CN102147781A - 具有多重版本通用串行总线的主机板及其相关的方法 - Google Patents

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Abstract

一种可兼容多重版本的通用串行总线的主机板，包含有连接器、主控制器接口装置、总线插槽以及检测单元。该连接器用来与外接通用串行总线装置进行第一版本通用串行总线及第二版本通用串行总线的信号交换。该主控制器接口装置用来提供该第一版本通用串行总线的信号。该总线插槽用来传输该第二版本通用串行总线的信号。该检测单元耦接于该总线插槽，用来检测该总线插槽的插入状态以及第二版本总线的功能，并产生检测结果。

Description

具有多重版本通用串行总线的主机板及其相关的方法
技术领域
本发明涉及一种主机板及其相关方法，特别是涉及一种具有多重版本通用串行总线的主机板及其相关组态配置的方法。
背景技术
通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)是用来存取计算机外设装置以及个人计算机的大众接口标准。近年来，通用串行总线的应用已被延伸至广大的消费性电子产品以及移动装置。而遵循通用串行总线2.0版本(以下简称USB2.0)规范的界面已被广泛地应用，因为USB2.0可达到最高480Mb/s的传输率以及电源供应的兼容性，使得USB2.0接口在目前个人计算机广为盛行。随着数据储存能力以及网络速度进入千兆位组(Gigabyte)时代，计算机与外围装置之间的数据链路需要更高速传输率，而USB2.0却无法满足存取速率持续成长的需求。因此，对于计算机与外围装置之间的数据链路急迫地需要一个新接口(例如：可扩充主控制器接口(extensible host controller interface，xHCI))规范。
上述相关通用串行总线的整合电路请参考美国专利公开号2005/0249143A1。此专利文件公开一个整合电路，其包含收发器电路以及通用串行总线主控制器。该通用串行总线主控制器对本身装置内部使用标准规范接口，而另一方面又与外接式通用串行总线装置相连接。也就是，对于执行主功能(host function)而言，整合电路可动作如同一个完整通用串行总线接口，然而对执行装置功能而言，整合电路仅动作如同外接端点间的收发器。因此，同时具备内建的装置控制器以及标准内部装置总线的功能性电路通过整合电路连接到USB总线，可动作如同是主控制器以及外接装置两者。
为了符合更高速的数据传输需求，通用串行总线3.0版本(以下简称USB3.0)已在2008年11月初次崭露头角。USB3.0允许了4.8Gbps“超高速”数据传输且USB3.0的净数据传输率可达4Gbps。当USB3.0操作在超高速数据传输时，USB3.0对于两对差动数据线对采用全双工(full duplex)方式传送信号，有别于非超高速差动数据线对。因此，USB3.0传输线包含有一条电源线、一条接地线、两条非超高速数据线以及四条超高速数据线。相较之下，USB2.0传输线仅包含一个传输线对(即，两条数据线)，用以传输数据。此外，在“直达主控制器”(host-directed)的通信协议下，超高速数据传输可通过通信渠道建立在主控制器与每个外围装置间，而USB2.0则以广播的方式对所有的外围装置送封包。当然，USB3.0具备其它许多与USB2.0不同的特征，应为本领域具通常知识者所熟知，因此在此不再赘述。
与USB3.0外围装置通信方式可通过数种方式加以实现。举例来说，部分主机板的模块利用内建USB3.0以支持USB3.0功能，这便利了想要体验超高速数据传输以及USB3.0特性的使用者。然而，就不愿意更改目前现有产品的制造商或拥有旧型笔记型计算机主机板却想连接USB3.0外围装置的消费者而言，USB3.0主机板似乎不太具有亲和力。因此，对于那些有USB3.0功能需求的人门衍生了一种替代的方法。
