CN108459982A - 通信设备和usb与串口的切换方法 - Google Patents

通信设备和usb与串口的切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通信设备和USB与串口的切换方法，所述通信设备包括主处理器和USB端口，主处理器包括USB单元和UART单元，还包括连接于主处理器和USB端口之间的开关单元，开关单元用于：检测USB端口的ID管脚的电平信号；当电平信号为第一电平信号时，将USB端口连接至USB单元；当电平信号为第二电平信号时，将USB端口连接至UART单元。从而，通过开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号，根据电平信号的变化来进行USB与串口的切换，实现了通过硬件方式实现USB与串口的自动切换。切换过程中，不需要软件做额外干预，无需占用软件资源，减少了处理器的工作量，降低了切换的复杂性，也无需用户进行手动操作，提高了操作的便捷性以及设备的智能化水平。

Description

通信设备和USB与串口的切换方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信设备和USB与串口的切换方法。
背景技术
通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)具有支持热插拔、管脚定义简单、标准统一等优点，因此被广泛地应用于各种通信设备中。市场上大多数产品定义的USB端口功能都是单一的，有的仅作为USB接口进行数据传输，有的仅作为串口通信接口进行调试控制。
目前，有的产品也实现了USB端口的多功能定义，将USB和串口两种功能结合在一起，当进行数据传输时，则将USB端口切换为USB接口，当进行调试控制时，则将USB端口切换为串口通信接口。
然而，现有技术中USB与串口的切换过程，是通过软件控制切换开关来实现的，切换方式比较复杂，既要占用软件资源，增加处理器的工作量，又需要用户手动操作来发布切换指令，不够方便快捷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通信设备和USB与串口的切换方法，以解决USB与串口的切换方式复杂，不够方便快捷的技术问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供的一种通信设备，所述通信设备包括主处理器和USB端口，所述主处理器包括USB单元和UART单元，还包括连接于所述主处理器和所述USB端口之间的开关单元，所述开关单元用于：
检测所述USB端口的ID管脚的电平信号；当所述电平信号为第一电平信号时，将所述USB端口连接至所述USB单元；当所述电平信号为第二电平信号时，将所述USB端口连接至所述UART单元。
可选地，所述开关单元包括连接所述USB端口的第一通道、连接所述USB单元的第二通道和连接所述UART单元的第三通道，所述开关单元用于：当所述电平信号为第一电平信号时，连通所述第一通道与所述第二通道；当所述电平信号为第二电平信号时，连通所述第一通道与所述第三通道。
可选地，所述通信设备还包括连接于所述UART单元与所述开关单元之间的USB串口转换器，所述USB串口转换器用于将串口信号与USB信号相互转换。
可选地，所述通信设备还包括串口切换单元和至少一个从处理器，所述串口切换单元连接于所述主处理器的UART单元与所述USB串口转换器之间，所述主处理器用于：控制所述串口切换单元选择性的传输所述主处理器或任一从处理器的串口信号。
可选地，所述通信设备还包括一组主逻辑单元和主转换单元、至少一组从逻辑单元和从转换单元以及信号总线，每一从处理器对应一组从逻辑单元和从转换单元，所述主逻辑单元分别连接所述主处理器、所述串口切换单元、所述主转换单元和每一个从逻辑单元，所述主转换单元连接所述串口切换单元以及通过所述信号总线分别连接每一个从转换单元，每一个从转换单元分别连接对应的从逻辑单元和对应的从处理器的UART单元。
可选地，所述信号总线为RS485总线。
可选地，所述第一电平信号为高电平信号，所述第二电平信号为低电平信号。
根据本发明的另一个方面，提供的一种USB与串口的切换方法，所述方法包括以下步骤：
开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号；
当所述电平信号为第一电平信号时，所述开关单元将所述USB端口连接至主处理器的USB单元；
当所述电平信号为第二电平信号时，所述开关单元将所述USB端口连接至所述主处理器的UART单元。
可选地，所述UART单元与所述开关单元之间连接有USB串口转换器，所述将所述USB端口与所述主处理器的UART单元连通的步骤之后还包括：所述USB串口转换器将串口信号与USB信号相互转换。
