CN102541794B - 集线器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种集线器，包括：向上端口，用于耦接到支持第一和/或第二数据格式的主机设备；多个向下端口，分别用于耦接到支持第一和/或第二数据格式的从属设备；第一子集线器，用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第一数据格式的数据传输；第二子集线器，用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第二数据格式的数据传输；数据格式检测器，用于检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式；事务转译器，耦接在第一子集线器和第二子集线器之间，并耦接至至少一个向下端口，用于在第一数据格式的数据与第二数据格式的数据之间进行转换；以及控制器，用于控制第一子集线器、第二子集线器、和事务转译器，并根据检测的数据格式，决定是否进行上述转换。

Description

集线器及其方法
技术领域
本发明涉及数据传输系统，更具体地，涉及集线器及其方法。
背景技术
通用串行总线(USB)作为主机设备与从属设备之间的数据传输标准在电子设备中被广泛使用。USB版本2.0的数据传输带宽(High-Speed)为480Mbps(兆位/秒)，而USB版本3.0的数据传输带宽(Super-Speed)为5Gbps(千兆位/秒)。
虽然USB版本3.0是性能优越的新标准，但USB2.0设备目前仍然在大量使用而且继续在市场上销售，无法马上更新为USB3.0设备。因此，经常需要在USB3.0主机设备上同时使用分别支持USB2.0和3.0的从属设备。
然而，在USB版本3.0规范中规定的USB3.0集线器包括专门负责USB3.0格式的数据传输的超高速子集线器和专门负责USB2.0格式的数据传输的USB2.0子集线器，它们分别耦接在用于耦接主机设备的向上端口与用于耦接从属设备的多个向下端口之间。
超高速子集线器与向上端口之间的上游总线为USB3.0总线，而USB2.0子集线器与向上端口之间的上游总线为USB2.0总线。当USB2.0从属设备耦接到上述集线器的向下端口之一时，其数据传输通路通过USB2.0子集线器经由上游USB2.0总线到达向上端口。
因此，当同时耦接了多个USB2.0从属设备时，该多个从属设备将共享上游USB2.0总线480Mbps的带宽。例如，当使用1个USB2.0从属设备时，可为该从属设备提供480Mbps的带宽；但同时使用2个USB2.0从属设备时，仅能够向每个从属设备提供480/2＝240Mbps的带宽；当同时使用4个USB2.0从属设备时，仅能够向每个从属设备提供480/4＝120Mbps的带宽。
即，在同时使用多个USB2.0从属设备时，其带宽受到共享的上游USB2.0总线的带宽的限制，而同时超高速子集线器与向上端口之间的上游USB3.0总线的带宽虽然很大却得不到利用。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明提供能够有效利用上游带宽的集线器及其方法，其中，根据耦接的主机设备和从属设备，将数据在高速数据格式与低速数据格式之间进行转换。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种集线器，包括：向上端口，用于耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的主机设备；多个向下端口，分别用于耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的从属设备；第一子集线器，用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第一数据格式的数据传输；第二子集线器，用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第二数据格式的数据传输；数据格式检测器，用于检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式；事务转译器，耦接在该第一子集线器和该第二子集线器之间，并耦接至该多个向下端口中的至少一个向下端口，用于在该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据之间进行转换；以及控制器，用于控制第一子集线器、第二子集线器、和事务转译器的操作，并根据已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式，决定是否控制该事务转译器进行该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据的转换，其中当耦接到该向上端口的该主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第二数据格式时，该控制器控制该事务转译器在该支持该第二数据格式的从属设备的该第二数据格式的数据与该主机设备的第一数据格式的数据之间进行数据格式转换，使该支持该第二数据格式的从属设备经由该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口的通路与该主机设备进行数据传输，其中该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口之间的该通路的带宽大于该多个向下端口之一与该事务转译器之间通路的带宽。