CN102439531A - 高密度、低抖动、同步usb扩展 - Google Patents

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Abstract

一种提供USB网络的高密度扩展的方法，该方法包括：将多个USB集线器附接至PXI仪器机箱中相邻槽；将USB集线器中的一个配置为主USB集线器；将主USB集线器的上游端口连接至USB网络；配置主USB集线器的第一下游端口，以通过第一PXI本地总线与所述USB集线器的除主USB集线器之外的第一相邻USB集线器通信，第一相邻USB集线器与主USB集线器邻接；配置主USB集线器的多个其它下游端口以提供主USB集线器的扩展；将第一相邻USB集线器的上游端口连接至第一PXI本地总线，其中第一PXI本地总线在主USB集线器的方向上；配置第一相邻USB集线器的第一下游端口以通过第二PXI本地总线与所述USB集线器的除主USB集线器之外的第二相邻USB集线器通信，第二相邻USB集线器与第一相邻USB集线器邻接；配置第一相邻USB集线器的多个其它下游端口，以提供第一相邻USB集线器的扩展；和以相同方式配置其它的USB集线器和第一相邻USB集线器。

Description

高密度、低抖动、同步USB扩展
相关申请
本申请基于2009年5月20日提交的第61/179904号美国申请，并要求其提交日的权益，所提交的该申请的内容通过引用而整体合并于此。
技术领域
本发明涉及一种提供基于版本3的通用串行总线(USB)架构(或USB3.0)的、具有连通性的同步和时序系统的方法和设备，该系统具体地但决不是排它地用于提供在本地环境或分布式方案中以必要的任意程度同步的测试和测量设备、仪器接口和过程控制设备的时钟、数据采集以及自动化和控制。
背景技术
版本2.0的USB规范和包括版本2.0的USB规范旨在以开放的架构促进来自不同厂商的装置的互操作。USB 2.0数据利用采用两条导线的信号电平之差的形式的差分信令(即其中这两条导线传送信息)来编码。USB 2.0规范旨在作为对PC架构、跨越便携的环境、台式和家用环境的增强。
不过，USB是用户集中的，因此USB 2.0规范缺少用于使装置同步达到任意高精度的机制。几种提案曾尝试去解决这种和其它的不足。例如，第6,343,364号美国专利(Leydier等人)公开了一种对被引导到智能卡读取器的USB通信流进行频率锁定的实施例。该文件披露了与USB SYNC和包ID流比较的本地、自由运行的时钟；其周期被更新以匹配这个频率，从而产生1.5MHz的标称频率的本地时钟。这提供了足以将智能卡信息读取到主机PC内的同步程度，但这种方法面向智能卡读取器，因而不能解决装置间的同步。
WO 2007/092997(Foster等人)公开了允许在USB装置上产生精确的时钟频率、而不考虑主机PC中时钟的精确性的同步USB装置。USB SOF包被USB装置解码，并被处理作为时钟载波信号，而不是充当时钟基准。
载波信号，一旦从USB通信流被解码，将与比例因子(scaling factor)结合以产生同步信息，从而合成时钟频率精确控制的本地时钟信号。以这种方式，相比载波信号的有点不确定的频率，本地时钟信号的频率可更加精确。
据说这种布置能够产生达到任意高频的本地时钟信号，例如几十兆赫的时钟频率，因此能够确保连接至给定USB的每个装置的本地时钟在频率上同步。第10/620,769号美国申请也披露了一种方法和设备，从而通过测量信号从主机到每个装置的传播时间并在每个USB装置上提供时钟相位补偿以进一步使多个本地时钟在相位上同步。
美国专利申请12/279,328(Foster等人)披露了多个USB装置的本地时钟与从另一个接口接收的时间基准同步。在一个实施方式中，USB装置包含本地时钟，该本地时钟与使用IEEE-1588协议经过以太网而外部提供的时间标记同步。在又一个实施方式中，USB装置的时钟与来自全球定位系统(GPS)同步化时钟的时间基准同步。
