CN105917322A - 用于通过usb盘和允许对其的实施的相关设备来交换控制的方法 - Google Patents

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Abstract

用于在I/O过程中用于处理器与诸如用于手写签名的图形输入板和/或数字化器的外部串行外围设备的控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其使用外部介质用于存储静态数据以便构成能够与被视为“USB驱动”可移动虚拟盘的所述串行外围设备单元一起操作的传输缓冲器。仅仅使用了构成为具有恒定尺寸的扇区中的数据的线性序列连续的文件，所述文件能够在串行外围设备单元(21)与所述处理器(24)之间共享，所述串行外围设备单元(21)和所述处理器(24)两者都能够在虚拟上同时的时刻对所述文件进行读取和写入。用千字节数量级的数据块内容和实际上与所期望的一样大、明确比数据包更大的用作用于等待被传输的数据的临时缓冲器的存储区域来定义异步I/O的传输。

Description

用于通过USB盘和允许对其的实施的相关设备来交换控制的方法
技术领域
本发明大体涉及用于关于商业银行交易的个人的瞬时识别的数字化签名的使用，更具体地其涉及在指定用于当在硬件外围设备与计算机之间的交互工作在本地网络或内联网上或者甚至通过互联网从远程站点发生时检测客户的签名的硬件外围设备与计算机之间的交互的方法。
背景技术
在信息技术的领域中，存在利用HID(人机接口设备)类型的接口的用于计算机的外围设备。鼠标是这些设备的示例：它们用于以高周期性将鼠标的位置传输到计算机以便允许用户在屏幕上快速移动指针以与操作系统和程序快速交互。
HID接口通常通过USB(通用串行总线)端口被提供作为通信协议。HID接口的优点之一在于以下事实：给定利用其的大量设备，其原本由所有操作系统支持，并且因此无需安装任何驱动器以利用基于其的设备。
鼠标不仅利用HID接口：通常，基于其获得的其他设备是用于由手绘制并且用于手写签名的图形输入板。这种设备快速重复地传输检测速度和瞬时压力(测绘数据)所需要的绘制或签名表面上的笔的位置以及附件数据，例如由手施加在笔上的压力和每个点的检测的时刻。如果与测绘数据一起完成，则所采集的签名用作手写签名的有效替代，因此获得相对于纸件上的签名更大的法律效力。
在一些情况下，通过USB/HID的传输也用于传输比关于位置、速度和压力的数据更大的数据量，并且不仅用于从外围设备传输到计算机而且还从计算机传输到外围设备。例如，由PRB S.r.l.创建的测绘签名输入板模型DDD-F-11A(申请中的意大利专利申请：RM2011A000370和RM2011A000652)在将签名从PC传输到输入板之前使用相同的协议来传输要被显示在屏幕上的图像和文本；通常显示的数据包括：使用输入板的组织的图形logo(例如，在柜台处使用其的银行)；签名方的名字和姓氏；日期和时间；要签名的条款的内容(例如，类型和银行转账金额)。数据，尤其是图形数据，具有比能够容纳在普通HID数据包中的数据更大的尺寸：在这种情况下，它们能够被划分成许多小的数据包，其通过比HID更高级的适当的协议从其接收端被重新合并。
广泛使用的上述方法的第一个问题在于以下事实：即使其舒畅地克服简单地建立USB通信而不开发、分布、安装和使用针对每个操作系统的特定设备驱动器的问题，其仍然披露出在下文描述的虚拟环境的情况下的问题。
当前计算机技术提供创新型工具，例如远程计算机仿真。该技术允许利用位于远程服务器中的并且采用TCP/IP协议通过网络(互联网、内联网、本地网络)连接的“虚拟”个人计算机来替换“物理”个人计算机。操作员与其交互的“物理”计算机由“傻瓜”终端替换，“傻瓜”终端没有处理资源或被提供有几个基本的资源(视频、键盘和鼠标)，其重复“虚拟”远程计算机的屏幕并将键盘的类型和鼠标的位置传输到其。
当需要管理诸如签名输入板的本地物理设备时，虚拟化技术使用本地USB端口，然而该本地USB端口也是“傻瓜”：在USB端口上传输和接收的数据简单地被传输到“虚拟”机，管理通信的驱动器和软件位于“虚拟”机中。
对于可能最快的传输，显示系统必须容纳针对每个较大的TCP数据包的短HID数据包，因此传输是连续的且慢的；高效的传输需要针对每个TCP数据包容纳几个HID数据包，因此传输是不连续的。
当“傻瓜”和“虚拟”终端通过慢网络(其可以为互联网或者还可以为具有高流量的本地网络)彼此连接时，(利用下文描述的方法解决的)问题出现。在这种情况下，甚至虚拟化的USB传输披露出与数据的放慢或甚至丢失相关的问题。
