CN106933771A - 延伸等时传输通用串行总线的传输范围的方法 - Google Patents

延伸等时传输通用串行总线的传输范围的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种延伸等时传输通用串行总线USB的传输范围的方法，其是藉由提供分别耦合至USB主机及USB装置且彼此通过非USB缆线耦合的局域延伸器及远程延伸器。在接收到来自主机的第一令牌信号后，局域延伸器将内含具有非零长度的数据载荷的第一数据封包传送至主机；上述数据是由局域延伸器所产生或者先前从USB装置接收并储存于缓冲器中。局域延伸器通过远程延伸器将第一令牌信号转发至USB装置；USB装置产生内含所要求的数据的第二数据封包并将其通过远程延伸器传送至局域延伸器以作为响应。局域延伸器储存第二数据封包并将其传送至主机以响应来自主机的第二令牌信号。

Description

延伸等时传输通用串行总线的传输范围的方法
技术领域
本发明是有关于通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)传输方法，尤其是有关于延伸USB主机与USB装置之间的传输范围的方法以用于等时传输。
背景技术
电子装置之间利用USB协议的数据传输具有受限的范围，一般为几公尺。可延伸USB数据传输范围的延伸装置已经被叙述过。例如，美国专利公告号第6,381,666号叙述了「一种可用以延伸标准USB装置的范围的方法及设备。一延伸范围集线器予以提供，其包含一局域扩充器(LEX，Local Expander)及远程扩充器(REX，Remote Expander)，其最远可相隔例如一百公尺」(第6,381,666号专利的摘要)。此专利解释了受限传输范围的主要原因在于「当主机控制器指示一特定装置将其信息放置到共享总线上时，所要求的信息必须在产生该指示的该主机控制器的十六『位时间』内由主机控制器接收。实际上，如此确保了USB规格可藉由限制没有传输信息的期间而提供高效率的带宽使用。然而，这些要求亦限制了USB装置的实际范围…」(同一专利的第2栏第17-43行)的要求。第6,381,666号专利描述了一种在一延伸距离上的主机控制器与周边装置之间传送等时USB数据串流的方法，其包含下列步骤：「a.从主机控制器馈入一第一原始向外数字信号至局域扩充单元，以及响应判断出局域扩充单元尚未拥有该向外数字信号所要求的数据，传递具有长度为零的载荷的综合数据封包至主机控制器；b.在一信号分配系统上传送该向外数字信号以作为一向外传输信号；c.接收该向外传输信号以作为位于远程扩充单元的一第一原始向外数字信号；d.从该远程扩充器传递该第一原始向外数字信号至至少一个周边装置；e.于该远程扩充器接收来自该至少一个周边装置的一响应数字信号；f.在该信号分配系统上传送该响应数字信号以作为一响应传输信号；g.接收该响应传输信号以作为位于该局域扩充器的一响应数字信号；h.储存该响应数字信号以作为已储存的响应数字信号，直到接收到下一个来自该主机控制器的原始向外数字信号，其中下一个信号是与该第一原始向外数字信号相同或类似；以及i.转发该已储存的响应数字信号至该主机控制器，以响应该下一个原始向外数字信号。」(同一专利的再审查专利的请求项1；亦参考图12及图9)。步骤a.所提到的内含有长度为零的载荷的综合数据封包可用以满足USB协议的时序要求，同时不会对协议所携带的实际信息造成干扰(同一专利的第15栏第58-63行)。第6,381,666号专利描述了两个其他的用以传送等时USB数据串流的方法；在这两个方法中，响应判断出局域扩充单元尚未拥有该向外数字信号所要求的数据，局域扩充器不传送响应或者传送否定应答封包(negativeacknowledgement(NaK)packet)至主机控制器(分别参照同一专利的图8及图19)。
发明内容
本发明是针对用以延伸等时USB传输的传输范围的方法及相关设备。
本发明的其他特征及优点将会在下列描述中提出，从下列描述将得以清楚了解部份特征或优点，或者藉由实施本发明可得知本发明的其他特征及优点。本发明的目的及其他优点将会藉由下列书面说明及其权利要求与附图中所特别指出的结构所实现及达到。