所有上面的系统都适用于常规的USB 2.0，并同样地限于几个领域中。由于设备响应超时，USB 2.0在范围上被限制。这是USB主机控制器响应来自所述USB主机控制器的请求而分配从给定的USB装置接收信号的时间窗。因此USB 2.0的物理长度接近25m。
2008年11月发布了USB 3.0规范，其也关注于消费者应用。USB 3.0规范对USB架构做出了显著的改变。具体来说，上述的背景技术同步配置将不适用于新的5Gb/s协议(称作“超高速USB”)，因为该协议废除了用于SOF包的广播机制。
USB 3.0在同一连接电缆上限定了两个并行且独立的USB总线。首先，USB 2.0总线(对于后面的兼容性)保持不变并提供低速(1.5Mb/s)、全速(12Mb/s)和高速(480Mb/s)协议。第二总线-对于5Gb/s通信流-提供超高速USB。除了总线到给定USB装置的操作是互斥的之外，这些总线独立地工作。也就是说，如果超高速连接是可能的，则USB 2.0总线就与该装置断开。
在图1中以10来示意性描述USB 3.0的双总线架构。包括USB主机控制器14的个人计算机12通过第一USB 3.0从属电缆(compliant cable)18被连接到USB 3.0集线器16；USB 3.0装置20通过第二USB 3.0从属电缆24被连接到USB 3.0集线器16的下游端口22。
USB主机控制器14包括USB 2.0主机26和超高速主机28两者。这两个主机26、28彼此独立，且每个主机26、28能够连接多达127个装置(包括集线器)。USB 3.0从属电缆为复合电缆，包含USB 2.0从属电缆和一串能够传送超高速信号的屏蔽导线。于是，USB 3.0从属电缆18包括USB 2.0从属电缆30和屏蔽导线32。
USB 3.0集线器16包含USB 2.0集线器功能元件34和超高速集线器功能元件36，每个功能元件通过复合电缆18都被直接地连接到其各自的主机26、28。USB 3.0装置20包含USB 2.0装置功能元件38和超高速装置功能元件40，每个功能元件通过复合电缆24都向后连接到其各自的USB 3.0集线器16的集线器功能元件34、36。
在列举的USB 3.0装置20处，超高速主机28针对超高速装置功能元件(40)的存在进行检查。如果发现超高速装置，则建立连接。如果未发现超高速装置(如仅将USB 2.0装置连接到端口22的情况)，则USB 2.0主机26针对USB 2.0装置功能元件(38)在装置20中的存在进行检查。一旦主机控制器14确定哪个装置功能元件被连接，则其指示USB 3.0集线器16对应于是USB 2.0装置功能元件38还是超高速装置功能元件40被附接而仅仅启动下游端口22的通信。这意味着在任意一个时间两个并行总线中仅仅一个与例如USB 3.0装置20的终端装置处于操作状态。
此外，超高速USB具有不同于USB 2.0总线的架构。由于高比特率，相当高速的通信系统消耗了大量的能量。超高速USB的设计要求是较低的功耗以延长用户装置的电池寿命。这已导致USB 2.0的先前广播设计发生改变：超高速不是广播总线，而是将通信包指向系统中特定的节点，并切断空闲链路上的通信。
这严重影响了例如第12/279,328号美国专利申请的同步配置的任意扩展，该美国专利申请的用于同步装置的方法和设备是基于在总线上被传递至每个装置的广播时钟载波信号，该信号不适于超高速USB。
超高速集线器功能元件起着装置到主机(或上游端口)和主机到装置(或下游端口)的作用。这意味着超高速集线器功能元件起着缓冲和调度其下游端口上的交易的作用，而不仅仅起着中继器的作用。同样地，超高速集线器功能元件也起着调度上游端口上的交易的作用。因此，负荷重的集线器功能元件会在通过系统传输包时增加显著的非确定性延迟。这也阻止了例如第12/279,328号美国专利申请的USB 2.0同步配置在超高速USB上操作的使用。
