个。由功能模块中的一个或多个提供的示例服务包括以下至少一项：网络接入(具体地，无线(如蜂窝)网络接入)、大容量数据存储、音频服务、视频服务、多媒体服务、数字权利管理(DRM)、对象交换(OBEX)服务、应用服务和设备管理服务。
第一功能模块可以包括根据第一RAT配置的数字基带处理器。以类似的方式，第二功能模块也可以包括根据第二RAT配置的数字基带处理器。功能模块中的一个或多个还可以包括除数字基带处理器以外或作为数字基带处理器的备选的应用处理器。
可以根据包括USB标准、通用异步接收机发射机(UART)标准、火线(FireWire)标准或者任何其他开放的或专有的接口标准在内的各种可能接口标准，来配置上游端口和下游端口。端口中的每一个可以被实现为串行端口或并行端口。在一个实现中，上游端口被配置为USB主机端口，两个或更多个下游端口被配置为USB设备端口。在该实现中，第一功能模块和第二功能模块中的至少一个可以在USB设备模式与USB主机模式之间转换。
所述设备可以被配置为移动终端(例如数字摄像机或个人数字助理PDA)、移动电话和网卡中的至少一个。备选地，设备可以被配置为在移动终端、移动电话或网卡(或数据卡)中使用的ASIC。
主机设备可以被配置为在USB标准或附加地定义互补组件(有时称作设备组件)的其他非对称总线标准的意义上充当主机组件。典型地，在主机组件与设备组件之间存在1∶n的关系。在本情况下，设备组件可以由功能模块中的一个或多个来表示。
主机设备可以是所述设备的内部设备(例如另一功能模块)或外部设备。外部主机设备可以被配置为个人计算机、膝上型电脑或者另一静止或移动设备。所述设备可以被配置为经由电接触、经由线缆或经由短距离无线通信技术(例如，蓝牙或者如IEEE 802.11组之类的任何无线局域网(WLAN)标准)连接至主机设备。
应当注意，所述设备不限于精确地包括两个功能模块。更确切地，所述设备还可以包括三个或更多个功能模块和/或用于这三个或更多个功能模块的三个或更多个接触结构。以类似的方式，所述集线器电路可以具有能够与三个或更多个功能模块相连的三个或更多个下游端口。在主机设备也被配置为这种功能模块的情况下，上游端口也可以耦合至功能模块。
根据另一方面，提供了一种用于向具有第一功能模块和第二功能模块的设备提供集线器功能的集成电路，所述集成电路包括：转换机制；能够与第一功能模块相连的第一下游端口；能够与第二功能模块相连的第二下游端口、以及适于耦合至主机设备的上游端口，其中，所述集成电路被配置为将上游端口与第一和第二下游端口中的至少一个耦合。所述转换机制适于选择性地将第一下游端口与第二下游端口在所述集成电路内内部耦合，以使能第一功能模块与第二功能模块之间(经由所述集成电路)的数据传送。
所述集成电路还可以包括以下至少一项：控制端口，适于接收用于控制所述转换机制的控制信号；信号适配器，在数字信号域与模拟信号域之间进行转换；以及转发器组件，与一个或两个下游端口相关联。此外，下游端口可以是并行端口，上游端口可以是串行端口。一个或多个串行至并行(包括并行至串行)转换器可以被布置在下游端口与上游端口之间。
根据另一方面，提供了一种对设备进行控制的方法，所述设备具有第一功能模块、第二功能模块和集线器电路，所述集线器电路具有能够与第一功能模块相连的第一下游端口、能够与第二功能模块相连的第二下游端口、以及适于耦合至主机设备的上游端口，其中，所述集线器电路被配置为将上游端口与第一和第二下游端口中的至少一个耦合。所述方法包括以下步骤：接收第一控制信号；以及响应于接收到第一控制信号，将第一下游端口与第二下游端口在所述集线器电路内内部耦合，以使能第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送。
所述方法还可以包括以下步骤：接收第二控制信号；以及响应于接收到第二控制信号，将第一下游端口与第二下游端口去耦合，以禁止第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送。在一个变型中，第一下游端口与第二下游端口的去耦合伴随有经由具有下游端口的集线器电路将两个下游端口耦合，并使能所述集线器电路的集线器功能。
第二控制信号可以是响应于检测到主机设备与所述设备耦合而产生的。因此，在这种场景中，去往和来自主机设备的数据传送可以比第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送具有更高优先级。然而，还可以存在去往和来自外部设备的数据传送和第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送同时进行的场景。
这里提出的技术可以以软件的形式、以硬件的形式、或使用组合的软件/硬件方法来实现。对于软件方面，提供了一种包括程序代码部分的计算机程序产品，当在一个或多个计算设备上运行所述计算机程序产品时，所述程序代码部分执行这里提出的步骤。所述计算机程序产品可以存储在如存储芯片、CD-ROM、硬盘等计算机可读记录介质上。
附图说明
通过对优选实施例的以下描述以及附图，这里提出的技术的其他方面和优点将变得显而易见，附图中：
图1示出了具有设备实施例和主机设备的示例第一通信系统；
图2示意性地示出了根据方法实施例的流程图；
