CN105487999B - 级联式大规模usb扩展装置及工作方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种级联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统，本级联式大规模USB扩展装置包括：若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各级联式USB扩展板之间还适于通过主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接；本发明能减少反复插拔设备所需的人力及设备损耗，有利于实现高效的办公自动化，操作简单、使用方便，维护成本低。

Description

级联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统

技术领域

本发明涉及一种USB扩展装置，尤其涉及一种级联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统。

背景技术

目前某些行业越来越追求高效的办公自动化，在具有若干外部USB设备的情况下，如果能高效并准确地对每一个设备进行控制，将大大地提高工作效率。而传统的USB扩展器依旧需要人工手动开关，消耗了大量的人力物力，同时反复插拔也会对设备造成损耗，一段时间便要更新某些硬件设备。传统的USB扩展装置扩展数量较少，且无法对每个USB端口进行很好的控制，不能满足设备的大规模扩展。

发明内容

本发明的目的是提供一种级联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统，以实现对USB设备有效管理，提高办公自动化程度，降低人力工作量及设备损耗成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种级联式大规模USB扩展装置，包括：若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各级联式USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

进一步，所述级联式USB扩展板包括：若干级扩展模块，其中第一级扩展模块与第一级USB总线相连，且下一级扩展模块通过该级的USB总线与上一级扩展模块相连；以及各级扩展模块中均包括若干带有若干USB端口的扩展单元；并且设定第一级扩展模块中扩展单元的数量为1，其余各级扩展模块中扩展单元的数量为X，即X＝2ⁿ，其中n表示级数，且n≥2。

进一步，所述级联式USB扩展板还包括：处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述扩展单元包括：USB扩展芯片，由该USB扩展芯片接出的若干USB端口，且USB扩展芯片通过相应USB总线与同级的扩展单元及上级扩展模块互联；第一级USB总线从第一级扩展单元中的USB扩展芯片引出，适于连接上位机或与上一级级联式USB扩展板中最后一级扩展模块中各扩展单元的相应USB端口相连；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入或关闭。

进一步，所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至级联式USB扩展板，所述处理器根据接入指令关闭或打开相应USB端口。

进一步，针对各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干级联式USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

又一方面，本发明还提供一种级联式大规模USB扩展装置的工作方法，其中，所述级联式大规模USB扩展装置包括：若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口；所述工作方法包括：通过USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各级联式USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

进一步，所述级联式USB扩展板包括：若干级扩展模块，其中第一级扩展模块与第一级USB总线相连，且下一级扩展模块通过该级的USB总线与上一级扩展模块相连；以及各级扩展模块中均包括若干带有若干USB端口的扩展单元；第一级扩展模块中扩展单元的数量为1，其余各级扩展模块中扩展单元的数量设为X，即X＝2ⁿ，其中n表示级数，且n≥2。

进一步，所述级联式USB扩展板还包括：处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述扩展单元包括：USB扩展芯片，由该USB扩展芯片接出的若干USB端口，且USB扩展芯片通过相应USB总线与同级的扩展单元及上级扩展模块互联；第一级USB总线从第一级扩展单元中的USB扩展芯片引出，适于连接上位机或与上一级级联式USB扩展板中最后一级扩展模块中各扩展单元的相应USB端口相连；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令控制位于相应USB端口上的USB设备进行接入或关闭。

进一步，所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至级联式USB扩展板，所述处理器根据接入指令关闭或打开相应USB端口；以及针对各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干级联式USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

第三方面，本发明还提供了一种基于USB总线的级联式大规模扩展系统，包括：所述的级联式大规模USB扩展装置。

本发明的有益效果是，本发明的级联式大规模USB扩展装置中各级联式USB扩展板采用同样的结构，具有良好的互换性，能够扩展出若干USB端口，每个USB端口都有一个固定编号，可由上位机控制相应USB端口或者USB设备选通或关闭；一次性扩展了若干外部设备，这些设备可长时间安装在扩展板上，减少反复插拔设备所需的人力及设备损耗，有利于实现高效的办公自动化，操作简单、使用方便，维护成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明扩展板的原理框图；

图2是本发明扩展单元的具体示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例1提供了一种级联式大规模USB扩展装置，包括：若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各级联式USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