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种集线器的方法，该集线器包括能够耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的主机设备的向上端口、和分别能够耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的从属设备的多个向下端口、用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第一数据格式的数据传输的第一子集线器、及用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第二数据格式的数据传输的第二子集线器，该方法包括：检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式；以及当耦接到该向上端口的该主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第二数据格式时，控制一事务转译器在第一数据格式的数据与第二数据格式的数据之间进行转换，使该支持该第二数据格式的从属设备经由该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口的通路与该主机设备进行数据传输，其中该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口之间的该通路的带宽大于该多个向下端口之一与该事务转译器之间通路的带宽。
通过使用根据本发明的集线器及其方法，通过数据格式转换，可以在使用多个低速从属设备的时候充分利用上游高速总线的带宽，提高每个从属设备的传输速度，并避免上游高速总线的拥塞。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的USB3.0集线器的框图；
图2是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器的框图；
图3是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器的框图；
图4是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器的框图；
图5是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器的框图；以及
图6是示出根据本发明的一个实施例的图5的USB3.0集线器的方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述根据本发明的示范性实施例。附图中，将相同或类似的附图标记赋予结构以及功能基本相同的组成部分，并且为了使说明书更加简明，省略了关于基本上相同的组成部分的冗余描述。
根据本发明的集线器可以包括用于耦接到主机设备的向上端口、分别用于耦接到从属设备的多个向下端口、用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第一数据格式的数据传输的第一子集线器、用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第二数据格式的数据传输的第二子集线器、以及用于检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式的数据格式检测器。其中，主机设备和从属设备支持第一数据格式和/或第二数据格式。此外，该集线器可以包括：事务转译器，耦接在该第一子集线器和该第二子集线器之间，并耦接至该多个向下端口中的至少一个向下端口，用于在第一数据格式的数据与第二数据格式的数据之间进行转换；以及控制器，用于控制第一子集线器、第二子集线器、和事务转译器的操作，并根据已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式，决定是否控制该事务转译器进行该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据的转换。
在一个实施例中，假定第一数据格式的带宽大于第二数据格式的带宽，如果耦接到向上端口的主机设备被检测为支持第一数据格式，且多个耦接到向下端口的从属设备被检测为仅支持第二数据格式，则控制器控制该事务转译器该支持第二数据格式的从属设备的第二数据格式的数据与该主机设备的第一数据格式的数据之间进行数据格式转换，使得这些从属设备通过上游高速总线与主机设备传输数据。
此外，当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第一数据格式时，该控制器控制在该支持该第一数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第一子集线器传输该第一数据格式的数据。当耦接到该向上端口的主机设备被检测为支持该第二数据格式时，该控制器控制在该多个向下端口所耦接的从属设备与该主机设备之间直接经由该第二子集线器传输该第二数据格式的数据。