如大众所知，一种迷你快捷外围组件互连接口(mini peripheral componentinterconnect express，以下简称MiniPCIe)界面已被广泛地应用到笔记型计算机，且能够支持各型各类的MinPCIe卡，例如：影像卡、图卡、声卡、无线网卡等等。此外，MinPCIe接口支持″即插即用″模式，其使得计算机中的硬件更容易被发现而无需实体装置组态或使用者介入以解决资源冲突。由于MinPCIe接口拥有如此迷人的特性，附加适配卡(Add-on card)的供货商因此利用以下实现USB3.0功能的方法。通过将扩充式主控制器(xHCI)嵌入附加适配卡(例如：快捷外围组件互连适配卡)，可使没有内建USB3.0的计算机系统得以实现USB3.0的功能。因此，借由插入具备扩充式主控制器的快捷外围组件互连适配卡，计算机系统可与USB3.0外围装置进行通信。
即使近年来已研发出USB3.0附加适配卡，然而就目前的计算机系统而言依然存在富有挑战性问题尚待解决。例如：大部分的主机板都配备有USB2.0界面，当USB3.0附加适配卡应用到计算机系统时，如何使主机板必须同时兼容USB3.0以及USB2.0。因此，为了能解决主机板兼容性问题，主机板上可能需要规划新的走线或是修改。但这些改变势必造成设计上的复杂性以及制造成本增加。无疑地，在避免大量变动主机板上的线路的前提下，如何能使主机板可兼容不同版本的通用串行总线为目前制造商最富有挑战的问题。
发明内容
本发明的主要目的即在于提供一种可兼容多重版本的通用串行总线的主机板及其相关的方法，以减少主机板的组态变更与达到具有多重版本通用串行总线的功能。
基于上述目的，本发明提供一种可兼容多重版本的通用串行总线的主机板。该主机板包含有连接器、主控制器接口装置、总线插槽以及检测单元。该连接器，用来与外接通用串行总线装置进行第一版本通用串行总线及第二版本通用串行总线的信号交换。该主控制器接口装置，通过第一数据线耦接于该连接器，用来提供该第一版本通用串行总线的信号。该总线插槽，通过第二数据线耦接于该连接器，用来传输该第二版本通用串行总线的信号。该检测单元，耦接于该总线插槽，用来检测该总线插槽的插入状态以及第二版本总线的功能，并产生检测结果。
基于上述目的，本发明还提供一种减少可兼容多重版本的通用串行总线的主机板组态变更的方法，其中该主机板包含连接器、主控制器接口装置、总线插槽以及检测单元。该方法包含有规划第一数据线的走线，用以耦接该主控制器接口装置与该连接器；规划第二数据线的走线，用以耦接该总线插槽与该连接器；以及检测该总线插槽的插入状态以及第二版本通用串行总线的功能，并产生检测结果。
附图说明
图1为本发明实施例主机板的示意图。
图2A为本发明实施例主机板的示意图。
图2B为本发明实施例开关的示意图。
图3为本发明实施例流程的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10     主机板              100    连接器
120    主控制器接口装置    140    总线插槽
160    检测单元            180    附加适配卡
181    迷你快捷外围组件    182    主控制器
互连接口
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例主机板10的示意图。主机板10可同时兼容多重版本的通用串行总线(Universal Serial Bus，以下简称USB)，例如：USB1.0、USB2.0以及USB3.0。主机板10可应用到计算机系统，如：个人计算机、笔记型计算机、服务器等等。换句话说，主机板10在计算机系统上支持多种不同的版本的USB功能。主机板10包含有连接器100、主控制器接口(Host Controller Interface，HCI)装置120、总线插槽140、检测单元160以及附加适配卡(add-on card)180。连接器100用来与外接USB装置交换第一版本USB的信号以及第二版本USB的信号。在本发明某些实施例中，主机板10同时可兼容USB2.0以及USB3.0，使得该外接USB装置(无论是USB2.0外接装置或USB3.0外接装置)可嵌合入连接器100中，由此与主机板10进行信号交换。此外，如本领域具通常知识者所熟知，连接器100可采用类别A以及类别B两种插座，但并不排除其它类别插座的可能性，只要能适用于多重版本的外接USB装置皆可。此外，连接器100包含有四根针脚：Vbus，D+，D-以及GND。在本发明某些实施例中，主机板10可通过针脚Vbus供应连接器100电源。针脚D+、D-为差动数据传输针脚，而GND为接地针脚。