USB 2.0不成熟的等时同步在USB 3.0规范中显著得到了改善。打开主机控制器和USB装置之间的等时通信管道保证在每个服务间隔中通信管道的固定带宽分配。USB 3.0的等时协议包含所谓的等时时间戳包(ITP)，该时间戳包以稍微规则的间隔被发送到每个等时端点，并且包含在主机控制器的时域中由USB主机物理层(Phy)进行的ITP交易的开始的时间戳。该等时时间戳包精确到大约25ns。超高速USB切断空闲链路以保存能量，但为了接收等时时间戳包，链路必须是有源的。因此，主机控制器必须保证在等时时间戳包的传输之前到装置的所有链路处于完全有源模式(称作电源状态U0)。
遗憾的是，等时时间戳包会在沿着USB网络的传播中被延迟。USB 3.0也未提供确定包在超高速USB中的传播时间的方法，因此没有方法精确地知道在不同USB装置上的时域之间的相位关系。期望几百纳秒的相位差为最佳情况，利用超高速USB使其对于仪器化或其他精度时序要求是不切合实际的。
第5,566,180号美国专利(Eidson等人)公开了一种同步时钟的方法，其中通信网络上的一串装置互相传送它们的本地时间，且由消息群确定网络传播时间。Eidson的进一步公开(第6,278,710、6,665,316、6,741,952和7,251,199号美国专利)扩展了这种概念，但仅仅致力于其中同步消息的恒流经由因特网在分布式仪器网络的每个节点之间传递的同步配置。这样连续的发送消息消耗了带宽，并且将可能的同步化的精确度限制到在点对点的布置中为几百纳米秒和在常规的交换式子网中为更低的精确度(通常微秒)。
应当理解的是，在本公开中术语“时钟信号”和“同步”用于指代时钟信号、触发信号、延迟补偿信息以及传播时间测量信息。还应当理解的是，在本公开中“时间的概念”用于表示出现时间(epoch)或“实际时间”，也可用于指代时钟信号和相关出现时间的结合。
发明内容
本发明的一般目的是根据USB3规范实现多个USB装置的精确性同步，达到预定义的最大值。
在第一广义方面，本发明提供一种提供USB网络的高密度扩展的方法，该方法包括：
将多个USB集线器附接至PXI(包括PXI-express)仪器机箱中相邻的槽；
将USB集线器中的一个配置为主USB集线器(primary USB Hub)；
将主USB集线器的上游端口连接至USB网络；
配置主USB集线器的第一下游端口，以通过第一PXI本地总线与多个USB集线器的除所述主USB集线器之外的第一相邻USB集线器通信，所述第一相邻USB集线器与主USB集线器邻接；
配置主USB集线器的多个其它下游端口以提供所述主USB集线器的扩展(例如经面板)；
将所述第一相邻USB集线器的上游端口连接至所述第一PXI本地总线，其中所述第一PXI本地总线在所述主USB集线器的方向上；
配置所述第一相邻USB集线器的第一下游端口，以通过第二PXI本地总线与所述多个USB集线器的除所述主USB集线器之外的第二相邻USB集线器通信，所述第二相邻USB集线器与所述第一相邻USB集线器邻接；
配置所述第一相邻USB集线器的多个其它的下游端口，以提供所述第一相邻USB集线器的扩展(例如经面板)；
和以相同方式配置任意其它的所述USB集线器和所述第一相邻USB集线器。
因此，便于在PXI(包括PXI-express)仪器架构中利用PXI本地总线进行USB扩展，其中从PXI仪器架构可得到高密度的USB扩展端口。
此外，这涉及利用PXI仪器机箱的特征来同步所述USB网络装置的操作，从而改善它们的操作。这些扩展方法可应用于任何架子格式的仪器机箱，例如但不限于VXI、cPCI、利用适合的背板总线机制的VME，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
该方法可包括以与第一相邻USB集线器相同的配置方式来配置一个以上其它的USB集线器。
在一个实施方式中，USB网络(USB集线器形成其一部分)的主机控制器包含于PXI仪器机箱内。在该实施方式中，根据优选采用触发总线的形式的公共源对USB主机控制器和USB集线器计时(以使USB信号中重复计时抖动的效应最小化)。同样优选地，USB主机控制器通过PXI仪器机箱背板的背板(优选通过PXI本地总线)被连接至主USB集线器。
USB主机控制器可经外部USB3电缆而连接至主USB集线器。同样，USB主机控制器可位于PXI仪器机箱的外部。