未耦接至该事务转译器的向下端口所耦接的支持第二数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第二子集线器传输该第二数据格式的数据，未耦接至该事务转译器的向下端口所耦接的支持第一数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第一子集线器传输该第一数据格式的数据。
在另一个实施例中，该集线器可以包括信号开关，耦接于该事务转译器与该第一子集线器之间，当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持第二数据格式时，导通该第一子集线器与该事务转译器之间该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据的转换的信号通路。
下面以USB3.0集线器为例，即，其中第一数据格式为USB3.0，第二数据格式为USB2.0或1.1(以下统称为USB2.0)，详细描述本发明的实施例。然而，本发明也可以应用于使用其他数据格式的集线器而不限于此。
图1是示出根据本发明的一个实施例的USB3.0集线器100的框图。
参照图1，USB3.0集线器100包括：向上端口101，用于耦接到支持USB3.0和/或USB2.0的主机设备；向下端口111－114，分别用于耦接到支持USB3.0和/或USB2.0的从属设备；超高速子集线器121，耦接在向下端口111－114与向上端口101之间，用于传输USB3.0数据；USB2.0子集线器122，耦接在向下端口111－114与向上端口101之间，用于传输USB2.0数据；数据格式检测器(未示出)，用于检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式；USB3.0事务转译器130，耦接在USB2.0子集线器122与超高速子集线器121之间，并耦接至向下端口111－113，用于在USB3.0数据与USB2.0数据之间进行转换；以及控制器140，用于控制超高速子集线器121、USB2.0子集线器122、和USB3.0事务转译器130的操作，并根据已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式，选择将要应用数据格式转换的从属设备。注意到，本实施例中三个向下端口111－113耦接到USB3.0事务转译器130，然而本发明不限于此，耦接到USB3.0事务转译器130的向下端口的数量也可以更多或更少。
USB3.0事务转译器130负责将来自耦接至向下端口111-113的USB2.0从属设备的USB2.0数据转换为USB3.0数据，并将来自超高速子集线器121的USB3.0数据转换为USB2.0数据。USB3.0事务转译器的结构在申请人的中国专利申请201010129143.4中披露，通过引用将其公开整体合并于此。因此，这里不再详述USB3.0事务转译器的细节。
注意的是，在图1以及后续的图2至图5中，各模块之间粗实线所示的通路为超高速通路(SuperSpeed Path)150，带宽可达5Gbps；细实线所示的通路为USB2.0通路(USB2.0path)160，带宽为480Mbps。在一个实施例中，如果耦接到向上端口101的主机设备被检测为支持USB3.0，且多个耦接到向下端口111-113的从属设备被检测为仅支持USB2.0，则控制器控制USB3.0事务转译器130将支持USB2.0的从属设备的USB2.0数据转换为USB3.0数据，使得这些从属设备通过USB3.0事务转译器130至超高速子集线器121再至向上端口101的超高速通路(SuperSpeed Path)150与主机设备传输数据，反之，对下行数据亦然。
在另一实施例中，部分仅支持USB2.0的从属设备与该主机设备也可以通过USB2.0通路160直接传输USB2.0数据而不经过数据格式转换。例如，可以将一部分向下端口(例如，向下端口114)直接耦接到USB2.0子集线器122而不通过USB3.0事务转译器130，即耦接至向下端口114的USB2.0的从属设备经过向下端口114至USB2.0子集线器122再至向上端口101的USB2.0通路(USB2.0path)160与主机设备传输数据。在本实施例中，USB2.0通路160仅支持一个USB2.0从属设备的数据传输，其480Mbps的带宽仅为该USB2.0从属设备独享，可达到该USB2.0从属设备的最佳传输效率。在本发明其它实施例中，也可以所有的向下端口111－114均耦接至USB3.0事务转译器130，使得所有从属设备均通过USB3.0事务转译器130至超高速子集线器121再至向上端口101的超高速通路150与主机设备传输数据。
在一实施例中，如果耦接到向上端口101的主机设备被检测为不支持USB3.0，且多个耦接到向下端口111-113的从属设备被检测为支持USB2.0，则USB3.0事务转译器130可以包括用于传输不经转换的数据的(多个)旁路开关(未示出)，多个耦接到向下端口111-113的从属设备通过USB3.0事务转译器130至USB2.0子集线器122再至向上端口101的USB2.0通路160与主机设备传输数据。反之，对下行数据亦然。
图2是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器200的框图。图2的USB3.0集线器200与图1的USB3.0集线器100的区别在于，其包括多个USB3.0事务转译器131－133，分别对应于向下端口111－113。通过为每个向下端口提供单独的USB3.0事务转译器，可以根据耦接的从属设备的差异，分别调整参数以改善信号质量和信号同步，并增强链路的稳定性，减少传输错误的发生。