在鼠标的情况下感觉到放慢，因为屏幕上的游标不再平滑地移动而是“顿挫地”移动：尽管令人烦恼，但是该效应不具有当USB-HID设备是签名输入板时能够观察到的负面影响。
为了使签名有效用作笔迹证明，不可或缺的是它是完整的，每个数字化点是完整的，其具有速度和压力，并且基本要素是“采集速率”绝对恒定，以便允许对速度和加速度的精确计算。该“速率”不应小于200点/秒并且在最好的模型中其甚至更大：在代表PRB的先前提到的模型中，其等价于400点/秒。如果USB-HID连接的放慢(即使是临时的)产生采集中的“顿挫”或“间隙”，则影响是所采集的签名的变形、一些区段的缺乏并且最终签名不可接受作为笔迹证明。
当HID通信用于将图像从计算机传输到签名输入板时出现另一问题：如果需要将数据划分成许多小数据包，则即使计算机不被虚拟化传输也是相当慢的。对具有等价于输入板的整个屏幕的尺寸(例如，480x 272像素)的尺寸的图像的下载可以要求几秒；该时间变成虚拟化系统中的几秒：该等待时间段明显过多并且不可接受。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在处理器与图形输入板之间的控制交换方法，其克服关于在提供用于当在硬件外围设备与计算机之间的交互工作在本地网络或内联网上或者甚至通过互联网从远程站点发生时检测客户的签名的硬件外围设备与计算机之间的交互的上述问题。
本发明的另一目的在于提供一种用于通过USB盘和执行对其的实施的相关设备来交换控制的方法，其允许克服关于在远程站点处或缓慢地虚拟化环境中的正确操作的问题；并且它们还允许克服关于数据交换速度的问题，而无需获得专用USB协议以及接踵而至的对开发和安装特殊设备驱动器的需要。
事实上，本发明想要创建一种用于基于常见HW部件通过USB盘和允许对其的实施的相关设备来交换控制的方法。因此，为了使新采集设备廉价、具有高可靠性并且便于使用，提供了在涉及RAM、ROM或闪存的级别处使用标准电子部件。
这些目的通过一种用于采集基于“触摸屏”类型的数字化器输入板的自然签名的装置来达到，“触摸屏”类型的数字化器输入板与专用于处理所采集的签名的计算机交互，根据下文概述的权利要求1来表征。从属权利要求将允许概述用于实施基本原理的一系列备选。
本发明的方法主题完全克服了上述问题，而不要求使用特殊协议并且不要求安装设备驱动器。
该方法包括使签名输入板类似于“USB驱动”可移动盘，换言之类似“USB闪存驱动笔”，其是一种很常见的并且能够在所有操作系统上使用而不要求设备驱动器的设备。
与HID设备非常不同地对这种类型的设备进行管理：
1-在两个方向上的传输出现在大得多的块处(例如与HID的64字节对比的512字节)
2-盘具有实际上任意大的存储区域。
详细检查这两点，在USB端被虚拟化的情况下，通过分组网络转发数据：
1-与在HID的情况下使用的几个字节(例如64)构成的短数据包相反，512字节的块的大小能够与在TCP/IP网络上传输的块的大小进行比较并且因此对其的传输有效地进行。
2-能够创建具有比数据包大得多的区域的盘并且使用其作为用于等待传输的数据的临时存储器(“缓冲器”)。因此，这允许甚至在传输中的放慢的情况下消除数据的丢失的可能性。
本专利的解决方案主题包括要在下文描述的几个技术方案，其主要被采用于调整盘、被创建用于记忆和存储静态数据的设备以用作传输缓冲器。
应当观察到，设想了用于利用另一功能上等价的区段替换签名输入板的通信区段的解决方案。具体地，在替换之前，输入板用于随着签名的点逐渐地被采集将签名的点传输到计算机，并且在计算机中接收签名的程序将其实时地显示在屏幕中；该特性有用于立即披露要求操作的重复的问题：例如，在某人想要相对于存放的签名或缩写的签名颠倒名和姓进行签名的情况下。因此，排除了提供用于在输入板中采集和记忆整个签名并且仅仅在完成之后将其完全递送到计算机的解决方案。明显更适合于诸如USB盘的大容量存储设备的这种解决方案将暗示期望特性的丢失，例如在采集期间而不仅仅在最后对签名进行显示。在本文描述的方法中，在签名期间进行传输，并且在来自虚拟或远程安置的机器的缓慢传输的情况下，计算机上的操作员在最坏情况下观察到仅仅在对其显示中的给定延迟。
附图说明
仅仅为了更好地描述本发明而非限制本发明的保护范围和使用领域，现在将参考附图中示出的一系列特定的但非限制性实施例来描述本发明，其中：
图1是表示与根据本发明的解决方案不同的解决方案的示意图。
图2是表示根据本发明的解决方案的示意图。
图3是根据本发明的外部存储设备的配置和在外围设备单元与处理器之间的交互工作的方法的示意性表示。
图4是形成根据现有技术的外部存储设备的各个扇区的框图。
图5是形成根据本发明的外部存储设备的各个扇区的框图。