该方法可包括在PXI仪器机箱之中或之上提供USB网络的USB主机控制器。主USB集线器可包括USB主机控制器。
在一个实施方式中，USB集线器的下游端口通过所述多个跨越相邻USB集线器的PXI本地总线利用差分信令。通过PXI本地总线的通信可处于具有最大USB通信带宽的单一信道中。可替代地，通过PXI本地总线的通信可被上游USB集线器(USB集线器的)反串行化(deserialised)为用于通过PXI本地总线的链路进行传输的多个较低速并行信道，接着在多个USB集线器中邻接于各个USB集线器的另一个的上游端口处，再串行化(re-serialising)多个USB集线器中每一个的所述下游端口。
根据该方面，还提供一种用于提供USB网络的高密度扩展的设备，包括：
PXI或PXI-express波形因数卡；
用于从第一PXI本地总线接收USB信号的上游端口；
USB集线器电路；
用于通过第二PXI本地总线扩展USB网络的下游USB端口；
用于扩展所述USB网络的一个以上附加的下游USB端口。
该设备可进一步包括被连接至USB集线器电路的上游端口的USB主机控制器。
USB集线器电路可由已与USB主机控制器的时基谐振的本地时钟计时。
根据该广义方法，还提供一种用于利用PXI本地总线通过将USB数据流传递至相邻装置而扩展USB网络的系统。
因此，根据该方面，还提供一种用于扩展USB网络的设备，包括：
用于通过USB集线器的上游端口与主机控制器通信并通过USB集线器的多个下游端口与USB装置通信的USB集线器电路；
适于将所述下游端口的一个连接至PXI卡能利用的第一PXI本地总线端口的电路，所述PXI卡被附接至PXI背板；和
适于将所述上游端口连接至所述USB集线器的面板接头或第二PXI本地总线端口的电路；
从而USB扩展经PXI本地总线被提供在相邻基于PXI卡的USB集线器之间的PXI背板上。
该设备还可进一步包括PXI或PXI-express波形因数卡。
在具体实施方式中，该设备被提供作为基于PXI卡的USB集线器上的电路。
USB集线器电路可由已与所述USB主机控制器的时基谐振的本地时钟来计时。
在一个实施方式中，在USB集线器电路的时钟速率和所述USB主机控制器的时钟速率之间基本上不存在整数关系。
根据该方面的一个实施方式，提供了一种具有上述设备的USB集线器。
在第二广义方面，本发明提供一种通过利用PXI(或PXI-express)机箱的架构使USB主机控制器和多个USB集线器同步的方法。PXI机箱波形因数(formfactor)以插件箱(card cage)布置提供多个插入式槽。PXI机箱的背板提供PCI总线、专门的时钟和触发总线(PXI星形触发总线)以及用于连接并提供相邻卡之间的边带通信信道的PXI本地总线。
因此，根据该方面，本发明提供一种使PXI(包括PXI-express)仪器架构内多个USB集线器同步的方法，该方法包括：
将多个USB集线器附接到PXI仪器机箱中的槽，所述PXI仪器机箱包括PXI星形触发总线；
配置所述USB集线器以经PXI仪器机箱的背板连接器从PXI星形触发总线接收计时信号；和
使所述USB集线器的各自本地时钟与由所述PXI星形触发总线提供的所述计时信号同步。
由于标准的USB集线器处理数据并将数据从上游端口转发到下游端口，因此会损害多个USB装置的同步。因此，本发明提供一种用于减少同步USB装置的本地时钟中抖动的方法。
在实施方式中，符合PXI(包括PXI-express)波形因数的USB主机控制器被附接至PXI仪器机箱，且该方法包括使USB主机控制器的本地时钟与由PXI星形触发总线提供的计时信号同步。以这种方式，来自USB主机控制器的本地时钟的USB数据流比特率和USB集线器重复计时速率共享公共的时间源。
因此，该方法通过利用PXI(或PXI-express)机箱的架构而允许使USB主机控制器和多个USB集线器同步。PXI机箱波形因数以插件箱布置提供多个插入式槽，且PXI机箱的背板提供PCI总线、专门的时钟和触发总线、PXI星形触发总线、以及用于连接并提供相邻卡之间的边带通信信道的PXI本地总线。