图3和4在两个不同通信配置中示出了具有设备实施例和主机设备的示例第二通信系统；
图5示出了根据ULPI/UTMI+标准的集线器电路实施例的配置；
图6示出了根据UBS HSIC标准的集线器电路实施例的配置；
图7示出了另一设备实施例；以及
图8示出了集线器和收发器组件的备选配置。
具体实施方式
在对优选实施例的以下描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了具体细节(例如特定接口、网络接入技术和步骤序列)，以提供对本发明的彻底理解。对于本领域技术人员来说显而易见，本发明可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实施。例如，尽管主要将分别在第三和第四代移动通信标准(如通用移动电信系统(UMTS)和长期演进(LTE)标准)的上下文中描述实施例，但显而易见，本发明也可以与根据例如GSM标准的第二代移动通信技术相结合来实施。
此外，本领域技术人员应当理解，以下解释的服务、功能和步骤可以使用与编程的微处理器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或通用计算机相结合进行工作的软件来实现。还应当理解，尽管主要将在方法和设备的上下文中描述以下实施例，但本发明也可以在计算机程序产品以及包括计算机处理器和耦合至处理器的存储器在内的系统中实现，其中，存储器是利用可以执行这里公开的服务、功能和步骤的一个或多个程序来编码的。
图1示出了包括以移动设备形式存在的设备100的实施例以及外部主机设备102在内的示例通信系统。在一个示例中，移动设备100被配置为网卡，外部主机设备102被配置为具有用于接收网卡的标准槽的膝上型电脑。
移动设备100包括：两个功能模块104、106，均支持一种或多种RAT并均以单独集成电路的形式实现。对具体RAT的支持包括：在相应功能模块104、106上提供该RAT的至少一个专用基带处理器108、110。每个功能模块104、106还可以包括专用RF组件(例如RF放大器，未示出)，或者这种RF组件可以由功能模块104、106联合使用。在其他实施例中，至少功能模块106可以被配置为应用模块，并且相关联的基带处理器110可以由应用处理器替代。在其他实施例中，三个或更多个功能模块可以安装在移动设备100上。
功能模块106可以以支持一种或多种现有或传统RAT(如EDGE、WCDMA(UMTS)、GSM或高速分组接入(HSPA)无线技术)的平台主芯片的形式提供。另一功能模块104可以以支持一种或多种即将出现的或新型的RAT(如LTE或演进HSPA(eHSPA))的平台共同芯片的形式提供。共同芯片将典型地具有与主芯片相比简化的功能集合。
两个单独功能模块104、106的提供具有一些优点，例如，提高了灵活性并缩短了上市时间。更高的灵活性由模块化方法产生，该模块化方法允许选择性地在独立配置中或在如图1所示的双模配置中实现功能模块104、106。上市时间的缩短是复杂度降低的结果，复杂度降低是由于在不同功能模块104、106之间分配对不同RAT的支持而导致的。
功能模块104、106包括多个接口。首先，每个功能模块104、106包括数据接口112、114。数据接口112、114被配置为由外部设备102(或由其他功能模块104、106)使用，以经由相应功能模块104、106支持的一种或多种RAT来获得网络接入。在一个实现中，数据接口112、114是根据USB标准来实现的。具体地，可以根据将移动设备100作为以太网网卡呈现给外部设备102的USB设备类别，来配置数据接口112、114。经由USB提供以太网的合适USB设备类别包括例如USB CDCECM、USB CDC EEM、USB CDC ENCM和USB NCM。应当注意，面向外部设备102的数据接口112、114不必须根据USB标准而配置。其他可能的接口标准包括例如火线标准或任何专有标准。
除了将其自身作为USB以太网网卡呈现给外部设备102(或作为其备选)，移动设备100还可以将其自身作为USB大容量存储器或作为任何USB音频/视频/多媒体设备呈现给外部设备102(如果这种服务可以由功能模块104、106之一提供)。
功能模块104、106还包括平台间控制接口122、124，平台间控制接口122、124均将用于在两个功能模块104、106之间交换控制信令。这种控制信令可以包括内部RAT(IRAT)同步、IRAT切换、从一个功能模块向另一功能模块的订户标识模块(SIM)接入(在这种情况下，两个功能模块104、106中仅单一功能模块需要提供SIM接入功能)、以及包括功能模块唤醒功能在内的系统控制信令。
可以根据UART标准、USB标准、通用输入/输出(GPIO)标准或任何专有标准，来配置控制接口122、124。在根据USB标准来配置控制接口122、124的情况下，它们同时可以用于平台间数据传送。一方面的数据接口与另一方面的控制接口之间的区别主要与所传送的信息类型有关。数据一般由用户或用户应用来产生或请求，而控制信息典型地仅在下层组件之间交换。
在图1的实施例中，两个数据接口112、114连接至位于移动设备100上的USB集线器电路116的相应下游接口(图1中未示出)。集线器电路116以单个物理上游端口(图1中也未示出)向外部设备102呈现两个数据接口112、114。相应地，尽管在移动设备100上存在两个逻辑USB以太网设备(由数据接口112、114表示)，但将向外部设备102仅呈现单个物理USB端口。