图6是外部存储设备的配置和在外围设备单元与处理器之间的交互工作的方法的另一示意性表示。
图7是外部存储设备的另一配置和用于在外围设备上的图像显示功能的外围设备单元与处理器之间的交互工作的方法的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了完全地采集签名的解决方案的操作(其未被采用)：在签名步骤(I)期间，数字化输入板21将签名数据(位置、速度、压力、时间)随着它们逐渐地被获得而以文件23形式被记录在盘22中。签名步骤在签名方使用特殊密钥输入确认时结束。在此时，开始下载步骤(II)，在下载步骤(II)中计算机24从盘22读取文件23；在结束接收包含签名数据的文件时，计算机24能够在屏幕40上一次显示签名。
相反，利用本文关于图2描述的方法，数字化输入板21将签名传输到盘22中的FIFO(先进先出)类型的队列25；计算机24随着数据可用从FIFO 25逐渐地读取数据，并且利用仅仅来自盘-计算机通信的延迟而将它们显示在屏幕上，因此不具有等价于签名的整个持续时间的延迟。
在利用已经存在于所有计算机的“文件系统”中的普通功能的盘中获得循环类型的FIFO队列25，以便不绝对地要求获得特定设备驱动器；特别地，使用了：
-常见功能，其允许读取和写入盘被划分成的扇区中的任一个，
-共享文件的可能性，即打开它、读取它并同时将其写入到两个不同的设备中，在我们的情况下：数字化输入板21和与之连接的计算机24。
对于双向输入板-计算机通信，使用根据下文描述的方法来生成的并且可用的仅仅一个文件。
参考图3，本文表示为数据的线性连续的文件在输入板21和计算机24之间被划分，输入板21和计算机24两者都能够通过专门的交通灯的实施根据共享计算机技术的普通文件在基本上同时的时间对其进行读取和写入。
该文件的在图3中利用更明显的轮廓勾画的第一扇区用于机制在该文件中创建的FIFO队列。
在盘的第一扇区A中编号的位置具有以下意义：
1)＝计算机到输入板控制
4)＝响应于输入板到计算机控制
2)＝扇区上的由计算机读取的指针
3)＝点上的由计算机读取的指针
5)＝扇区上的由输入板写入的指针
6)＝点上的由输入板写入的指针
从第二个到最后一个的扇区B、C……N相反用于包含所采集的签名点的数据：例如，在512字节的扇区和针对每个点由8个字节构成的签名数据的情况下，每个扇区可以包含512/8＝64个签名点。
为了开始签名操作，计算机24将相关控制作为字节写入到用1指示的第一扇区的位置中。输入板21在空闲时连续地读取该扇区，因此其一看到位置1中的签名控制，其就开始采集签名并通过将形式为字节的响应写入到位置4中来传达对控制的接受；同时在位置2和5中其写入盘数据的第一扇区(扇区2)的数量，并且在位置3和6中其写入数量1。计算机24看到在位置4中的对控制的响应并且其被预设置为显示要由签名方执行的并要被采集的签名。
输入板21以由“采集速率”(在该特定情况下为每秒400次)给定的速度采集签名点并逐渐地将它们中的每个写入到由扇区5的指针和点6的指针指向的扇区中。在每个点处，其增加点6的指针，并且当其超过能够被包含在扇区中的点的数量(例如64)时，其将点6的指针清零并将扇区5的指针增加一个单位。如果扇区的指针超过盘的最后一个扇区，则输入板将其返回到值2，因此重新利用自由扇区，同时应已经准备好被计算机读取(循环队列)。
虽然输入板利用所描述的序列写入点，但是计算机24几乎同时看到指针6或指针5不同于指针3和2，因此其理解存在准备好要读取的点；其从盘中读取在其运行内存中的每个点并增加指针3。如果指针3超过每个扇区的点的数量(例如64)，则其将指针3清零并增加指针2。一旦已经读取了由输入板生成的所有点，则计算机停止；该条件在增加的指针3达到指针6的相同值并且指针2达到指针5的相同值时出现。
应当观察到，无论采用任何方式，事件的确切时间序列都不影响数据转移操作的性能的正确度。实际上，输入板21单独地写入指针5和6，而计算机24单独地写入指针2和3。因此，即使在异步的时间并且在具有任何程度的叠加的情况下发生对两个设备的存取，数据也不会披露任何不连贯而是至多具有延迟。
如果由计算机24进行的采集放慢或停止给定时间段，则输入板21继续将数据写入到文件中并更新指针；当计算机再次可用时，其恢复延迟并采集在FIFO25中挂起的点，只要平均读取速度至少等于平均写入速度。
如提到的在文件的结束处添加的，输入板从第二扇区开始重启写入，因此重新利用先前使用的区域，只要其已经同时在计算机中被释放。
存在两种特别状况：
-空FIFO：当指针2＝指针5并且指针3＝指针6时
-满FIFO：当指针5＝指针2减1时。