可选地，所述主处理器的UART单元与所述USB串口转换器之间连接有串口切换单元，所述将所述USB端口与所述主处理器的UART单元连通的步骤之后还包括：所述主处理器控制所述串口切换单元选择性的传输所述主处理器或任一从处理器的串口信号。
本发明实施例的通信设备，通过开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号，根据电平信号的变化来进行USB与串口的切换，实现了通过硬件方式实现USB与串口的自动切换。切换过程中，不需要软件做额外干预，无需占用软件资源，减少了处理器的工作量，降低了切换的复杂性，也无需用户进行手动操作，提高了操作的便捷性以及设备的智能化水平。
附图说明
图1为本发明第一实施例的通信设备的模块示意图；
图2为本发明实施例的通信设备的功能框图；
图3为本发明第二实施例的通信设备的模块示意图；
图4为本发明第三实施例的USB与串口的切换方法的流程图；
图5为本发明第四实施例的USB与串口的切换方法的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参见图1，提出本发明第一实施例的通信设备，所述通信设备包括主处理器、开关单元和USB端口，主处理器包括USB单元和通用异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，UART)单元，开关单元连接于主处理器和USB端口之间，开关单元可切换的连接USB单元或UART单元。
具体的，开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号；当电平信号为第一电平信号时，开关单元切换连接USB单元，以将USB端口连接至USB单元；当电平信号为第二电平信号时，开关单元切换连接UART单元，以将USB端口连接至UART单元。
可选地，USB端口的型号为Micro USB Type-AB，可通过两种不同型号的USB线缆连接不同的USB设备，两种不同型号的线缆分别为Micro USB Type-A线缆和Micro USB Type-B线缆。其中，通过Micro USB Type-B线缆可外接U盘等存储设备，实现产品的软件版本、工作日志等数据的传输功能；通过Micro USB Type-A线缆可连接智能终端设备，如手机、平板等，实现对通信设备进行调试或者控制，这样为操作人员提供了一种快速简捷的访问手段。
当USB端口插入不同型号的USB线缆连接不同的USB设备时，USB端口的ID管脚的电平信号会随之变化，开关单元则可以根据ID管脚的电平信号的变化来判断当前连接的是哪一种USB设备，进而进行USB与串口的自动切换。Micro USB Type-AB型号的ID管脚默认状态下是悬空的，根据对ID管脚的设计并与外部USB设备配合，可以改变ID管脚的高低电平，作为开关单元的选择信号使用。
例如：第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号，USB端口的ID管脚默认悬空，为高电平，此时USB端口默认通过开关单元连接至主处理器的USB单元，作为USB接口；当USB端口插入Micro USB Type-B线缆外接U盘等存储设备时，ID管脚保持悬空状态，仍然为高电平，开关单元保持当前的USB接口功能，实现数据传输；当USB端口插入MicroUSB Type-A线缆连接智能终端设备时，ID管脚将变为低电平，开关单元将USB端口切换连接至主处理器的UART单元，将USB端口切换为串口通信接口，实现对通信设备的调试或控制。
如图2所示，为本发明实施例的通信设备的功能框图。USB端口的ID管脚通过一上拉电阻连接开关单元，使得ID管脚默认为高电平。开关单元包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道连接USB端口，第二通道连接主处理器的USB单元，第三通道连接主处理器的UART单元。当USB端口通过Micro USB Type-B线缆连接存储设备进行数据传输时，外设的USB属性不会改变ID管脚的默认电平，即ID管脚保持高电平(ID＝1)，开关单元则保持第一通道与第二通道连通，使得USB端口通过开关单元连接至USB单元，通过USB单元对外输出USB信号；当USB端口通过Micro USB Type-A线缆连接智能终端设备进行调试控制时，外设的USB属性将ID管脚的电平拉低，开关单元检测到ID管脚的电平信号为低电平信号(ID＝0)，则连通第一通道与第三通道，使得USB端口通过开关单元连接至UART单元，通过UART单元对外输出串口信号。
进一步地，通信设备还包括一USB串口转换器，其连接于开关单元与主处理器的UART单元之间，用于将串口信号与USB信号相互转换。具体的，USB串口转换器接收UART单元发送的串口信号，将串口信号转换为USB信号后通过开关单元发送给USB端口；USB串口转换器接收USB端口通过开关单元发送过来的USB信号，将USB信号转换为串口信号后发送给UART单元。