在一个实施方式中，本地时钟被锁频(或谐振)到由PXI星形触发总线提供的基准时钟信号。本地时钟可被锁定到除由PXI星形触发总线提供的基准时钟信号之外的期望频率。优选地，使多个本地时钟与由PXI星形触发总线提供的基准触发信号相位对准或同步。
优选地，USB集线器重复计时速率被同步而大致为USB数据流的比特率的整数倍(为了对USB数据流的采样和转发进行过计时(over-clock))。以这种方式，在USB数据流的比特率和用于转发USB数据流的多个时钟之间具有恒定的相位关系，从而使多个USB集线器进行的USB数据流的转发中的抖动最小化。
在第三广义方面，本发明提供一种用于减少多个USB装置的本地时钟中计时引起的抖动的方法，所述多个USB装置附接在USB网络内各个点处，该方法包括：
将多个USB集线器附接到PXI仪器机箱中的槽，所述PXI仪器机箱设置有PXI星形触发总线；
配置所述USB集线器以经所述PXI仪器机箱的背板连接器从所述PXI星形触发总线接收计时信号；和
使所述USB集线器的各自本地时钟与由所述PXI星形触发总线提供的所述计时信号同步；
将多个USB装置附接在USB网络内的多个点处；
使用所述本地时钟对所述USB集线器中每个内的USB集线器功能元件进行计时；
其中在USB数据信号和在所述网络的每个层级处的所述USB集线器计时之间保持恒定的相位关系。
在一个实施方式中，在USB集线器的各个时钟速率和USB主机控制器的时钟速率之间基本上不存在整数关系。
应当注意的是，可根据应用和期望结合本发明的以上每个方面的所有各个特征。
此外，应当注意的是，本发明还提供被布置为执行上述发明的每个方法的设备和系统。
另外，根据本发明的设备可以各种方式被具体化。例如，这种装置可采用位于印刷电路或印刷布线板上、陶瓷基板上或半导体级别即单个硅(或其它半导体材料)芯片处的多个部件形式配置而成。
附图说明
为了本发明可更加清楚地被确定，现在参照附图通过实施例的方式描述实施方式，其中：
图1为根据背景技术的USB3的双总线架构的示意图；
图2为背景技术PXI机箱的示意图；
图3为根据本发明实施方式的用于在PXI机箱内扩展同步USB的装置的示意图；以及
图4为根据本发明实施方式的用于在PXI机箱内扩展同步USB的设备的示意图。
具体实施方式
图2为根据背景技术的PXI仪器机箱的架构50的示意图。PXI机箱52包含用于计算机的槽54(即机箱52的槽0，其通常容纳坚固的嵌入式PC)、时序控制器槽56(即机箱52的槽1)以及多个扩展槽58。这些元件由跨接背板(根据需要其也为模块提供电能)的几条总线60、62、64而被连接。
主通信通过PCI总线60而被提供。所有数据通过PCI总线60在嵌入式计算机(被连接到槽0)和所附接的时序控制器(被连接到槽1)以及插入式模块58之间传输。槽1可包含特定的时序控制器装置，该时序控制器装置经由时钟和触发事件信号在背板的星形触发总线62上的传递而提供不同插入式模块的协作。最后，提供PXI本地总线64以用于相邻模块之间的边带通信。
在图3中示意性地示出了根据本发明实施方式的用于同步USB扩展的系统70。系统70包括具有槽0控制器74和槽1时序控制器76的PXI机箱72。
系统70还包括位于PXI机箱72的相邻槽中的、附接到PXI机箱72的USB主机控制器82和两个USB集线器装置84。USB主机控制器82具有用于通过此处描述的本发明的任何合适的方法，来确定传播到任意附接至主机控制器82的USB装置的信号的信号传播时间的电路。每个USB集线器装置84在它们各自的面板上具有多个下游USB扩展端口86。USB主机控制器82可选择地具有多个下游USB扩展端口88。
在槽1(即366)处附接的时序控制器经PXI星形触发总线90提供时序信息给USB主机控制器82和USB集线器装置84。这些信号优选地包括基准时钟和事件触发信号。以这种方式，USB主机控制器82和USB集线器装置84的每一个可将其时钟与来自时序控制器76的同一时基同步。这减少了附接至系统70的同步USB装置之间的时钟抖动的可能性。