为了达到这些及/或其他目的，如本说明书所具体说明及广泛地描述，本发明提供一种延伸通用串行总线(USB)主机与等时USB传输装置之间的传输范围以用于等时数据传输的方法，其包含：(a)提供第一延伸装置，上述第一延伸装置通过第一USB缆线耦合至上述USB主机；(b)提供第二延伸装置，上述第二延伸装置通过第二USB缆线耦合至上述等时USB传输装置；(c)通过非USB缆线将上述第一延伸装置及上述第二延伸装置彼此耦合；(d)上述USB主机传送第一数据要求；以及(e)为响应接收到上述第一数据要求，上述第一延伸装置传送第一数据封包至上述USB主机，上述第一数据封包内含具有非零长度的数据载荷，其中上述数据载荷是上述第一延伸装置所产生的数据或为先前从上述等时USB传输装置接收的数据，上述先前从上述等时USB传输装置接收的数据是来自先前的数据通信对话且储存于上述第一延伸装置的缓冲器内。
于另一观点中，本发明提供一种用于等时数据传输的方法，上述方法实施于通用串行总线(USB)数据传输系统中，上述系统包含USB主机、等时USB传输装置、通过第一USB缆线耦合至上述USB主机的第一延伸装置、通过第二USB缆线耦合至上述等时USB传输装置的第二延伸装置，上述第一延伸装置及上述第二延伸装置通过非USB缆线彼此耦合，上述方法包含：(a)上述USB主机传送第一数据要求至上述第一延伸装置；(b)为响应上述第一数据要求，上述第一延伸装置传送第一数据封包至上述USB主机，上述第一数据封包内含具有非零长度的第一数据载荷，其中上述第一数据载荷是上述第一延伸装置所产生的数据或为先前从上述等时USB传输装置接收的数据，上述先前从上述等时USB传输装置接收的数据是来自先前的数据通信对话且储存于上述第一延伸装置的缓冲器内；(c)上述第一延伸装置转发上述第一数据要求至上述第二延伸装置；(d)上述第二延伸装置转发上述第一数据要求至上述等时USB传输装置；(e)上述等时USB传输装置产生第二数据封包以响应上述第一数据要求并将上述第二数据封包传送至上述第二延伸装置；(f)上述第二延伸装置将上述第二数据封包转发至上述第一延伸装置；(g)上述第一延伸装置将上述第二数据封包储存于上述缓冲器中；(h)上述USB主机传送一第二数据要求至上述第一延伸装置；以及(i)为响应上述第二数据要求，上述第一延伸装置将储存于上述缓冲器中的上述第二数据封包传送至上述USB主机。
于另一观点中，本发明提供一种计算机程序产品，其包含计算机可使用非瞬时媒体(例如内存或储存装置)，其具有计算机可读程序代码内嵌于其中以用于控制数据处理设备，上述计算机可读程序代码是配置成使得上述数据处理设备执行上述方法。
应当理解，上述一般性的描述及下述详细叙述是示例性且解释性的，且意欲进一步解释权利要求所请的本发明。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例概要性地显示通用串行总线(USB)延伸系统。
图2、图3及图4是根据本发明的一实施例概要性地显示通用串行总线通信方法。
主要组件符号说明：
10：USB主机
20：第一延伸装置/局域延伸器
21、41：USB装置控制器
22：缓冲器
23：处理器
24：USB接口电路
25：接口电路
30：第二延伸装置/远程延伸器
11、31：USB主机控制器
40：USB装置
50：第一USB缆线
60：非USB缆线/通信缆线
70：第二USB缆线
S11、S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S41、S42、S221、S222、S223、S224：步骤
具体实施方式
图1是根据本发明的一实施例概要性地显示一通用串行总线(USB)延伸系统，其使得在延伸范围上的等时通用串行总线(USB)数据传输成为可能。USB通信系统包含USB主机10、USB装置40、第一延伸装置(局域延伸器)20以及第二延伸装置(远程延伸器)30，其中USB主机10包含USB主机控制器11，USB装置40包含USB装置控制器41。上述USB主机10可为例如个人计算机、服务器、游戏机等。上述USB装置40是等时USB传输装置例如游戏控制器、USB麦克风等。上述第一延伸装置20通过第一USB缆线50耦合至USB主机10，上述第二延伸装置30通过第二USB缆线70耦合至USB装置40，而第一延伸装置20及第二延伸装置30是藉由非USB的通信缆线60例如5类双绞线(CAT-5)或其他缆线彼此耦合。为了方便，第一延伸装置20称为局域延伸器，而第二延伸装置30称为远程延伸器。
第一USB缆线50及第二USB缆线70的长度是在根据USB标准的限制之内，而通信缆线60的长度可以较USB标准所指定的长度长得多。因此，藉由使用本发明所描述的方法，USB主机10与USB装置40之间的距离可延伸超过USB标准所指定的限制。