主控制器接口装置120用来提供该第一版本USB的信号。主控制器接口装置120可应用各种USB规范，并在不同USB规范标准下可与计算机系统的操作系统通信。基本上，主控制器接口装置120在硬件方面通过主控制器(host controller)来实现。不同的主控制器遵循不同的USB规范标准，并提供不同的USB功能。举例来说，开放式主控制器接口(open host controllerinterface，OHCI)以及通用式主控制器接口(universal host controller interface，UHCI)可用于主控制器接口装置120，以实现USB1.1功能。对于更高速数据传输，加强式主控制器接口(enhanced host controller interface，E HCI)可用来提供USB2.0功能。当然，主控制器接口装置120可采用更新版本的USB规范，而不限于上述三种USB规范。因此，第一版本USB决定在主控制器接口装置120上所用的主控制器种类。主控制器接口装置120通过第一数据线耦接于连接器100。该第一数据线可为USB线，其相关于第一版本USB的主控制器。举例来说，当主控制器接口装置120由加强式主控制器接口控制器所实现时，第一数据线为USB2.0线，用来传送连接器100与加强式主控制器接口控制器间的数据。
总线插槽140用来传输第二版本USB的信号。在本发明某些实施例中，总线插槽140可意指迷你快捷外围组件互连(mini peripheral componentinterconnect express，以下简称miniPCIe)插槽，用来支持miniPCIe接口，其为计算机扩充卡标准接口，并广泛地被用在笔记型计算机上。总线插槽140通过第二数据线耦接于连接器100。该第二数据线可为USB线，用来传送相关于第二版本USB的信号。检测单元160耦接于总线插槽140，用来检测总线插槽140的插入状态及第二版本USB的功能，并产生检测结果Rdetect。在本发明某些实施例中，总线插槽140可插入影像附加适配卡、音效附加适配卡或无线附加适配卡。在此情况下，通过检测结果Rdetect，即使总线插槽140的插入状态显示有卡片插入总线插槽140，主机板10可能被告知不具备第二版本USB功能。当有具备USB版本x的附加适配卡插入总线插槽140时，检测单元160产生检测结果Rdetect且检测结果Rdetect指示版本x的USB功能被提供。检测单元160可由硬件、软件或是韧体来实现。举例来说，检测单元160可由感应器、针脚或程序代码来实现。而，检测结果Rdetect可以任何形式表现，例如：脉冲波、压降、电流变更或通过发光二极管来显示，指示是否有任何卡片插入总线插槽140。
在本发明某些实施例中，附加适配卡180被插入于总线插槽140中，用来提供第二版本USB的功能。附加适配卡180包含有minPCIe接口181以及主控制器182。在本发明某些实施例中，附加适配卡180可为minPCIe卡且根据miniPCIe规范可同时支持快捷外围组件接口(peripheral componentinterconnection express，PCIe)以及USB2.0的连结。主控制器182较佳地为扩充式主控制器接口(extensible host controller interface，xHCI)控制器，其遵循USB3.0接口规范。在此情况下，附加适配卡180可提供USB3.0功能，而第二数据线可为USB3.0线。基本上，主控制器182为可提供比主控制接口装置120较新版本的USB控制器，而不限于扩充式主控制器接口控制器。miniPCIe接口181包含预设针脚P。当附加适配卡180被插入于总线插槽140时，预设针脚P通过第二数据线耦接于连接器100。在本发明某些实施例中，miniPCIe接口181可为一52针脚卡缘连接器，其针脚可为金手指，并位于附加适配卡180的边缘。