这里，从外部设备102的角度来看，利用术语“下游”和“上游”。因此，从功能模块104、106中任一个至外部设备102的数据传送构成下载，而相反方向上的数据传送(即，从设备102至功能模块104、106中的一个或两个)构成上载。在图1的USB集线器场景中，集线器电路116的上游端口将被配置为主机端口，而集线器电路116的下游端口将被配置为设备端口。
集线器电路116包括：转换机制(如图5所示)，将下游端口彼此内部耦合，以使能两个功能模块104、106之间经由集线器电路116的数据传送。集线器电路116以及具体地其转换机制的转换状态由驻留于移动设备100内任意位置(例如，驻留于功能模块104、106中的一个或两个上)的控制器118来控制。
在集线器电路116的集线器模式中，功能模块104的数据接口112和/或功能模块106的数据接口114经由集线器电路116连接至外部设备102。在该模式中，如以下将参照图4讨论的，根据相应功能模块104、106支持的RAT向外部设备102提供网络接入。
在集线器电路116的“捷径”模式中，功能模块104的数据接口112在集线器电路116内与功能模块106的数据接口114直接耦合。在该模式中，如以下将参照图3解释的，驻留于功能模块106之内或之上的应用120经由功能模块104支持的RAT来获得网络接入。应当注意，应用120不需要必须被部署在功能模块106内，而是还可以被部署在与移动功能模块106耦合的应用模块上。
在可选的第三模式中，功能模块104的数据接口112同时与功能模块106的数据接口114和与外部设备102耦合。在该模式中，经由功能模块104支持的RAT，同时向驻留于移动设备100上的应用120以及外部设备102提供网络接入。
当然，可以存在其他模式。例如，可以存在以下模式：其中，功能模块104的数据接口112直接连接至外部设备102，其间没有任何集线器功能。即，在该模式中，可以对集线器电路116的所有集线器专用组件进行去激活。在PictBridge协议的上下文中，在外部设备102例如被配置为不能处理USB集线器的UBS打印设备的情况下，可能需要这种配置。
外部设备102的存在可以影响集线器电路116的模式。即，控制器118可以适于检测外部设备102是否耦合至移动设备100。然后，根据该检测的结果，控制器118可以以所需的方式控制集线器电路116。
如图1所示，移动设备100一方面经由数据连接126，另一方面经由控制连接128，与外部设备102通信。数据连接126从集线器电路116的上游端口向外部设备102的物理USB端口130延伸。经由物理USB端口130，驻留于外部设备102上的应用142可以与功能模块104、106中的一个或两个(或这些功能模块104、106后面的任何网络)交换数据。另一方面，控制连接128在移动设备100的控制接口132与外部设备102的对应控制接口134之间延伸。控制接口132、134可以根据UART标准或任何专有标准而配置。备选地，可以省略控制接口132、134，并可以经由集线器电路116的上游端口与外部设备102的USB端口130之间的链路来交换控制信令。
图2所示的流程图200以方法实施例的形式示意了图1所示的移动设备100的基本操作。
关于图2的流程图200，移动设备100的操作开始于在步骤202由集线器电路116从控制器118接收控制信号。
在下一步骤204，响应于控制信号，将在集线器电路116中实现的转换机制转换至指定转换状态。在该转换状态下，集线器电路116的第一下游端口与该电路的第二下游端口耦合。使能第一功能模块与第二功能模块之间的数据传送。
图3和4在两个不同配置中示出了可以根据以上在图1的上下文中讨论的系统实施例导出的另一系统实施例。此时，相同参考标记将用于标识相同或相似的组件。
在图3和4所示的实施例中，移动设备100仍是双模设备，包括支持作为第一RAT的LTE的第一功能模块104和支持作为第二RAT的UMTS的第二功能模块106。移动设备100还包括USB集线器电路116，USB集线器电路116可以以单独集成电路的形式实现，或可以与例如LTE平台模块104(及其LTE基带处理器)集成在单个ASIC中(以下将参照图5讨论集线器电路116的内部结构)。
除了在图1的上下文中已讨论的组件(从而部分地未在图3和4中示出)以外，每个功能模块104、106还包括以具有IP层功能的IP模块的形式存在的网络地址管理组件150、152。网络地址管理组件150、152被配置为经由UART控制接口122、124来彼此通信。两个网络地址管理组件150、152之间的这种平台间控制通信旨在对由每个网络地址信令组件150、152维持的IP栈进行同步等等。这种同步包括暂时分配给移动设备100的IP地址在相应IP栈之间的传送。在IP栈同步步骤之后，两个移动功能模块104、106将如同移动设备100仅具有单个IP栈(和单个IP地址)那样向外部世界(即，向LTE和UMTS网络和向外部设备102)进行操作。