虽然图2仅显示一个USB装置40，但远程延伸器30可包含USB集线器，其可耦合至多个USB装置40。
局域延伸器20包含USB装置控制器21，其通过第一USB缆线50与USB主机10的USB主机控制器11通信，使得局域延伸器20相对于USB主机10作用为USB装置。远程延伸器30包含USB主机控制器31，其通过第二USB缆线70与USB装置40的USB装置控制器41通信，使得远程延伸器30相对于USB装置40作用为USB主机。局域延伸器20中的USB装置控制器21及远程延伸器30中的USB主机控制器31可以集成电路(integrated circuit，IC)、特定应用集成电路(ASIC，application specific IC)、现场可程序化门阵列(FPGA，field programmablegate arrays)等实施。局域延伸器20进一步包含USB接口电路24，用以通过第一USB缆线50传送及接收信号，以及接口电路25，用以通过非USB缆线60传送及接收信号。远程延伸器30包含类似的接口电路(图未示)。
实施于图1的系统中的等时USB数据传输方法是参照图2及图3进行说明。于步骤S11，USB主机10藉由通过第一USB缆线50传送对等时数据的第一数据要求(例如是令牌信号，In-token)而初始化等时数据传输。上述要求将USB装置40指定为目标装置。局域延伸器20通过通信缆线60将来自USB主机10的第一数据要求转发至远程延伸器30(步骤S21)。
同时，局域延伸器20藉由通过第一USB缆线50传送第一「伪」数据封包至USB主机而响应来自USB主机10的数据要求(步骤S22)。此响应是发生在USB标准所要求的时间限制之内。伪数据封包内含具有非零长度的「伪」载荷；此伪数据是由局域延伸器20所获得，其方式将于下更加详细地说明。伪数据封包内含封包识别(packet identified，PID)于其开头，以及循环冗余检测(CRC，cyclic redundancycheck)于其末尾。由局域延伸器20所传送至USB主机10以响应第一数据要求的第一数据封包中内含的数据是伪造的，意思是说，该数据并非由USB装置40响应于接收第一数据要求所提供。USB主机10以正常方式处理接收到的第一数据封包(步骤S12)。换言之，其与USB装置40无关，因为第一数据封包内的数据并不是由USB装置40所产生。
远程延伸器30接收来自局域延伸器20的第一数据要求，且通过第二USB缆线70将其转发至USB装置40(步骤S31)。响应接收到第一数据要求(步骤S41)，USB装置40产生内含所要求的数据的数据封包(第二数据封包)，并通过第二USB缆线70传送(步骤S42)。远程延伸器30接收到第二数据封包且通过通信缆线60将其转发至局域延伸器20(步骤S32)。
在接收到来自远程延伸器30的第二数据封包后，局域延伸器20遂将数据储存于其缓冲器22(步骤S23)。当局域延伸器20接收到USB主机10所发出的(步骤S11，重复)指定同一目标装置的下一个数据要求(第二数据要求)时，局域延伸器20将缓冲器22中所储存的第二数据封包传送至USB主机10(步骤S24)。局域延伸器20亦将第二数据要求转发至远程延伸器30(步骤S21，重复)，以及远程延伸器30及USB装置40藉由重复步骤S31、S41、S42及S32而响应第二数据要求。因此，由USB装置40所产生以响应第二数据要求的第三数据封包是由局域延伸器20所接收。局域延伸器20将第三数据封包储存于其缓冲器(步骤S23，重复)。本方法藉由重复步骤S11、S24、S21、S31、S41、S42、S32及S23而继续。在每一次的重复中，USB装置40所产生且储存于缓冲器22中以响应先前的数据要求的数据封包是传送至USB主机10以作为对目前的数据要求的响应。