因此，当附加适配卡180被插入于总线插槽140时，通过布第一数据线的走线以使主控制器接口装置120耦接至连接器100以及布第二数据线的走线以使总线插槽140耦接至连接器100，主机板10同时可具备有第一版本USB以及第二版本USB，由此与外接USB装置交换第一版本USB及第二版本USB的信号。当附加适配卡180不嵌合于总线插槽140时，主机板10仍然可支持第一版本USB。因此，本发明实施例可将主机板的变更减到最少并且减少变更所需成本以及复杂性，进一步地在主机板10上实现不同版本的USB功能。
举例来说，连接器100为USB3.0连接器，其同时兼容于外接USB3.0装置或外接USB2.0装置。主控制器接口装置120可通过加强式主控制器接口控制器所实现，并执行USB2.0功能。总线插槽140为miniPCIe插槽。检测单元160为miniPCIe插槽上的针脚。检测结果Rdetect可通过发光二极管灯所显示。附加适配卡180为miniPCIe卡，其包含有miniPCIe接口181以及主控制器182。主控制器182为扩充式主控制器接口控制器，其用来执行USB3.0功能。第一数据线为USB2.0线，遵循USB2.0数据传输标准。加强式主控制器接口控制器通过USB2.0线耦接至USB3.0连接器。第二数据线为USB3.0线，其遵循USB3.0数据传输标准。扩充式主控制器接口控制器通过miniPCIe接口181上的预设针脚P以及USB3.0线耦接至USB3.0连接器。当miniPCIe卡插入至主机板10的miniPCIe插槽时，发光二极管灯变亮，以指示主机板10同时具有USB2.0以及USB3.0功能。当使用者将外接USB3.0装置插入USB3.0连接器时，miniPCIe卡提供USB3.0功能并通过USB3.0线进行USB3.0数据传输。当该使用者将USB2.0装置插入USB3.0连接器时，加强式主控制器接口控制器提供USB2.0功能并通过USB2.0线进行USB2.0数据传输。
请参考图2A，图2A为本发明实施例主机板20的示意图。基本上，主机板20与主机板10具有相似的电路架构，唯一不同之处在于主机板20增加些许数据线以及开关。主机板20包含有连接器200、主控制器接口装置220、总线插槽240、检测单元260、附加适配卡280以及开关290。连接器200、主控制器接口装置220、总线插槽240、检测单元260以及附加适配卡280的特性分别如前述的连接器100、主控制器接口装置120、总线插槽140、检测单元160、附加适配卡180。因此，详细操作方式如前所述在此不再赘述，仅不同之处叙述如下。附加适配卡280包含有miniPCIe接口281、主控制器282以及控制单元283。当检测结果Rdetect2(由检测单元260所产生)指示附加适配卡280嵌合入至总线插槽240且提供第二版本USB功能时，控制单元283用来产生以及传送控制信号Cs至开关290。在本发明某些实施例中，附加适配卡280可为影像卡、声卡、无线网卡或任何其它不支持第二版本USB的卡片。在此情况下，即使附加适配卡280被插入至总线插槽240，控制信号Cs并不会被产生并传送到开关290，除非附加适配卡280可提供第二版本USB功能。在本发明某些实施例中，控制单元283可由主控制器282来实现，而控制信号Cs的长度为一位。miniPCIe接口281包含有预设针脚P1、P2以及P3。预设针脚P1通过数据线L1耦接至开关290。预设针脚P2通过数据线L2耦接至连接器200。预设针脚P3通过数据线L3耦接至开关290。在本发明某些实施例中，数据线L1可为USB2.0线；数据线L2可为USB3.0线；数据线L3可为2.0Mux控制线。