从图3和4中可见，每个功能模块104、106还包括构成面向相关联LTE和UMTS接入网的接口的网络信令模块154、156。网络信令模块154、156负责经由相关联RAT来建立和维持网络连接(如与因特网的连接)所需的信令。
UMTS功能模块104被配置为将其自身呈现为USB以太网网络接入点(NAP)设备，以经由USB以太网、使用UMTS来向外部设备102(USB主机)给出因特网接入。以类似的方式，LTE功能模块106被配置为经由USB设备接口114，将其自身呈现为USB以太网NAP设备，从而经由USB以太网、使用LTE来向外部设备102给出因特网接入。
功能模块104、106中的每一个分别提供USB数据接口112、114。与LTE平台模块104相关联的USB数据接口112可以在主机模式与设备模式之间转换，而UMTS平台模块106的USB数据接口114将操作于设备模式。LTE平台模块的数据接口112在连接至UMTS平台模块106的对应数据接口114时操作于主机模式(如图3所示)，并在连接至外部设备102时操作于设备模式(如图4所示)。
如图3和4所示，集线器电路116包括四个端口160、162、164和166。集线器电路116的上游端口160被提供为耦合至外部设备102。集线器电路116的两个下游端口162、164分别耦合至LTE和UMTS平台模块104、106的数据接口112、114。集线器电路116的控制端口166耦合至LTE平台模块104的控制器118，以接收影响集线器电路116的内部转换状态的控制信号。与平台模块104、106接口连接的两个下游端口162、164被配置为USB设备端口，而与外部设备102接口连接的上游端口160被配置为USB主机端口。
集线器电路116可以根据各种条件和事件来采取多个不同模式，各种条件和事件例如是：驻留于UMTS平台模块106上的应用请求LTE网络接入(“移动应用使用情况”)以及检测到外部设备102耦合至移动设备100(“USB以太网使用情况”)。驻留于LTE平台模块104上的控制器118评估这些(和其他)事件和条件，并通过经由控制端口166发送对应控制信号来控制集线器电路116。图3示出了移动应用使用情况(其中，驻留于UMTS平台模块106之内或之上的应用获得LTE网络接入)，而图4示意了USB以太网使用情况(其中，外部设备102获得LTE和/或UMTS网络接入)。
在图3的移动应用使用情况下，从LTE平台模块104通过集线器电路116向UMTS平台模块106建立数据路径。集线器电路116处于以下转换状态：其中，两个下游端口162、164直接彼此耦合，以在两个功能模块104、106之间建立点对点USB连接(“捷径”模式)。LTE平台模块104的数据接口112操作于USB主机模式，UMTS平台模块106的数据接口114操作于USB设备模式。
在图4所示的USB以太网使用情况下，集线器电路116处于集线器模式，其中，下游端口162、164中的一个或两个与上游端口160耦合，从而建立一方面的LTE和UMTS平台模块104、106中的一个或两个与另一方面的外部设备102之间的数据路径。在该使用情况下，LTE平台模块104的数据接口112和UMTS平台模块106的数据接口114都操作于USB设备模式。
集线器电路116被配置为：响应于经由控制端口166从控制器118接收到的控制信号，在图3和4所示的两个模式之间进行转换。例如，UMTS平台模块106可以经由在两个控制接口122、124之间建立控制连接，向LTE平台模块104通知：驻留于UMTS平台模块106内或之上的应用需要LTE网络接入。在这种情况下，驻留于LTE平台模块104上的控制器118将控制集线器电路116以采取图3所示的转换状态“捷径”模式。在另一场景中，在检测到外部设备102耦合至移动设备100时，控制器118可以控制集线器电路116采取图4所示(集线器模式)。控制器118可以被编程为优先处理图3和4所示的两个模式之一。
控制器118还可以被编程为作出更复杂的判定和/或以更复杂的方式控制集线器电路116。例如，集线器电路116可以具有上电模式和下电模式。在图4所示的、集线器电路116以与传统USB集线器类似的方式进行操作的使用情况下，控制器118可以将集线器电路116转换至上电模式。另一方面，在图3的使用情况下，控制器118可以命令集线器电路116采取下电模式，以降低移动设备100的总体功率消耗。
集线器电路116还可以被控制器118转换至所谓的旁路模式。如上所述，一些设备(例如根据PictBridge标准的设备)可能与USB集线器不兼容。因此，在控制器118检测到外部设备102是根据PictBridge标准的设备的情况下，控制器118可以将集线器电路116转换至对所有集线器专用组件(如集线器缓冲器或集线器控制器)进行去激活的旁路模式。
以下，将参照图5所示的示意框图更详细地描述图3和4所示的集线器电路116。
从图5中显而易见，集线器电路116包括：第一信号支路170，在上游端口160与下游端口162(与LTE平台模块耦合)之间延伸；以及第二信号支路180，在上游端口160与下游端口164(与UMTS平台模块耦合)之间延伸。在需要时可以添加其他信号支路和下游端口。