显然，当FIFO为空时，计算机不应读取点，并且当FIFO为满时，输入板不能够写入点。
在正常操作中，该最后一个条件决不会出现，考虑到盘的总尺寸被选择为包含可能在最大计算机读取延迟的情况下累积的所有点。在示例的情况下，盘为32768字节大，在减去用于控制的512字节大扇区之后，包含有用数据的32256字节，即每个8个字节大的4032个签名点，等于超过10秒的主动签名。在由计算机进行的采集中超过十秒的延迟(对于当前技术而言太多)因此是由这种尺寸的盘支持的最大值。
盘的实施例
在特定例示实施例，在签名输入板中获得盘并且其利用执行输入板的下述其他功能的相同微控制器：采集签名，在显示器中可视化，对用于其致动的采集密钥的可视化。
根据对所有USB类型的大容量存储单元常见的计算机技术来获得盘，通常别成为“笔驱动”或“USB盘”。未详细描述该技术，考虑到其通常可用于并且适用于诸如Windows和其他相似类型的操作系统Unix(Linux、Mac OS、Android)类型的所有常见操作系统。
这些设备通过SCSI协议的USB通信获得USB大容量存储设备类或基于MSD协议的MSD类作为实施例。所有这些众所周知的协议由官方标准管控并且适用于操作系统而不要求特定配置或安装。一些情况应用于即时地在USB端口上支持大容量存储单元的“远程”或“虚拟”操作系统。
最初创建逻辑上满足FAT标准的盘的内部结构，FAT标准已经在过去数年内被强制执行并且由ISO/IEC 9293标准管控。然而，其最初为了解决其一些问题并改善其性能的目的而物理地被创建。
具体地，在存在修改盘上的文件的尺寸的可能性的操作系统中，取消其或完整地形成盘。对这些功能中的一个的使用(即使是偶然的)将对上述通信系统的操作具有灾难性后果，考虑到文件的删除将消除在计算机与输入板之间的通信的任何可能性，而在操作期间对其尺寸的甚至仅仅一个变化都将危及在传输与接收功能之间的同步。
图4表示在市场上可买到的常见USB大容量存储设备的结构，而图5表示使用本文描述的方法获得的结构。
参考图4，在普通USB大容量存储设备中，USB连接器31与接口块USB 32进行通信，接口块USB 32可以继而与块33通信，块33向计算机管理MSD协议并还获得文件系统，该文件系统通常为在FAT12、FAT16和FAT 32类型中可用的FAT(文件分配表)类型。块32、33和34通常由硬件制成或者它们也能够完全地或部分地通过利用特定固件编程的微控制器来获得。物理地获得数据的存储器当前通过在该图中用附图标记35指示的闪存类型的存储器(其能够被删除并被重新写入为块)来获得；在过去，该存储器代替地使用诸如软盘的磁性介质来获得。
FAT类型的文件系统被设想为允许盘存储设备的所有普通操作，因此其还提供对文件的创建和删除、对文件的尺寸的变化、对盘的完整格式化。具体地，被称为FAT的分配表(其也是从其获得分配表的整个文件系统的名称)被获得以便允许甚至在删除文件的情况下利用盘的所有区域，增大先前存在的文件的尺寸，生成其尺寸与现有空的空间不相容的新文件：实际上，根据用于删除各盘被划分到其中的各个扇区并重新利用各盘被划分到其中的各个扇区的技术，文件能够被“杂散”在盘的各个区域中。如果各文件被杂散在盘中，我们称为文件系统的“碎片”。
图4中的大容量存储设备将所有FAT文件系统结构(被称为MBR、启动扇区、FAT、根目录)以及最后包含实际数据的存储设备(被称为DATA(数据))布置在闪存设备中。例如，如果连接到USB端口的计算机要求对文件的尺寸的变化，则FAT功能的管理器33通过存储管理器34提供修改FAT扇区以反映文件的数据在DATA区段中的新分配。如果需要删除文件，则管理器33仍然通过34提供重新写入包含使用无效文件的名称的根目录的扇区并且其提供重新写入FAT扇区以便指示最初由所删除的文件占据的空间为自由的。
如提到的，如果我们计划使用盘来获得对控制的交换，则必须绝对避免在DATA区域中对文件的分配的删除、格式化和任何变化的功能；因此，本发明的方法主题提供不同结构，其在图5中被指示出。
当各块31、32、33、34具有与图4的功能相同的功能时，在以下两个不同的块中获得物理存储：利用ROM(只读存储器)获得的块38和利用RAM(随机存取存储器)获得的块39。MBR、启动扇区、FAT和根目录扇区一次被写入，针对在只读存储器ROM中的全部，因此要求对其的变化的(也是偶然的)每个操作不具有影响并且盘总是保持相同结构、相同文件列表和相同分配。用39指示的DATA区域代替地使用随机存取存储器RAM来获得。随机存取存储器RAM通常关于读取以及关于重新写入两者比闪存更快，其中关于重新写入甚至更快；由于闪存要求在其能够被重新写入之前对扇区的删除而在随机存取存储器RAM上还能够一次重新写入字节。因此，对随机存取存储器RAM的使用大大加快盘的响应，这在计划将其用于传输控制的情况下是不可或缺的要求。