开关290用来根据控制信号Cs选择来自主控制器接口装置220的信号或附加适配卡280的信号。开关290通过开关线耦接至连接器200、通过数据线L4耦接至主控制器接口装置220以及通过数据线L1及L3耦接至总线插槽240。在本发明某些实施例中，开关290可由多任务机来实现，而数据线L4可为USB2.0线以及开关线可为switched 2.0线。请参考图2B，图2B为本发明实施例开关290的示意图。开关290为多任务机，其设计用来切换计算机系统与消费者应用产品间的USB2.0信号。如图2B所示，开关290将来自USB主装置的差动输出(1D+、1D-、2D+、2D-)多任务为两相对应输出(D+、D-)的其中一个。针脚S为选择输入，而针脚OE用来使能开关290。逻辑电路的函数决定于针脚S的输入以及针脚OE的输入的真值表。需注意的是，本发明实施例并不一定需要开关290，而是可在操作系统的制造商没有在本身操作系统(operation system，OS)产品上开发USB3.0驱动程序时，能利用开关290切换由不同控制器所控制的第一版本USB以及第二版本USB。
因此，当提供第二版本USB功能的附加适配卡280嵌合入总线插槽240时，控制单元283可通过数据线L3传送控制信号Cs至开关290(例如：多任务机的针脚OE)。根据控制信号Cs，控制单元283使能开关290并选择来自主控制器接口装置220的信号或附加适配卡280的信号。如上所述，主机板20可具备第一版本USB以及第二版本USB，由此通过连接器200与外接USB装置交换第一版本USB以及第二版本USB的信号。因此，如果使用者欲使用第二版本USB功能，使用者仅需将附加适配卡280插入计算机，则计算机系统随时预备好进行第二版本USB的数据传输。如此一来，主机板无须复杂的变更，同时也提供使用者更简便的方式享受个人计算机具有多重版本USB的便利。
以图2A为例，连接器200为USB3.0连接器，同时兼容于外接USB3.0装置或外接USB2.0装置。主控制器接口装置220可通过加强式主控制器接口控制器所实现，并执行USB2.0功能。总线插槽240为miniPCIe插槽。检测单元260为miniPCIe插槽上的针脚。检测结果Rdetect2可通过发光二极管灯所显示。附加适配卡280为USB3.0miniPCIe卡，其包含有miniPCIe接口以及扩充式主控制器接口控制器。开关290为多任务机，通过switched 2.0线耦接至USB3.0连接器、通过USB2.0线耦接至加强式主控制器接口控制器以及通过USB3.0线耦接扩充式主控制器接口控制器。在此实施例中，控制单元283可由扩充式主控制器接口控制器实现，因此布2.0Mux控制线从扩充式主控制器接口控制器走线至多任务机，以传送一位的控制信号。当USB3.0miniPCIe卡嵌合入主机板20的minPCIe插槽时，发光二极管灯变亮且扩充式主控制器接口控制器传送一位的控制信号至多任务机。多任务机则由一位的控制信号所使能。当外接USB2.0装置嵌合入USB3.0连接器时，多任务机选择来自加强式主控制器接口控制器的信号。当外接USB3.0装置嵌合入USB3.0连接器时，多任务机选择来自USB3.0miniPCIe卡的信号。当无USB3.0miniPCIe卡插入miniPCIe插槽时，多任务机将不被使能，此时仅USB2.0功能可供利用。
请参考图3，图3为本发明实施例流程30的示意图。流程30用来将可兼容多重版本USB的主机板的组态变更缩减到最小。流程30包含下列步骤：
步骤300：开始。
步骤302：在主机板上，布USB2.0线的走线，以耦接加强式主控制器接口控制器与USB3.0连接器。
步骤304：布USB3.0线的走线，以耦接USB3.0miniPCIe卡的预设针脚P2与USB3.0连接器。
步骤306：将多任务机设置于USB3.0连接器、加强式主控制器接口控制器与USB3.0miniPCIe卡之间。
步骤308：布switched2.0线的走线，以耦接多任务机与USB3.0连接器。
步骤310：布USB2.0线的走线，以耦接多任务机与加强式主控制器接口控制器。
步骤312：布USB2.0线的走线，以耦接多任务机与USB3.0miniPCIe卡的预设针脚P1。
步骤314：布2.0Mux控制线，以耦接多任务机与USB3.0miniPCIe卡的预设针脚P3。
步骤316：检测USB3.0miniPCIe卡是否嵌合入miniPCIe插槽中？若是，执行步骤318；若否，执行步骤324。
步骤318：产生一位的控制信号并将一位的控制信号传送至多任务机。
步骤320：使能多任务机，以选择来自加强式主控制器接口控制器的信号或扩充式主控制器接口控制器的信号。