于步骤S22中，第一(伪)数据封包中的数据载荷是从局域延伸器20的缓冲器22获得；该数据可为局域延伸器20的处理器23(例如中央处理器(CPU))所随机产生且放入缓冲器22的数据，或者其可为从先前的等时数据通信对话所遗留在缓冲器22中的数据，上述先前的等时数据通信对话是对同一USB装置进行，上述先前的等时数据通信对话例如是早于USB主机10所发出的第一数据要求。于USB装置40为麦克风的情况中，当麦克风在被关闭后再被打开时，缓冲器22内含对应于在先前的通信对话的末尾所发生的声音的音效数据。在现有的USB麦克风装置中，缓冲器在麦克风开启时会被清除。然而，为了实施本实施例的方法，本发明局域延伸器20中的缓冲器22并不会被清除，或者不会完全清除；更确切的说，保留在缓冲器22中的数据是用以构成步骤S22中的第一(伪)数据封包。在本发明等时USB数据传输中，没有要求所传送的数据的内容要是「正确的」；USB主机10仅要求数据，并不核对接收到的数据的正确性。USB主机10上的应用程序可处理所接收到的数据，即使未接收到或未正确地接收到某些所要求的数据。如上所述，在本发明中，缓冲器22内用以构成步骤S22中的第一数据封包的数据可来自于先前的音频通信对话。如此一般不会对麦克风的功能有不利影响，乃因第一数据封包中传送至USB主机10的数据将会造成非常短暂期间(例如几微秒)的噪音，其对使用者而言几乎听不见。
图4是显示当局域延伸器接收到来自USB主机10的数据要求时由局域延伸器20的USB装置控制器21所实施的程序(步骤S22)。USB装置控制器21检查缓冲器22以判断来自目标USB装置40(于令牌信号(In-token)的PID中所指定)的数据封包是否存在于缓冲器22中(步骤S221)。如以上所述，缓冲器22可内含来自先前的通信对话源自于目标USB装置40的数据。若数据存在于缓冲器22中(于步骤S222中的「是」)，则USB装置控制器21撷取此数据并使用该数据产生第一数据封包(步骤S222)，并将该数据封包传送至USB主机(步骤S223)。另一方面，若缓冲器22并不内含任何来自目标USB装置40的数据(于步骤S221中的「否」)，则USB装置控制器21传送中断信号或缓冲器空闲信号至局域延伸器20的处理器23，以通知其缓冲器22为空闲状态(步骤S224)，并回到步骤S221以等待数据。为响应中断信号或缓冲器空闲信号，处理器23会产生内含长度非零的载荷的数据封包，其中上述载荷可为随机产生并储存于缓冲器22中。在处理器23将上述数据放置在缓冲器22中之后，USB装置控制器21会执行步骤S222及S223以传送数据封包至USB主机10。
于步骤S22的一替代性实施例中，局域延伸器20的处理器23会监视用于目标USB装置的缓冲器22的缓冲器空闲状态。若用于目标USB装置的缓冲器22是空闲的，则处理器23会产生内含长度非零的载荷的数据封包，并将其放置到缓冲器22中。因此，于步骤S221中，当USB装置控制器21检查缓冲器22时，于步骤S222及S223中缓冲器22将会内含数据封包且USB装置控制器21将会撷取的并将其传送至USB主机10。
于步骤S24中由USB装置控制器21所实施以响应接收到来自USB主机10的第二数据要求的程序实际上是等同于步骤S22的程序；但于步骤S24中，由于局域延伸器20先前已经接收USB装置40所产生的第二数据封包，故于步骤S221中缓冲器22将会内含数据，因此USB装置控制器21将会传送此数据封包至USB主机10。
应注意者为，于步骤S22及S24中，局域延伸器20的USB装置控制器21所实施的功能，也就是藉由从缓冲器22撷取数据并将其传送至USB主机而响应来自USB主机10的数据要求，实际上可等同于现有USB装置控制器所实施者。然而，若缓冲器22是空闲的，则本发明的处理器23会将伪数据封包放置到缓冲器22中以达成步骤S22(亦即传送具有伪数据载荷的数据封包至USB主机10)的结果。
本领域的技术人员将得以清楚了解，在不脱离本发明的精神或范围之下，可对本发明的延伸等时传输USB的传输范围的方法及相关设备做出若干修改及变更。因此，本发明意欲涵盖来自于前附权利要求的范围内的修改及变更及其均等物。

Claims (9)

1.一种延伸通用串行总线USB主机与等时USB传输装置之间的传输范围以用于等时数据传输的方法，其特征在于，包含：
(a)提供一第一延伸装置，该第一延伸装置通过一第一USB缆线耦合至该USB主机；
(b)提供一第二延伸装置，该第二延伸装置通过一第二USB缆线耦合至该等时USB传输装置；
(c)通过一非USB缆线将该第一延伸装置及该第二延伸装置彼此耦合；
(d)该USB主机传送一第一数据要求；以及
(e)为响应接收到该第一数据要求，该第一延伸装置传送一第一数据封包至该USB主机，该第一数据封包内含具有非零长度的一数据载荷，其中该数据载荷是该第一延伸装置所产生的数据或是先前从该等时USB传输装置接收的数据，该先前从该等时USB传输装置接收的数据是来自先前的数据通信对话且储存于该第一延伸装置的一缓冲器内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(e)包含：