另外，所有闪存在其使用期限中具有最大数量的删除循环，在其之后它们变得永远不可利用。在十万到百万数量级的删除的数量对于大容量存储是足够的，但是其对于控制接口是极其低的，在控制接口中存在每秒数百或数千次重新写入。因此，对随机存取存储器RAM的使用是允许对大容量存储的该特定使用的唯一可能性；随机存取存储器RAM为易失性(即其在一旦去除了电压之后就丢失其内容)的事实不造成归因于数据持续短时间段的事实的任何问题。事实上，盘在启动后再次变得“清洁”的事实是正面的，归因于其明确地消除可能未成功的先前操作的所有残留。
应当观察到，代替具有只读存储器ROM，块38也可以利用闪存来获得；在这种情况下，为了绝对避免重新写入的可能性，删除其被布置在其中的扇区的功能被永久地禁用(硬件或固件)，因此获得与只读存储器ROM相同的性能并维持能够使用普通外部编程器或使用特殊的第一编程固件在生产时一次写入存储器的优点。
FAT的实施例
在本文描述的控制接口的情况下，其被决定用于交换控制和数据，仅仅一个文件具有在使用的随机存取存储器RAM中可用的最大尺寸(在示例的情况下为32k或32768字节)。FAT表因此在设计阶段期间仅仅被准备一次，以便将文件线性地布置在整个随机存取存储器RAM上。因此，在随机存取存储器RAM中发现盘的扇区在确切的生长连续中一个挨着另一个；如果文件的布置未固定在只读存储器ROM中，则能够代替地发现扇区处于根据先前执行的删除和重新写入的历史的或多或少杂散的顺序。
文件的绝对线性布置具有本文描述的另一主要优点。为了存取如提到的在计算机与签名输入板之间共享的盘数据，计算机和输入板两者都应当被提供有FAT文件系统管理器。管理器相当复杂并且其要求离散量的处理资源，其明确可用于计算机中，但是利用图形输入板被提供有的小微控制器来获得它们是相当昂贵的；除了要求获得他们的最初努力之外，由输入板对FAT功能的执行将导致高执行迟钝。然而，盘的各扇区在随机存取存储器RAM中的线性布置允许在输入板21的一侧上完全地避免对文件系统管理器的使用：以便存取任何扇区，微控制器仅仅在已经通过简单的乘法计算了随机存取存储器RAM中的地址之后执行对随机存取存储器RAM的直接存取。例如，在每个从零向前编号的512字节扇区的情况下，随机存取存储器RAM中的扇区的地址简单地通过以下给出：地址＝扇区的数量x 512。
最后，特别采用的布置相当大地允许关于总体解决方案的节省和更好的响应速度。在特别例示的实施例中执行的测试披露：甚至在输入板的一侧上使用闪存和文件系统，基本操作(在两侧上对扇区的写入和读取)需要120毫秒，而利用随机存取存储器RAM而不利用输入板侧文件系统，相同的操作需要3毫秒。
现在，下面的是对输入板的除了先前指示的采集和传输签名之外的典型功能中的一些的实施例的分析。
对密钥的交换
考虑到在采集签名的情况下对数据的控制和传输的相同的交换，甚至所有操作控制和相关响应都能够通过基于共享盘的相同类型的机制在可能不使用FIFO数据队列而是仅仅使用在第一扇区中交换的控制的情况下来交换。
作为控制的示例，应参考关于对加密密钥的交换的示例。
用于采集签名的每个有效输入板的基本功能是对签名的数据的加密，以便防止对USB通信的窃取。能够观察到，通过所描述的类型的盘上的FIFO队列的通信不易于被解读为对由普通HID设备使用的位置和压力数据的连续传输。另外，所描述的设备刚好在对加密数据的传输之前提供加密数据：当刚刚采集的签名的每个点被写入到形成数据交换盘的扇区的随机存取存储器RAM中时，加密利用对称算法逐点地来获得。因此，对在USB连接中传递的数据的任何分析不允许提取签名。
加密密钥在每个签名操作处通过已知的Diffie-Hellman类型的加密协议来更新。如能够在图6中观察到的，计算机在盘的第一扇区的位置1中写入指示密钥交换控制的字节，并且在随后字节中写入其随意密钥Ka。输入板通过在位置4处的字节中引入对接收到的命令的肯定性响应并且之后引入其随意密钥Kb做出响应。紧接着之后两个设备执行由Diffie-Hellman算法提供的用于生成在随后签名操作中使用的公用对称加密密钥的操作。对密钥的交换仅仅需要对盘的扇区的读取和写入，其在示例的情况下持续仅仅三微秒。
对图像的显示
在使用签名输入板21的情况下，要求最大数据量的传输的功能在于其中计算机24将应当被显示在输入板的屏幕中的图像传输到输入板21。例如，在65536种颜色的尺寸为480x 272像素的图像的情况下，每个像素暗示两个字节的传输，因此图像占据480x 272x 2＝262120字节。