为了便于理解本实施例1，见图1中，主、从通信接口(通信接口例如采用RS485接口)。并且主、从通信接口分别从通讯模块引出。

第一级级联式USB扩展板通过主USB总线接口、主通信接口分别与上位机相连；并通过从USB总线接口、从通信接口与第二级级联式USB扩展板相连(即与第二级级联式USB扩展板中主USB总线接口和主通信接口相连)，依次类推，完成N块级联式USB扩展板连接；各级联式USB扩展板的电源模块的供电也可以采用类似级联的方式从电源或上位机引入，也可以采用独立供电的方式。

所述级联式USB扩展板包括：若干级扩展模块，其中第一级扩展模块与第一级USB总线(主USB总线接口从第一级USB总线引出)相连，且下一级扩展模块通过该级的USB总线与上一级扩展模块相连；以及各级扩展模块中均包括若干带有若干USB端口的扩展单元；并且设定第一级扩展模块中扩展单元的数量为1，其余各级扩展模块中扩展单元的数量为X，即X＝2ⁿ，其中n表示级数，且n≥2。

所述级联式USB扩展板还包括：处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述扩展单元包括：USB扩展芯片，由该USB扩展芯片接出的若干USB端口，且USB扩展芯片通过相应USB总线与同级的扩展单元及上级扩展模块互联；第一级USB总线从第一级扩展单元中的USB扩展芯片引出，适于连接上位机或与上一级级联式USB扩展板中最后一级扩展模块中各扩展单元的相应USB端口(该USB端口作为从USB总线接口)相连；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入或关闭。

作为逻辑控制电路的一种可选的实施方式，所述逻辑控制电路例如但不限于采用38译码器作为处理器模块的IO扩展，并且控制USB端口的供电部分。

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至级联式USB扩展板，所述处理器根据接入指令关闭或打开相应USB端口。

针对各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干级联式USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2还提供了一种级联式大规模USB扩展装置的工作方法，所述级联式大规模USB扩展装置包括：若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口；所述工作方法包括：通过USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各级联式USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

所述级联式USB扩展板包括：若干级扩展模块，其中

第一级扩展模块与第一级USB总线相连，且

下一级扩展模块通过该级的USB总线与上一级扩展模块相连；以及

各级扩展模块中均包括若干带有若干USB端口的扩展单元；

第一级扩展模块中扩展单元的数量为1，其余各级扩展模块中扩展单元的数量设为X，即X＝2ⁿ，其中n表示级数，且n≥2。

所述级联式USB扩展板还包括：处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述扩展单元包括：USB扩展芯片，由该USB扩展芯片接出的若干USB端口，且USB扩展芯片通过相应USB总线与同级的扩展单元及上级扩展模块互联；第一级USB总线从第一级扩展单元中的USB扩展芯片引出，适于连接上位机或与上一级级联式USB扩展板中最后一级扩展模块中各扩展单元的相应USB端口相连；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令控制位于相应USB端口上的USB设备进行接入或关闭。

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至级联式USB扩展板，所述处理器根据接入指令关闭或打开相应USB端口。

并且，针对各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干级联式USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

本发明的具体操作步骤如下：

1、在整个级联式大规模USB扩展装置上电前，可以将所有外部USB设备连接到各USB端口上，每个USB设备对应一个编号，存储在上位机的USB管理数据库中。

2、上电后，电源模块为扩展单元、通信模块及CPU模块提供稳定的直流电源；通信模块与CPU模块复位，等待上位机发出指令，默认所有设备都接入上位机。

3、当某个USB设备不需要接入时，即将该USB端口关闭，具体做法是上位机下发带有这一USB设备的设备编码的接入指令(接入指令为USB端口关闭或打开指令)，与上位机直接连接的第一级级联式USB扩展板中的通信模块接收到该接入指令，或由该第一级级联式USB扩展板通过各自的通信模块将该接入指令发送到与第一级级联式USB扩展板依次连接的各级联式USB扩展板。

4、各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码(例如针对各处理器模块设置编码)，上位机发送的接入指令中也包括扩展板编码，处理器模块从接入指令中判断是否包含自己的编号，若包括，立即对相应扩展板进行控制；若不包括，不做任何反应。