每个信号支路170、180分别包括接口组件172、182、串行化/解串行化组件174、184和集线器缓冲器176、186。此外，两个信号支路170、180共享与上游端口160接口连接的公共信号适配器178。除了集线器缓冲器176、186以外，集线器电路116包括USB集线器的其他标准组件，例如，具有相关联的串行化/解串行化组件192的集线器控制器190、电源电路194以及锁相环(PLL)/时钟组件196。
集线器电路116还包括转换机制200，转换机制200包括开关202和开关控制器204。开关控制器204与控制端口166耦合，并解释经由控制端口166接收到的任何控制信号，以响应于这些控制信号来控制开关202。控制端口可以包括根据GPIO和I2C标准中的至少一个的控制接口。
在图5所示的实施例中，根据ULPI/UTMI+标准来配置接口组件172、182。这些标准是并行总线标准，而信号适配器178被配置为连接至根据USB标准的串行总线。由于这种原因，串行化/解串行化组件174、184耦合在一方面的接口组件172、182中的每一个与另一方面的信号适配器178之间。串行化/解串行化组件174、184将从并行ULPI/UTMI+域接收到的任何信号变换为根据串行USB域的信号，反之亦然。
与上游端口160接口连接的信号适配器178被配置为所谓的PHY块，PHY块提供了一方面的集线器电路116的数字信号域与USB主机端口160的模拟(调制)信号域之间的桥接。信号适配器178的这种桥接功能可以包括：例如，适配电压电平以及向USB专用线缆连接器提供所需的USB专用接触。
如图5所示，在并行信号域中布置开关202。具体地，开关202被配置为在一方面的相应接口组件172、182与另一方面的相应串行化/解串行化组件174、184之间互连两个信号支路170、180。在图5中如点线所示，开关202可以备选地置于串行信号域中，使得在相应串行化/解串行化组件174、184与相应集线器缓冲器176、186之间桥接两个信号支路170、180。
开关202可以在开关控制器204的控制之下采取多个转换状态。如上所述，开关控制器204负责解释和实现经由控制端口166从外部控制器接收到的任何控制信号。这种控制信号可以采用施加于控制端口166的明确定义的电压电平的形式。
在本实施例中，开关202可以采取两个离散的转换状态之一。在开关202的第一转换状态(“关”)中，两个信号支路170、180没有被桥接(即，相关联的功能模块断开)。在该转换状态下，集线器电路116将与传统USB集线器类似地进行操作(即，处于集线器模式)。上游端口160与两个下游端口162、164都耦合，并且，与上游端口160耦合的外部设备可以接入由与下游端口162、164耦合的相应功能模块提供的服务(见图4)。
在开关202的第二转换状态(“开”)中，两个信号支路170、180被桥接，以提供耦合至下游端口162、164的功能模块之间的点对点连接210。因此，在第二转换状态下，使能功能模块之间的数据传送(见图3)。
在一个实现中，对开关202进行控制以使得仅当没有外部设备耦合至上游端口160时才可以采取第二转换状态(“开”)。在可能需要更复杂转换机制的其他实现中，在外部设备耦合至上游端口160时，开关202可以采取第二转换状态。这种实现将例如允许与上游端口160耦合的外部设备和与下游端口164耦合的第一功能模块接入由与下游端口162耦合的第二功能模块提供的服务(例如LTE网络接入)。
由于仅当有外部设备耦合至上游端口160时才需要集线器电路116的集线器功能，因此当没有外部设备耦合至上游端口160时，可以将标准集线器组件(包括集线器缓冲器176、186、串行化/解串行化组件192和集线器控制器190)下电。相应地，可以向集线器电路116提供对应的下电模式。在下电模式中，移动终端的总功率消耗将降低。当两个功能模块彼此直接耦合时，在开关202的第二转换状态下，集线器电路116也可以采取下电模式。
接口组件172、182、串行化/解串行化组件174、184和信号适配器178形成USB收发器。这种USB收发器向与下游端口162、164耦合的功能模块提供指定USB功能。这些功能模块典型地具有片上集成的数字USB内核组件，但不具有例如所需的模拟USB电路。这些缺少的USB功能由收发器实体172、182、174、184、178提供，包括处理连接检测以及根据USB标准来提供模拟电信令。
包括根据PictBridge标准的许多设备在内的特定外部设备可能与USB集线器不兼容。为了允许这种设备与在移动设备上安装的功能模块之间的数据传送，集线器电路116可以在常规操作模式(其中，至少转换机制200是激活的)与旁路模式(其中，收发器实体172、182、174、184、178中的仅一些或全部是激活的)之间转换。在旁路模式中，可以对包括集线器缓冲器176、186、串行化/解串行化组件192和集线器控制器190在内的标准集线器组件进行去激活(例如下电)。此外，还可以对两个信号支路170、180中当前不需要的一个支路的收发器实体进行去激活。
在图5所示的实施例中，根据ULPI/UTMI+标准来配置接口组件172、182。应当注意，备选地，可以而根据如图6所示的USB HSIC标准来实现接口组件172、182。由于USB HSIC标准指定了串行接口，因此可以省略串行化/解串行化组件174、184。在其他配置中，除了ULPI/UTMI+接口组件172、182以外，还可以提供USB HSIC组件172’、182’。在这种场景中，可以响应于经由控制端口166接收到的控制信号，对HSIC接口组件172’、182’中的一个或多个或者ULPI/UTIM+接口组件172、182中的一个或多个进行激活。