本文描述的方法提供在每个示例512字节的情况下将图像数据划分成等价于盘的扇区的大小的块。如能够在图7中观察到的，计算机将图像显示控制字节插入到位置1中，并且在随后位置中插入要被显示的图像的两个右上角和左下角的屏幕上的坐标(X1,Y1)和(X2,Y2)。另外，其将写入的块的计数器Bw和读取的块的计数器Br清零。输入板将对控制的响应写入到位置2中。
因此，计算机24开始在数据扇区中写入图像被划分到其中的块；Bw针对每个写入的块而增大。输入板观察到Br不同于Bw并且开始读取数据块并进行转移。Br在每个块处增大，并且继续直到Br变成等于Bw。
如提到的，各块对应于盘的各扇区并且它们是连续的；为了获得循环FIFO队列，利用给出从当前块号开始的扇区号的简单公式：
扇区＝2+块mod Ns
Ns是盘可用于数据的扇区的数量；例如，在具有512字节扇区的32768字节盘的情况下，并且考虑第一扇区用于控制的事实，我们获得Ns＝32768/512–1＝63。
当块到达在盘的结束之后时模块操作自动获得到第一扇区的返回。
甚至在这种情况下要求其达成以下条件：
-空缓冲器Br＝Bw
-满缓冲器Bw-Br＝Ns
在缓冲器空的情况下，输入板停止读取；在缓冲器满的情况下，计算机停止写入直到输入板释放一些空间为止。还应当观察到，甚至在这种情况下，无论数据读取和速度以及对包含计数器的第一扇区的读写顺序如何，不存在归因于传输放慢或下降而损坏数据的可能性。
在接收到完成图像需要的所有数据后或者换言之当其达成写入位置像素(X2,Y2)时，输入板21理解其是图像的传输的结束并将其响应从第一扇区的位置2中去除。因此，计算机检测到传输已经成功。
本发明的优点和工业应用
如前述说明书中所概述的，根据本发明的方法允许克服关于在虚拟化的、远程的或缓慢的环境中的正确操作的主要问题；其还克服了第二个问题，即数据交换速度，而不要求创建个性化USB协议以及接踵而至的对开发和安装特殊设备驱动器的需要。另外，该方法克服当利用通过大容量存储的通信时出现的其他问题，尤其是防止对用于通信的数据的取消或对尺寸的修改。
本文描述的用于用作用于签名输入板的接口的方法可以有利地被用在其中需要计算机与外围设备对话的许多其他计算机应用中，因此本发明的保护的领域不应当被视为限于在签名输入板的领域中的应用，而且应当被扩展到其中存在在计算机与外围设备或外部设备之间的通信的所有应用。

Claims (13)

1.一种用于在I/O过程中用于处理器(24)与诸如用于手写签名的图形输入板和/或数字化器的外部串行外围设备(21)的控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其特征在于，所述实时系统使用外部介质(22)用于存储静态数据以便构成能够与被视为“USB驱动”可移动虚拟盘的所述串行外围设备单元(21)一起操作的传输缓冲器，在这种外部介质(22)上仅仅配置了构成为恒定尺寸扇区中的数据的线性序列连续的一个文件，所述文件能够在串行外围设备单元(21)与所述处理器(24)之间共享，所述串行外围设备单元(21)和所述处理器(24)两者都能够并行地读取所述文件并写入所述文件，因此用千字节数量级的数据块内容和实际上与所期望的一样大然而明确比数据包更大的用作用于等待被传输的数据的临时缓冲器的存储区域来定义异步I/O传输，这种文件包括：
a-具有I/O存取的FIFO机制的具有以下功能操作代码的第一扇区(A)：
i.从计算机(24)到串行外围设备单元(21)的控制(1)，
ii.对从串行外围设备单元(21)到计算机(24)的控制的响应(4)，
iii.到由所述计算机(24)读取的扇区的指针(2)，
iv.到由所述计算机(24)读取的点的指针(3)，
v.到由所述串行外围设备单元(21)写入的扇区的指针(5)，
vi.到由所述串行外围设备单元(21)写入的点的指针(6)，以及
b-在第一个扇区之后的一系列扇区(B,C,D…N)，其被配置具有用于对其中包含的数据的立即存取的恒定尺寸。
2.根据权利要求1所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其特征在于，使用管理所述串行外围设备单元的其他功能的相同的微控制器在用于签名的相同串行外围设备单元(21)中获得通过USB驱动功能接口的外围设备(21)的虚拟化以用于管理所述外部存储支持(22)，其他功能例如对跟踪的采集和在显示器上的可视化。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其特征在于，存储器支持(22)由物理存储器组成，所述物理存储器由两个不同的部分构成：