此外，USB主机控制器82和USB集线器装置84是使用PXI本地总线92的菊花链式(daisy chained)，PXI本地总线92将相邻模块连接，从而在相邻模块之间提供边带通信信道。
应当注意的是，在该实施方式中采用的技术也可应用于PXI-express。PXI-express是其中PCI总线(对照图2的PCI总线60)被升级到PXI-express总线的PXI的演化，但在其它方面却比得上PXI。
多个USB主机控制器82可在PXI机箱72中使用，每一个设置成从PXI星形触发总线90接收同步信号，这对本领域技术人员来说是显而易见的。以这种方式，多个USB网络可一起被同步，并且可与PXI机箱72的时间概念(notion of time)同步。
图4为根据本发明另一个实施方式的用于扩展同步USB的设备100的示意图。设备100包括即通过PCI背板106和PXI星形触发总线108被附接至PXI机箱的相邻槽的USB主机控制器模块102和USB集线器模块104。此外，由于USB主机控制器模块102和USB集线器模块104被附接至相邻槽，因此它们可经中间PXI本地总线110而被连接。
USB主机控制器模块102具有USB主机控制器功能元件112、用于提供到多个下游端口的USB扩展的USB集线器功能元件114、以及用于监控USB数据流的USB装置功能元件116。USB主机控制器模块102经第一连接器118附接至PXI机箱的PCI总线106、经第二连接器120附接至PXI机箱的PXI星形触发总线108、经多个扩展端口122附接至下游USB集线器和装置、以及通过第三连接器124经PXI本地总线110附接至相邻的USB集线器模块104。
USB集线器模块104具有用于提供到多个下游端口的USB扩展的USB集线器功能元件126和用于监控USB数据流的USB装置功能元件128。USB集线器模块104经第一连接器130附接至PXI机箱的PXI星形触发总线108、通过多个扩展端口132附接至下游USB集线器和装置，并且使用下游PXI本地总线(未示出)经另一个相邻USB集线器模块(未示出)通过第二连接器134的再次扩展是可能的。USB集线器模块104通过第三连接器136从上游PXI本地总线110接收上游信息或经面板上游连接器138接收上游信息。多路复用器140也可用于确保对于给定USB集线器模块104仅一个上游连接是可能的。
根据该实施方式，USB主机控制器模块102的USB主机控制器功能元件112通过经第二连接器120从PXI星形触发总线108接收的时钟和时序信号计时。时钟信号142被提供给USB主机控制器功能元件112的时钟输入144和USB集线器功能元件114的时钟输入146两者，以确保它们同步地操作，从而使重复计时引起的抖动最小化。(根据该实施方式，部件148只是将时钟信号传递至USB集线器功能元件134)。
根据该实施方式的变化，部件148是用于接收时钟信号142并再产生频率稍微不同的另一个时钟信号的锁相环(PLL)。这将(分别是USB主机控制器功能元件112的和USB集线器功能元件114的)两个时钟输入144、146的拍频转换成可被有效过滤掉的较高的已知频率，从而减少了装置之间的计时抖动。
根据此处描述的本发明的任意方法，USB主机控制器模块102的USB装置功能元件116在检测点150处监控USB数据通信流，以确定由USB主机控制器功能元件112将信号从检测点150传送到每个附接的下游USB装置的传播时间。USB装置功能元件116也可使用时钟信号142(来自PXI星形触发总线108)，以利用超高速或非超高速同步信道来确定传播时间。
USB集线器模块104经第一连接器130从所述PXI星形触发总线108接收时钟信号152。时钟信号152被用作USB集线器功能元件126的时钟输入156，以对USB上的上游和下游USB数据信号重复计时。由于来自公共的PXI星形触发总线108，因此时钟信号152与USB主机控制器模块102处的时钟信号142同步。以这种方式，根据本发明的该实施方式，使重复计时引起的抖动最小化。(部件154只是将时钟信号152传递至USB集线器功能元件126。)