图3是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器300的框图。图4是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器400的框图。与图1的USB3.0集线器100相比，图3的USB3.0集线器300中的USB3.0事务转译器130集成于超高速子集线器121中，因此该实施例中的超高速子集线器121与USB2.0子集线器122之间会增设一条USB2.0通路160。而图4的USB3.0集线器400中的USB3.0事务转译器130集成于USB2.0子集线器122中，因此该实施例中的超高速子集线器121与USB2.0子集线器122之间会增设一条超高速通路150。然而本发明不限于此，USB3.0事务转译器在USB3.0集线器中的其他耦接方式也可以适用于本发明。
图5是示出根据本发明的另一个实施例的USB3.0集线器500的框图。与图1的USB3.0集线器100相比，图5的USB3.0集线器500进一步包括USB3.0信号开关170，耦接在USB3.0事务转译器130与超高速子集线器121之间，用于在控制器140的控制下接通或切断USB3.0事务转译器130转换的USB3.0数据到超高速子集线器121的超高速通路150。
图6是示出根据本发明的一个实施例的图5的USB3.0集线器500的方法的流程图。
参照图6，在步骤S601，将USB3.0集线器500的向上端口101耦接到主机设备，并将从属设备耦接到向下端口111－114中的至少一个。在步骤S603，USB3.0集线器500的数据格式检测器检测耦接的主机设备和从属设备的数据格式，即，检测其是否支持USB3.0。在一实施例中，该数据格式检测器可以位于该USB3.0事务转译器130内部。在另一实施例中，该数据格式检测器可以位于该控制器140内部。
在步骤S605，控制器确定主机设备是否支持USB3.0。如果主机设备不是USB3.0设备，则在步骤S611，控制器140接通USB3.0事务转译器130中的全部旁路开关，并切断USB3.0信号开关170。从而，耦接至向下端口111－113的从属设备通过向下端口111－113至USB3.0事务转译器130中的旁路开关再至USB2.0子集线器122经由上游USB2.0总线再至向上端口101的通路(即，图5所示全为细实线的USB2.0通路160)与该USB2.0主机设备传输数据，而耦接至向下端口114的从属设备通过向下端口114至USB2.0子集线器122再至向上端口101的USB2.0通路160与该USB2.0主机设备传输数据。
如果主机设备是USB3.0设备，则在步骤S607，数据格式检测器确定耦接至向下端口111－113的从属设备是否全为USB3.0设备。如果全为USB3.0设备，则进入步骤S613，控制器140切断USB3.0信号开关170。从而，全部USB3.0从属设备通过向下端口111－114至超高速子集线器121再至向上端口101的超高速通路150与该USB3.0主机设备传输数据。
如果耦接至向下端口111－113的从属设备存在USB2.0从属设备，则在步骤S609，控制器140切断USB3.0事务转译器130中与选择的USB2.0从属设备对应的旁路开关，并接通USB3.0信号开关170。从而，耦接至向下端口111－113的对应USB2.0从属设备通过USB3.0事务转译器130、USB3.0信号开关170、和超高速子集线器121经由上游USB3.0总线与向上端口101之间的的通路(即，图5所示全为粗实线的超高速通路150)与该USB3.0主机设备传输数据，其中传输的数据由USB3.0事务转译器130进行数据格式转换。图2的实施例包括多个USB3.0事务转译器131－133，分别对应于向下端口111－113，则图2实施例对应的流程图中，每个USB3.0事务转译器131－133中的数据格式检测器分别执行步骤S607，即分别确定其对应的向下端口所耦接的从属设备是否为USB3.0设备。
如上所述，已经在上面具体地描述了本发明的各个实施例，但是本发明不限于此。本领域的技术人员应该理解，可以根据设计要求或其它因素进行各种修改、组合、子组合或者替换，而它们在所附权利要求书及其等效物的范围内。

Claims (14)

1.一种集线器，包括
向上端口，用于耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的主机设备；
多个向下端口，分别用于耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的从属设备；
第一子集线器，用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第一数据格式的数据传输；
第二子集线器，用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第二数据格式的数据传输；
数据格式检测器，用于检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式；
事务转译器，耦接在该第一子集线器和该第二子集线器之间，并耦接至该多个向下端口中的至少一个向下端口，用于在该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据之间进行转换；以及