a-用只读ROM存储器获得的块(38)，在所述ROM存储器中一次彻底地写入MBR扇区、启动扇区、FAT和根目录，维持外部介质总是为相同的结构、相同的文件列表以及相同的分配；
b-用易失性类型的写入/读取RAM存储器获得的一系列数据块(39)。
4.根据前述权利要求所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其特征在于，所述只读存储器(38)用闪存获得，因此通过永久地禁用删除被布置在其中的扇区的功能来避免重新写入的可能性，因此用等价于ROM的功能模式的功能模式进行操作，在生产期间仅仅在存储器上写入一次。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其特征在于，所述存储器支持(22)的FAT表在设计期间仅仅被预设置一次，以便以线性方式将所述文件分配在整个RAM上，所述存储器扇区以严格增长的连续序列被分配在RAM中。
6.根据前述权利要求所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时系统，其特征在于，RAM存储器被划分成的各扇区在所述存储器支持(22)上的线性分配不使用任何文件系统管理器，所述微控制器通过对存储器位置的立即寻址来允许对RAM的任何扇区的直接存取，所述存储器位置是通过用由每个扇区占据的字节的数量乘以RAM内的扇区数量且加上关于入口点的偏移而获得的。
7.基于根据前述权利要求所述的硬件系统的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，所述实时方法包括关于采集过程的以下操作步骤：
a)数字化器串行外围设备单元(21)通过以下来预设置对要在输入中被采集的数据到所述外部介质(22)中的FIFO队列(25)的发送：
a-1)能够在所述串行外围设备单元(21)与所述处理器(24)之间共享的恒定尺寸的扇区中的构成为数据的线性序列连续的仅仅一个文件的配置，所述串行外围设备单元(21)和所述处理器(24)两者都能够是并行的在所述文件上进行读取和写入，
a-2)在此文件的第一扇区中插入用于文件内的FIFO队列机制的以下操作码：
i.从所述计算机(24)到所述串行外围设备单元(21)的控制(1)，
ii.对从所述串行外围设备单元(21)到所述计算机(24)的控制的响应(4)，
iii.到由所述计算机(24)读取的扇区的指针(2)，
iv.到由所述计算机(24)读取的点的指针(3)，
v.到由所述串行外围设备单元(21)写入的扇区的指针(5)，
vi.到由所述串行外围设备单元(21)写入的点的指针(6)，
b)所述处理器(24)随着数据从外围设备单元(21)的输出端被采集而从FIFO(25)读取所述数据，并且在具有由计算机存储器支持通信给出的唯一的延迟而没有可归因于基于外围设备(21)上的输入的整个持续时间的采集过程的延迟的情况下将其可视化在显示器上，对文件的从第二个到最后一个的扇区(B,C,…N)的存取被配置为包含由外围设备单元(21)检测到的即刻出现的点的数据。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，为了启用数字数据检测操作：
I-所述处理器(24)将相对控制作为字节写入在所述第一扇区(1)的位置中；
II-所述串行外围设备单元(21)在假定其不运行的情况下连续地读取这个第一扇区(1)，所述串行外围设备单元(21)一看到引入到所述第一位置中的控制就开始采集输入中的数据并通过将字节形式的响应写入到位置(4)中来传达对控制的接受；
III-其并行地在位置(2)和(5)中写入存储器外部介质的第一数据扇区的数量并启用位置(3)和(6)；
IV-所述处理器(24)在位置(4)中看到对所述控制的响应并预设置为将由用户固定并采集的跟踪进行可视化；
V-所述串行外围设备单元(21)采集所述跟踪的所述点并逐渐地将它们中的每个插入到由所述扇区指针(5)和由所述点指针(6)寻址的扇区中；
VI-针对输入中提供的每个点，所述外围设备单元增加所述点指针(6)，并且当其超过能够在扇区中包含的点的数量时，其将所述点指针(6)清零并将所述扇区指针(5)的指针增加一个单位；
VII-如果所述扇区指针超过外部存储支持的最后一个扇区，则所述串行外围设备单元(21)将其返回到初始值，因此重新利用同时将已经由计算机读取的第一自由扇区，
并且其特征在于，虽然所述串行外围设备单元(21)以I-VII的顺序来采集输入中的点，实际上与所述处理器(24)并行执行以下操作步骤：
a-所述处理器(24)看到所述指针(6)或所述指针(5)不同于指针(3)和(2)，并且因此检测到存在准备好被读取的点；