步骤322：提供USB2.0功能或USB3.0功能。
步骤324：提供USB2.0功能。
步骤326：结束。
流程30为根据主机板20的操作方式，因此详细说明如前所述，在此不在赘述。
综上所述，上述配置主机板组态的实施例可将主机板的变更减到最小，并减少变更所带来的成本以及复杂性，进一步地可将多重版本USB实现在主机板上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种可兼容多重版本的通用串行总线的主机板，其特征在于，该主机板包含有：
连接器，用来与外接通用串行总线装置进行第一版本通用串行总线以及第二版本通用串行总线的信号交换；
主控制器接口装置，通过第一数据线耦接于该连接器，用来提供该第一版本通用串行总线的信号；
总线插槽，通过第二数据线耦接于该连接器，用来传输该第二版本通用串行总线的信号；以及
检测单元，耦接于该总线插槽，用来检测该总线插槽的插入状态以及该第二版本总线的功能，并产生检测结果。
2.如权利要求1所述的主机板，其特征在于，该主机板还包含具有迷你快捷外围组件互连接口的附加适配卡，其嵌合在该总线插槽中，用来提供该第二版本总线的功能。
3.如权利要求2所述的主机板，其特征在于，该附加适配卡还包含控制单元，用来在该检测结果指示该附加适配卡被插在该总线插槽中且该第二版本总线的功能被提供时，产生控制信号。
4.如权利要求3所述的主机板，其特征在于，该主机板还包含开关，耦接于该主控制器接口装置、该总线插槽以及该连接器，用来根据该控制信号，选择该主控制器接口装置的信号或该附加适配卡的信号。
5.如权利要求4所述的主机板，其特征在于，该迷你快捷外围组件互连接口包含有：
第一预设针脚，通过该第一数据线耦接于该开关；
第二预设针脚，通过该第二数据线耦接于该连接器；以及
第三预设针脚，通过第三数据线耦接于该开关。
6.如权利要求4所述的主机板，其特征在于，该开关为一个多任务器。
7.一种减少可兼容多重版本的通用串行总线的主机板组态变更的方法，其中该主机板包含连接器、主控制器接口装置、总线插槽以及检测单元，其特征在于，该方法包含有：
在该主机板上，布第一数据线的走线，用以耦接该主控制器接口装置与该连接器；
在该主机板上，布第二数据线的走线，用以耦接该总线插槽与该连接器；以及
检测该总线插槽的插入状态以及第二版本通用串行总线的功能，并产生检测结果。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包含：
设置开关于该连接器、该主控制器接口装置以及该总线插槽之间；
在该主机板上，布一第三数据线的走线，用以耦接该总线插槽与该开关；
在该主机板上，布一开关线的走线，用以耦接该开关耦接与该连接器；以及
在该主机板上，布一第一数据线的走线，用以耦接该开关与该主控制器接口装置。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包含将具有迷你快捷外围组件互连接口的附加适配卡嵌合于该总线插槽，用以提供该第二版本总线的功能。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该迷你快捷外围组件互连接口包含有：
第一预设针脚，通过该第一数据线耦接于该开关；
第二预设针脚，通过该第二数据线耦接于该连接器；以及
第三预设针脚，通过该第三数据线耦接于该开关。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包含在该检测结果指示该附加适配卡被嵌合在该总线插槽中且该第二版本总线的功能被提供时，产生控制信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包含使能一开关，用以根据该控制信号，选择该主控制器接口装置的信号或该附加适配卡的信号。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该开关为一个多工机。
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