该第一延伸装置的一USB装置控制器判断该缓冲器是否内含来自于该等时USB传输装置的一数据封包；
若该缓冲器内含来自于该等时USB传输装置的一数据封包，则该USB装置控制器撷取该数据封包并将该数据封包传送至该USB主机以作为该第一数据封包；以及
若该缓冲器并不内含来自该等时USB传输装置的数据封包，则该USB装置控制器传送一中断信号或一缓冲器空闲信号至该第一延伸装置的一处理器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中步骤(e)还包含：
为响应接收到来自该USB装置控制器的该中断信号或该缓冲器空闲信号，该处理器产生一数据封包并将该数据封包储存于该缓冲器中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(e)包含：
该第一延伸装置的一处理器监视该缓冲器的一缓冲器空闲状态；以及
若该缓冲器空闲，则该处理器产生一数据封包且将该数据封包储存于该缓冲器中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：
该第一延伸装置转发该第一数据要求至该第二延伸装置；
该第二延伸装置转发该第一数据要求至该等时USB传输装置；
该等时USB传输装置产生一第二数据封包以响应该第一数据要求并将该第二数据封包传送至该第二延伸装置；
该第二延伸装置将该第二数据封包转发至该第一延伸装置；
该第一延伸装置将该第二数据封包储存于该缓冲器中；以及
为响应从该USB主机接收到的一第二数据要求，该第一延伸装置将该第二数据封包传送至该USB主机。
6.一种用于等时数据传输的方法，该方法实施于一通用串行总线USB数据传输系统中，该系统包含一USB主机、一等时USB传输装置、通过一第一USB缆线耦合至该USB主机的一第一延伸装置、通过一第二USB缆线耦合至该等时USB传输装置的一第二延伸装置，该第一延伸装置及该第二延伸装置通过一非USB缆线彼此耦合，其特征在于，该方法包含：
(a)该USB主机传送一第一数据要求至该第一延伸装置；
(b)为响应该第一数据要求，该第一延伸装置传送一第一数据封包至该USB主机，该第一数据封包内含具有非零长度的一第一数据载荷，其中该第一数据载荷是为该第一延伸装置所产生的数据或为先前从该等时USB传输装置接收的数据，该先前从该等时USB传输装置接收的数据是来自先前的数据通信对话且储存于该第一延伸装置的一缓冲器内；
(c)该第一延伸装置转发该第一数据要求至该第二延伸装置；
(d)该第二延伸装置转发该第一数据要求至该等时USB传输装置；
(e)该等时USB传输装置产生一第二数据封包以响应该第一数据要求并将该第二数据封包传送至该第二延伸装置；
(f)该第二延伸装置将该第二数据封包转发至该第一延伸装置；
(g)该第一延伸装置将该第二数据封包储存于该缓冲器中；
(h)该USB主机传送一第二数据要求至该第一延伸装置；以及
(i)为响应该第二数据要求，该第一延伸装置将储存于该缓冲器中的该第二数据封包传送至该USB主机。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中步骤(b)包含：
该第一延伸装置的一USB装置控制器判断该缓冲器是否内含来自于该等时USB传输装置的一数据封包；
若该缓冲器内含来自于该等时USB传输装置的一数据封包，则该USB装置控制器撷取该数据封包并将该数据封包传送至该USB主机以作为该第一数据封包；以及
若该缓冲器并不内含来自该等时USB传输装置的数据封包，则该USB装置控制器传送一中断信号或一缓冲器空闲信号至该第一延伸装置的一处理器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中步骤(b)包含：
为响应接收到来自该USB装置控制器的该中断信号或该缓冲器空闲信号，该处理器产生一数据封包并将该数据封包储存于该缓冲器中。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中步骤(b)包含：
该第一延伸装置的一处理器监视该缓冲器的一缓冲器空闲状态；以及
若该缓冲器为空闲，则该处理器产生一数据封包且将该数据封包储存于该缓冲器中。
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