b-所述处理器(24)从所述外部存储器支持读取在其工作内存中的每个点并增加所述指针(3)；
c-如果所述指针(3)超过每个扇区的点的数量，则所述处理器(24)将所述指针(3)清零并增加所述指针(2)；
d-一旦已经读取了由所述串行外围设备单元生成的所有点，则所述处理器停止；该条件在增加的指针(3)达到所述指针(6)的相同值并且所述指针(2)达到所述指针(5)的相同值时出现；
数据转移操作的性能的正确度不依赖于事件的确切时间序列，因为所述串行外围设备单元(21)仅仅在指针(5)和(6)上写入而所述处理器(24)仅仅在指针(2)和(3)上写入。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，如果由所述处理器(24)进行的采集放慢或停止给定时间段，则所述串行外围设备单元(21)继续将数据写入在文件中并更新所述指针，恢复延迟并在所述处理器变得再次可用时采集在所述FIFO中挂起的点。
10.根据前述权利要求所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，根据限制功能条件：
i.FIFO队列为空：当所述指针(2)＝指针(5)并且指针(3)＝指针(6)时，
ii.FIFO队列为满：当所述指针(5)＝指针(2)小于1时，
在到达文件的末尾后，所述串行外围设备单元(21)从第二扇区重启写入，因此重新利用先前使用的区域，只要其同时已经从处理器中被释放。
11.根据前述权利要求所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，所述实时方法在对数据的传输之前提供对数据的加密，在刚好之前采集的跟踪的每个点被写入到形成数据交换盘的扇区的RAM中时利用对称算法对输入中的跟踪逐点获得对数据的加密，加密密钥在每个签名操作处通过专用加密协议通过执行以下操作步骤来更新：
a-根据操作码的专用配置，所述处理器(24)在所述盘的所述第一扇区的位置(1)中写入密钥交换控制的字节以及其在随后字节中写入其随机密钥(Ka)，
b-所述串行外围设备单元(21)通过在位置(4)处的字节中插入对接收到的控制的肯定性响应并随后插入其随机密钥(Kb)来做出响应；
c-随后两个设备立即执行由加密算法提供的用于生成在随后签名操作中使用的对称加密公用密钥的操作。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，将图像可视化在I/O外围设备(21)上的功能提供具有以下操作步骤的操作码的专用配置：
a-将图像数据划分成具有等于盘的扇区的大小的块，所述处理器将图像可视化控制字节插入到第一位置中，并且在随后位置中插入要被显示的图像的两个右上角和左下角的屏幕上的坐标(X1,Y1)和(X2,Y2)，因此将写入的块的计数器(Bw)和读取的块的计数器(Br)清零；
b-由所述串行外围设备单元(21)将对所述控制的响应写入到相对位置(2)中，所述处理器开始在数据扇区中写入图像被划分到其中的块；针对每个写入的块增大所述写入的块的计数器(Bw)，其中所述串行外围设备单元观察到所述读取的块的计数器(Br)不同于所述写入的块的计数器(Bw)并且开始读取数据块并将它们转移到显示器，在每个计数器处增加所述读取的块的所述计时器(Br)，并且继续直到所述读取的块的所述计时器(Br)变成等于所述写入的块的所述计数器(Bw)为止。
c-所述串行外围设备单元在接收到完成图像所需要的所有数据、写入位置像素(X2,Y2)后，理解已经到达图像的传输的结束并将其响应从第一扇区的位置(2)中去除，所述处理器继而检测到所述传输已经成功。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制和数据的双向存储和传输的实时方法，其特征在于，对应于盘的扇区的所述连续块的分配根据循环FIFO队列来操作，所述扇区的当前数量从块的当前编号开始获得为：
扇区＝2+块mod Ns
Ns是盘可用于数据的扇区的数量；并且考虑以下限制条件当到所述块的所述指针超过所述外部存储器支持的终止处时模块操作自动获得到所述第一扇区的返回：
i.缓冲器为空，读取的块的计数器(Br)＝写入的块的计数器(Bw)
ii.缓冲器为满，写入的块的计数器(Bw)-读取的块的计数器(Br)＝Ns，
因此，分别地：
a-在所述缓冲器空的情况下，所述串行外围设备单元停止读取；
b-在所述缓冲器满的情况下，所述处理器停止写入直到所述串行外围设备单元清除所述空间为止。
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