还可以向集线器电路116提供对传输转换器(transactiontranslator)的支持，以还支持全速USB主机和设备。此外，可以提供对电池充电器的检测的支持，以区分是USB主机还是电池充电器连接至上游端口160。
图7示出了具有三个功能模块104、105、106的移动设备100的另一实施例，这三个功能模块104、105、106可以经由“双开关”集线器电路116选择性地彼此耦合或与主机设备的USB端口130耦合。第一功能模块104是具有支持LTE的数字基带(DBB)处理器的移动平台ASIC，第二功能模块106是具有支持任何其他RAT(如UMTS)的DBB的移动平台ASIC，第三功能模块105是包括支持例如Symbian操作系统的应用处理器(未示出)在内的应用模块。移动平台模块104经由控制接口直接耦合至另一移动平台模块106和应用模块105。
除了与集线器电路116耦合的三个功能模块104、105、106以外，移动设备100还包括两个其他功能模块104’、107。其他功能模块中的第一功能模块104’是具有用于LTE的模拟基带(ABB)处理器的移动平台ASIC(耦合至LTE DBB ASIC 104)，另一功能模块107负责功率管理。
集线器电路116被配置为以下“双开关”设备：具有两倍于图5所示的信号支路和转换机制，但仅具有单个控制端口166用于控制这两个转换机制，并仅具有单个上游端口160与主机设备的USB端口130接口连接。两个移动平台模块104、106分别以与图5所示相同的方式耦合至集线器电路116的第一转换部分的两个下游端口162、164。因此，这里将省略对第一转换部分的更详细描述。
具有LTE DBB ASIC的移动平台模块104还耦合至集线器电路116的第三下游端口162’，应用模块105耦合至集线器电路116的第四下游端口。第三和第四下游端口162’、165属于集线器电路116的第二转换部分。
经由该第二转换部分，具有LTE DBB ASIC的平台模块104可以选择性地耦合至应用模块105，以向驻留于应用模块105上应用处理器执行的应用提供LTE网络接入。此外，第二转换部分适于将移动平台模块104和应用模块105中的一个或两个耦合至单个上游端口160。当耦合至上游端口160时，主机设备可以经由其USB端口130来接入由移动平台模块104和应用模块105提供的服务。
从对多个实施例的以上描述中显而易见，在功能模块与外部设备之间提供转换集线器是有利的。这种方案避免了与不存在转换集线器的场景以及需要向每个功能模块提供面向另一功能模块和外部设备的单独数据接口的场景相关联的缺陷。本实施例所提出的方案具有以下优点：在每个功能模块上仅需要一个USB数据接口。该事实节省了ASIC面积，因此节约了生产成本。
如果功能模块中的一个连接至无论如何都支持多于一个USB接口的另一功能模块，则该另一功能模块的其余USB接口可以用于其他目的，例如与超宽带(UBB)芯片或USB通用集成电路卡(UICC)的连接。另一优点来自于：由于每个功能模块可以自主地处理向外部设备的用户数据传送，不需要对功能模块间数据接口上电，因此降低了功率消耗。
具有面向外部设备的功能模块专用数据接口的方案还简化了经由这些数据接口的其他功能模块专用功能，例如调试、闪存、数据大容量存储等。此外，可以重用用于这些目的的现有软件工具，这是由于可以单独访问每个功能模块。
此外，由于数据路径与传统的独立情况(即，仅包括单个移动平台模块的移动设备)下相同，因此减少了功能模块内的开发代价。因此，不需要针对以下情况实现特定用户数据路径：一个移动功能模块处理面向外部设备的接口，另一个移动功能模块处理网络接入。
以上在图5和6的上下文中讨论的集线器电路116的功能也可以使用“传统”USB集线器外加如图8所示的外部转换机制和两个单独USB收发器来“模仿”。
与图8所示的实现相比，图5和6的集线器电路116在电流消耗方面要高效得多。图8所示的组件的总电流消耗将等于大约300至500mA(USB集线器：200-300mA，USB收发器：2×30-50mA，LTE/UMTS平台上的USB组件：2×20mA)。在如图3所示的使用情况下，没有外部电流源(外部设备)可用，因此，所有所需的电流将必须从移动设备的电池获取。对于如具有有限电池容量的移动电话之类的小型移动设备来说，这种情形将是不可接受的。
与图8所示的实现相比，图5和6的集线器电路116在功率上要高效得多。例如，可以减少PHY块的数目并降低所产生的功率消耗。由于PHY块还需要显著的芯片空间，因此图5和6的方案还节省了ASIC面积。除了降低功率消耗和减小芯片面积以外，图5和6的实现的其他优点来自于：为了接触的目的而需要提供的管脚更少。
相信通过以上描述将完全理解本发明的许多优点，并且显而易见，可以在不脱离本发明范围或者不牺牲其所有优点的情况下，在本发明的示例方面的形式、构造和布置上进行各种改变。由于本发明可以以多种方式改变，因此应当认识到，本发明应当仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (27)