控制器，用于控制第一子集线器、第二子集线器、和事务转译器的操作，并根据已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式，决定是否控制该事务转译器进行该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据的转换，
其中当耦接到该向上端口的该主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第二数据格式时，该控制器控制该事务转译器在该支持该第二数据格式的从属设备的该第二数据格式的数据与该主机设备的第一数据格式的数据之间进行数据格式转换，使该支持该第二数据格式的从属设备经由该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口的通路与该主机设备进行数据传输，其中该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口之间的该通路的带宽大于该多个向下端口之一与该事务转译器之间通路的带宽。
2.如权利要求1所述的集线器，其中该第一数据格式是通用串行总线(USB)版本3.0，该第二数据格式是通用串行总线(USB)版本2.0或1.1。
3.如权利要求1所述的集线器，其中当耦接到该向上端口的主机设备被检测为支持该第二数据格式时，该控制器控制在该多个向下端口所耦接的从属设备与该主机设备之间直接经由该第二子集线器传输该第二数据格式的数据。
4.如权利要求1所述的集线器，其中当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第一数据格式时，该控制器控制在该支持该第一数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第一子集线器传输该第一数据格式的数据。
5.如权利要求1所述的集线器，其中未耦接至该事务转译器的向下端口所耦接的支持该第二数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第二子集线器传输该第二数据格式的数据，未耦接至该事务转译器的向下端口所耦接的支持该第一数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第一子集线器传输该第一数据格式的数据。
6.如权利要求1所述的集线器，其中该事务转译器进一步包括旁路开关，当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持该第二数据格式时，接通该旁路开关以传输不经转换的该第二数据格式的数据。
7.如权利要求1所述的集线器，进一步包括信号开关，耦接于该事务转译器与该第一子集线器之间，当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第二数据格式时，导通该第一子集线器与该事务转译器之间该第一数据格式的数据与该第二数据格式的数据的转换的信号通路。
8.如权利要求1所述的集线器，其中该事务转译器包括分别与该多个向下端口中的至少两个向下端口对应的多个事务转译器。
9.如权利要求1所述的集线器，其中该事务转译器位于第一子集线器内。
10.如权利要求1所述的集线器，其中该事务转译器位于第二子集线器内。
11.一种集线器的方法，该集线器包括用于耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的主机设备的向上端口、分别用于耦接到支持第一数据格式和/或第二数据格式的从属设备的多个向下端口、用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第一数据格式的数据传输的第一子集线器、及用于支持该多个向下端口与该向上端口之间第二数据格式的数据传输的第二子集线器，该方法包括：
检测已耦接的主机设备和从属设备支持的数据格式；以及
当耦接到该向上端口的该主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第二数据格式时，控制一事务转译器在第一数据格式的数据与第二数据格式的数据之间进行转换，使该支持该第二数据格式的从属设备经由该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口的通路与该主机设备进行数据传输，其中该事务转译器至该第一子集线器再至该向上端口之间的该通路的带宽大于该多个向下端口之一与该事务转译器之间通路的带宽。
12.如权利要求11所述的方法，其中该第一数据格式是通用串行总线(USB)版本3.0，该第二数据格式是通用串行总线(USB)版本2.0或1.1。
13.如权利要求11所述的方法，其中当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持该第二数据格式时，该多个向下端口所耦接的从属设备与该主机设备之间直接经由该第二子集线器传输该第二数据格式的数据。
14.如权利要求11所述的方法，其中当耦接到向上端口的主机设备被检测为支持该第一数据格式、且耦接该多个向下端口之一的从属设备被检测为支持该第一数据格式时，该支持该第一数据格式的从属设备与该主机设备之间直接经由该第一子集线器传输该第一数据格式的数据。
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