5、处理器模块获得指令后，读取接入指令中的编号对扩展模块进行控制。该接入指令还包括校验码、设备编码及终止码组成，增强了指令的可靠性，以达到对设备的准确控制。

所述处理器模块通过控制各引脚上的电平高低来控制逻辑控制电路中相应电子开关的通断，以此控制扩展单元中USB端口电源的选通或关闭。

本具体实施方式在USB总线信号稳定的情况下，能够扩展几块到十几块扩展板，优选为9块USB扩展板，即1块母板与8块子板，子板的USB总线接口(主USB总线接口)与母板的八个USB端口(从USB总线接口)连接。USB端口最终可达352个。本发明具有良好的互换性。上位机上以USB管理数据库的形式存储所有设备的编号，并包含对应的扩展板编码，可根据实际情况对数据库进行管理，增删或修改设备编号。上位机软件采用C#编写，兼容性强，操作稳定。通信模块采用RS485总线连接在一起，能够实现数据共享且被准确读取。

实施例3

在实施例1基础上，本实施例3提供了一种基于USB总线的级联式大规模扩展系统，包括：所述的级联式大规模USB扩展装置，该级联式大规模USB扩展装置与所述上位机互联，并且进行USB端口选通及USB数据传输控制。

具体的，所述上位机参见实施例1或实施例2的相关论述。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种级联式大规模USB扩展装置，其特征在于，包括：若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且

各级联式USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接；

所述级联式USB扩展板包括：若干级扩展模块，其中

第一级扩展模块与第一级USB总线相连，且

下一级扩展模块通过该级的USB总线与上一级扩展模块相连；以及

各级扩展模块中均包括若干带有若干USB端口的扩展单元；并且

设定第一级扩展模块中扩展单元的数量为1，其余各级扩展模块中扩展单元的数量为X，即X＝2ⁿ，其中n表示级数，且n≥2。

2.根据权利要求1所述的级联式大规模USB扩展装置，其特征在于，

所述级联式USB扩展板还包括：处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；

所述扩展单元包括：USB扩展芯片，由该USB扩展芯片接出的若干USB端口，且USB扩展芯片通过相应USB总线与同级的扩展单元及上级扩展模块互联；

第一级USB总线从第一级扩展单元中的USB扩展芯片引出，适于连接上位机或与上一级级联式USB扩展板中最后一级扩展模块中各扩展单元的相应USB端口相连；

所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入或关闭。

3.根据权利要求2所述的级联式大规模USB扩展装置，其特征在于，

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及

将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；

使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至级联式USB扩展板，所述处理器根据接入指令关闭或打开相应USB端口。

4.根据权利要求3所述的级联式大规模USB扩展装置，其特征在于，针对各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；

所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；

当若干级联式USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

5.一种基于USB总线的级联式大规模扩展系统，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一项所述的级联式大规模USB扩展装置。

6.一种级联式大规模USB扩展装置的工作方法，其特征在于，所述级联式大规模USB扩展装置包括：

若干级联式USB扩展板，各级联式USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口；

所述工作方法包括：通过USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各级联式USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各级联式USB扩展板之间的数据传送及通信连接；

所述级联式USB扩展板包括：若干级扩展模块，其中

第一级扩展模块与第一级USB总线相连，且

下一级扩展模块通过该级的USB总线与上一级扩展模块相连；以及

各级扩展模块中均包括若干带有若干USB端口的扩展单元；

第一级扩展模块中扩展单元的数量为1，其余各级扩展模块中扩展单元的数量设为X，即X＝2ⁿ，其中n表示级数，且n≥2。

7.根据权利要求6的工作方法，其特征在于，

所述级联式USB扩展板还包括：处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；

所述扩展单元包括：USB扩展芯片，由该USB扩展芯片接出的若干USB端口，且USB扩展芯片通过相应USB总线与同级的扩展单元及上级扩展模块互联；

第一级USB总线从第一级扩展单元中的USB扩展芯片引出，适于连接上位机或与上一级级联式USB扩展板中最后一级扩展模块中各扩展单元的相应USB端口相连；

所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令控制位于相应USB端口上的USB设备进行接入或关闭。

8.根据权利要求7的工作方法，其特征在于，

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及

将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；

使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至级联式USB扩展板，所述处理器根据接入指令关闭或打开相应USB端口；以及

针对各级联式USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；

所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；

当若干级联式USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。