1.一种设备(100)，包括：
第一功能模块(104)和适于接收第一功能模块(104)的第一接触结构中的至少一个，所述第一功能模块包括能够在通用串行总线USB设备模式与USB主机模式之间转换的第一数据接口(112)；
第二功能模块(106)和适于接收第二功能模块(106)的第二接触结构中的至少一个，所述第二功能模块包括被配置为操作于USB设备模式的第二数据接口(114)；以及
集线器电路(116)，具有
-能够与第一功能模块(104)的第一数据接口(112)相连的第一下游端口(162)；
-能够与第二功能模块(106)的第二数据接口(114)相连的第二下游端口(164)；
-适于耦合至主机设备(102)的上游端口(160)；以及
-转换机制(200)，适于在以下操作模式之间转换：
--第一操作模式，通过上游端口(160)将主机设备(102)与第一和第二下游端口(162，164)中的至少一个耦合，其中，第一数据接口(112)和第二数据接口(114)均被配置为操作于USB设备模式，以及
--第二操作模式，将第一下游端口(162)与第二下游端口(164)在所述集线器电路(116)内内部耦合，以使能第一功能模块(104)与第二功能模块(106)之间的数据传送，其中，第一数据接口(112)被配置为操作于USB主机模式，第二数据接口(114)被配置为操作于USB设备模式。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：控制器(118)，适于产生用于控制转换机制的控制信号，其中，所述控制器(118)对检测到主机设备(102)耦合至所述设备(100)做出响应。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述集线器电路(116)还包括：适于接收控制信号的控制端口(166)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述集线器电路(116)具有在第一下游端口(162)与第二下游端口(164)耦合时所述集线器电路(116)能够采取的下电模式。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述集线器电路还包括：与第一下游端口(162)相关联的第一接口组件(172)以及与第二下游端口(164)相关联的第二接口组件(182)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，第一接口组件(172)和第二接口组件(182)是根据以下至少一项来配置的：通用串行总线2.0收发器宏单元接口UTMI标准、UTMI低引脚数接口ULPI标准以及通用串行总线高速芯片间HSIC标准。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述集线器电路(116)还包括：信号适配器(178)，用于在数字信号域与模拟信号域之间进行转换。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述集线器电路(116)包括与第一和第二下游端口(162、164)中的一个或两个相关联的收发器组件(172、174、178；182、184、178)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述集线器电路(116)能被转换至仅收发器组件(172、174、178；182、184、178)激活的旁路模式。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，在旁路模式中，上游端口(160)与第一下游端口(162)和第二下游端口(164)之一之间仅单个通信支路(170；180)是激活的。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，第一和第二下游端口(162、164)是并行端口，上游端口(160)是串行端口，并且，所述集线器电路(116)还包括：至少一个串行至并行转换器(174、184)，所述至少一个串行至并行转换器被布置在包括第一和第二下游端口(162、164)在内的并行信号域与包括上游端口(160)在内的串行信号域之间。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，转换机制(200)实质上位于并行信号域中。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，转换机制(200)实质上位于串行信号域中。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述集线器电路(116)以专用的集成电路的形式实现。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述集线器电路(116)与第一功能模块(104)、第二功能模块(106)、第一功能模块(104)的一部分和第二功能模块(106)的一部分中的至少一个集成在专用集成电路ASIC中。