根据该实施方式的变化，部件154是接收时钟信号152并再产生频率稍微不同的另一个时钟信号的锁相环(PLL)。这将在(USB集线器功能元件114的)时钟输入146和(USB集线器功能元件126的)时钟输入156处的时钟信号的拍频转换成可被有效过滤掉的较高的已知频率，从而减少了装置之间的计时抖动。知道了时钟输入146处的时钟信号的频率，允许对时钟输入156处的时钟信号进行调节，从而使任何可能的拍频效应最小化。
根据此处描述的本发明的任意技术，USB装置功能元件128在检测点158处监控USB数据通信流，以确定由(USB主机控制器模块102的)USB主机控制器功能元件112将信号从检测点158传送到每个附接的下游USB装置的传播时间。USB装置功能元件128也可使用时钟信号152(来自PXI星形触发总线108)，以确定这种传播时间。
设备100可使用多种方法来确定从上级(检测点150)到每个装置的总的信号传播时间和由此到附接的USB装置的相对传播时间。在该实施方式的一个变化中，所有传播时间由USB主机控制器模块102的USB装置功能元件116来测量。在另一个变化中，USB主机控制器模块102和USB集线器模块104的每一个测量到直接连接至它们各自下游端口122或132的USB装置的传播时间，而偏移(即从检测点150到检测点158的传播时间)通过分别参照每个集线器层(USB主机控制器模块102和USB集线器模块104)处的公共计时信号142和152来确定。
此外，USB主机控制器102还可被附接至槽1PXI时序控制器槽，且可包含附加的电路(未示出)以通过在PXI星形触发总线108上产生精确的时序信号而经第二连接器120控制多个附接模块的时序。在该实施方式中，本地时钟源(未图示)被提供在USB主机控制器模块102中以提供基准时钟信号142，基准时钟信号142可经第二连接器120被传递至PXI星形触发总线108。
本领域技术人员易于进行在本发明范围内的修改。因此应当理解的是，本发明不限于通过上文实施例所描述的具体实施方式，并且此处描述的各种实施方式的结合对于本领域技术人员是明显的。
在前述对本发明的描述以及所附的权利要求书中，除了由于表达语言或必要的暗示而上下文另有要求之外，词语“主机控制器”包含所有形式的USB主机控制器，包括标准的USB主机控制器、移动USB(USB-on-the-go)主机控制器以及无线USB主机控制器。
在前述对本发明的描述以及所附的权利要求书中，除了由于表达语言或必要的暗示而上下文另有要求之外，词“包括”或诸如“包含”或“含有”之类的变化形式以包括在内的意义被使用，也就是说，用于详列所述特征的存在，但不排除在本发明的各个实施方式中另外特征的存在或增加。
而且，此处对背景技术的任何引用并不旨在暗示这种背景技术形成或已形成任何国家的的公知常识的一部分。

Claims (15)

1.一种提供USB网络的高密度扩展的方法，该方法包括：
将多个USB集线器附接至PXI仪器机箱中相邻的槽；
将所述USB集线器中的一个配置为主USB集线器；
将所述主USB集线器的上游端口连接至USB网络；
配置所述主USB集线器的第一下游端口，以通过第一PXI本地总线与所述多个USB集线器的除所述主USB集线器之外的第一相邻USB集线器通信，所述第一相邻USB集线器与所述主USB集线器邻接；
配置所述主USB集线器的多个其它的下游端口以提供所述主USB集线器的扩展；
将所述第一相邻USB集线器的上游端口连接至所述第一PXI本地总线，其中所述第一PXI本地总线在所述主USB集线器的方向上；
配置所述第一相邻USB集线器的第一下游端口，以通过第二PXI本地总线与所述多个USB集线器的除所述主USB集线器之外的第二相邻USB集线器通信，所述第二相邻USB集线器与所述第一相邻USB集线器邻接；
配置所述第一相邻USB集线器的多个其它的下游端口，以提供所述第一相邻USB集线器的扩展；和