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，第一功能模块(104)和第二功能模块(106)中的至少一个适于向另一功能模块(106；104)和主机设备(102)中的至少一个提供一个或多个服务，并且所述服务包括以下至少一项：网络接入、大容量数据存储、音频服务、视频服务、多媒体服务、数字权利管理DRM服务、对象交换OBEX服务、应用服务和设备管理服务。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，上游端口(160)被配置为通用串行总线USB主机端口，并且，第一和第二下游端口(162、164)被配置为USB设备端口。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述设备(100)被配置为移动终端和网卡中的至少一个。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，还包括：至少另一个功能模块(105)和/或适于接收所述至少另一个功能模块(105)的至少另一个接触结构，并且，所述集线器电路(116)具有能够与所述至少另一个功能模块相连的至少另一个下游端口(165)。
20.一种用于向具有第一功能模块(104)和第二功能模块(106)的设备(100)提供集线器功能的集成电路(116)，所述集成电路(116)包括：
-能够与第一功能模块(104)的第一数据接口(112)相连的第一下游端口(162)；
-能够与第二功能模块(106)的第二数据接口(114)相连的第二下游端口(164)；
-适于耦合至主机设备(102)的上游端口(160)；以及
-转换机制(200)，适于在以下操作模式之间转换：
--第一操作模式，通过上游端口(160)将主机设备(102)与第一和第二下游端口(162，164)中的至少一个耦合，其中，第一数据接口(112)和第二数据接口(114)均被配置为操作于USB设备模式，以及
--第二操作模式，将第一下游端口(162)与第二下游端口(164)在所述集成电路(116)内内部耦合，以使能第一功能模块(104)与第二功能模块(106)之间的数据传送，其中，第一数据接口(112)被配置为操作于USB主机模式，第二数据接口(114)被配置为操作于USB设备模式。
21.根据权利要求20所述的集成电路，还包括：控制端口(166)，适于接收用于控制转换机制(200)的控制信号。
22.根据权利要求20至21之一所述的集成电路，还包括：信号适配器(178)，用于在数字信号域与模拟信号域之间进行转换。
23.根据权利要求20至21之一所述的集成电路，还包括：与第一和第二下游端口(162、164)中的一个或两个相关联的收发器组件(172、174、178：182、184、178)。
24.根据权利要求20至21之一所述的集成电路，其中，第一和第二下游端口(162、164)是并行端口，上游端口(160)是串行端口，并且，所述集成电路(116)还包括：至少一个串行至并行转换器(174、184)，所述至少一个串行至并行转换器被布置在包括第一和第二下游端口(162、164)在内的并行信号域与包括上游端口(160)在内的串行信号域之间。
25.一种对设备(100)进行控制的方法，所述设备(100)具有第一功能模块(104)、第二功能模块(106)和集线器电路(116)，所述第一功能模块包括能够在通用串行总线USB设备模式与USB主机模式之间转换的第一数据接口(112)，所述第二功能模块包括被配置为操作于USB设备模式的第二数据接口(114)，所述集线器电路(116)具有：能够与第一功能模块(104)相连的第一下游端口(162)；能够与第二功能模块(106)相连的第二下游端口(164)；以及适于耦合至主机设备(102)的上游端口(160)，所述方法包括：
-接收第一控制信号；以及
-响应于第一控制信号，从第一操作模式转换至第二操作模式，其中，第一操作模式通过上游端口(160)将主机设备(102)与第一和第二下游端口(162，164)中的至少一个耦合，其中，第一数据接口(112)和第二数据接口(114)均被配置为操作于USB设备模式，第二操作模式将第一下游端口(162)与第二下游端口(164)在所述集线器电路(116)内内部耦合，以使能第一功能模块(104)与第二功能模块(106)之间的数据传送，其中，第一数据接口(112)被配置为操作于USB主机模式，第二数据接口(114)被配置为操作于USB设备模式，
-将第一下游端口(162)与第二下游端口(164)在所述集线器电路(116)内内部耦合，以使能第一功能模块(104)与第二功能模块(106)之间的数据传送。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
-接收第二控制信号；以及
-响应于第二控制信号，将第一下游端口(162)与第二下游端口(164)去耦合，以禁止第一功能模块(104)与第二功能模块(106)之间的数据传送。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，第二控制信号是响应于检测到主机设备(102)耦合至所述设备(100)而产生的。
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