以相同方式配置任意其它的所述USB集线器和所述第一相邻USB集线器。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述PXI仪器机箱之中或之上提供所述USB网络的USB主机控制器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述主USB集线器包括所述USB主机控制器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述多个USB集线器的所述下游端口通过所述多个跨越相邻的所述USB集线器的PXI本地总线利用差分信令。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括将所述多个USB集线器的所述下游端口反串行化为多个用于通过所述PXI本地总线的链路进行传输的较低速信号信道，并且在所述多个USB集线器中邻接于所述各个USB集线器的另一个的所述上游端口处，再串行化所述多个USB集线器中每一个的所述下游端口。
6.一种用于提供USB网络的高密度扩展的设备，包括：
PXI或PXI-express波形因数卡；
用于从第一PXI本地总线接收USB信号的上游端口；
USB集线器电路；
用于通过第二PXI本地总线扩展USB网络的下游USB端口；
用于扩展所述USB网络的一个以上附加的下游USB端口。
7.根据权利要求6所述的设备，进一步包括USB主机控制器，其中所述USB主机控制器被连接至所述USB集线器电路的上游端口。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述USB集线器电路由已与所述USB主机控制器的时基谐振的本地时钟计时。
9.一种用于扩展USB网络的设备，包括：
USB集线器电路，用于通过USB集线器的上游端口与主机控制器通信并通过所述USB集线器的多个下游端口与USB装置通信；
适于将所述下游端口中的一个连接至PXI卡能利用的第一PXI本地总线端口的电路，所述PXI卡被附接至PXI背板；和
适于将所述上游端口连接至所述USB集线器的面板接头或第二PXI本地总线端口的电路；
从而USB扩展经PXI本地总线被提供在相邻的基于PXI卡的USB集线器之间的PXI背板上。
10.根据权利要求9所述的设备，进一步包括PXI或PXI-express波形因数卡。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述USB集线器电路由已与所述USB主机控制器的时基谐振的本地时钟来计时。
12.根据权利要求9或10所述的设备，其中在所述USB集线器电路的时钟速率和所述USB主机控制器的时钟速率之间基本上不存在整数关系。
13.一种使PXI仪器架构内多个USB集线器的本地时钟的频率和相位同步的方法，该方法包括：
将多个USB集线器附接到PXI仪器机箱中的槽，所述PXI仪器机箱包括PXI星形触发总线；
配置所述USB集线器以经所述PXI仪器机箱的背板连接器从PXI星形触发总线接收计时信号；和
使所述USB集线器的各自本地时钟与由所述PXI星形触发总线提供的所述计时信号同步。
14.一种用于减少多个USB装置的本地时钟中计时引起的抖动的方法，所述多个USB装置附接在USB网络内各个点处，该方法包括：
将多个USB集线器附接到PXI仪器机箱中的槽，所述PXI仪器机箱设置有PXI星形触发总线；
配置所述USB集线器以经所述PXI仪器机箱的背板连接器从所述PXI星形触发总线接收计时信号；和
使所述USB集线器的各自本地时钟与由所述PXI星形触发总线提供的所述计时信号同步；
将多个USB装置附接在所述USB网络内的多个点处；
使用所述本地时钟对所述USB集线器中每个内的USB集线器功能元件进行计时；
其中在USB数据信号和在所述网络的每个层级处的所述USB集线器计时之间保持恒定的相位关系。
15.根据权利要求14的方法，其中在所述USB集线器的各个时钟速率和所述USB主机控制器的时钟速率之间基本上不存在整数关系。
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