通过USB串口转换器的信号转换，使得USB端口输出的始终是USB信号，因此即使USB端口在不同功能间进行切换，连接外设时都只需使用USB线缆，无需配置其它类型的线缆，并且使得手机、平板等移动终端也可以对通信设备进行调试，无需限定于电脑设备，极大的提高了操作的便捷性。
本发明实施例的通信设备，其进行USB与串口切换的具体流程包括以下步骤：
步骤A1、系统复位或上电后，主处理器完成对USB单元和UART单元的初始化；
步骤A2、USB串口转换电路将UART单元的串口信号转换为USB信号，保证连接外设仅使用USB线缆；
步骤A3、开关单元接收到UART单元和USB单元的两组USB信号，将USB端口的ID管脚的电平信号作为开关选择信号，由于ID管脚默认为高电平，开关单元则自动选择USB单元的USB信号输出至USB端口，使得USB端口默认作为USB接口进行数据传输；
步骤A4、当USB端口连接U盘等存储设备时，USB端口的ID管脚保持高电平，USB端口继续保持为USB接口，此时可执行版本存放、工作日志记录等一系列信息存储操作；
步骤A5、当USB端口连接手机等智能终端设备时，USB端口的ID管脚将变为低电平，开关单元将则自动选择UART单元的USB信号输出至USB端口，使得USB端口切换为串口通信接口进行调试控制，此时可通过智能终端设备对通信设备执行调试与控制操作。
本发明实施例的通信设备，通过开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号，根据电平信号的变化来进行USB与串口的切换，实现了通过硬件方式实现USB与串口的自动切换。切换过程中，不需要软件做额外干预，无需占用软件资源，减少了处理器的工作量，降低了切换过程的复杂性，也无需用户进行手动操作，提高了操作的便捷性以及设备的智能化水平。
实施例二
参见图3，提出本发明第二实施例的通信设备，该通信设备为多板卡或多处理器的通信设备。本实施例与第一实施例的区别是增加了一串口切换单元和至少一个从处理器，串口切换单元连接于串口转换器与主处理器的UART单元之间，主处理器用于控制串口切换单元选择性的传输主处理器或任一从处理器的串口信号。
具体的，如图3所示，通信设备还包括一组主逻辑单元和主转换单元、至少一组从逻辑单元和从转换单元以及信号总线，每一从处理器对应一组从逻辑单元和从转换单元，主逻辑单元分别连接主处理器、串口切换单元、主转换单元和每一个从逻辑单元，主转换单元连接串口切换单元以及通过信号总线分别连接每一个从转换单元，每一个从转换单元分别连接对应的从逻辑单元和对应的从处理器的UART单元。从而，利用每个从处理器对应的从逻辑单元和从转换单元，可以将从处理器的串口信号上传给主处理器控制显示，主处理器通过主逻辑单元和主串口转换单元将所选择的串口信号给到串口切换单元，并根据逻辑控制，通过串口切换单元选择输出主处理器的串口信号或者输出某一个从处理器的串口信号至USB串口转换器。
本发明实施例中，信号总线优选为RS485总线，其对应的主转换单元和从转换单元为RS485与串口转换单元，用于将RS485信号(差分信号)与串口信号相互转换。当然，信号总线也可以选择其它类型的总线，本发明对此不做限定。
主处理器选择性的输出任一从处理器的串口信号的具体流程如下：
步骤B1、当需要输出任一从处理器的串口信号时，主处理器通过主逻辑单元下发485选择指令给所选择的从处理器对应的从逻辑单元，使得从逻辑单元会自动开启对应的从转换单元；从转换单元接收对应的从处理器的UART单元发送的串口信号，并将该串口信号转换为RS485信号后通过RS485总线上传给主转换单元；
步骤B2、主处理器通过主逻辑单元开启主转换单元，主转换单元将RS485信号转换为串口信号后发送给串口切换单元；
步骤B3、主处理器通过主逻辑单元控制串口切换单元，使串口切换单元输出选择的从处理器的串口信号。
串口信号的输入与前述输出的流程大致相同，只是信号输送方向相反，在此不再赘述。
采用本实施例的通信设备，当用户通过智能终端设备调试通信设备时，可以访问更多板卡或处理器的串口信息，为产品调试提供了一种极其便捷的手段。
实施例三
参见图4，提出本发明第三实施例的USB与串口的切换方法，所述方法包括以下步骤：
S11、开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号。
S12、当ID管脚的电平信号为第一电平信号时，开关单元将USB端口连接至主处理器的USB单元。
S13、当ID管脚的电平信号为第二电平信号时，开关单元将USB端口连接至主处理器的UART单元。
可选地，第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号。
进一步地，主处理器的UART单元与开关单元之间连接有USB串口转换器，USB串口转换器将串口信号与USB信号相互转换。具体的，USB串口转换器接收UART单元发送的串口信号，将串口信号转换为USB信号后通过开关单元发送给USB端口；USB串口转换器接收USB端口通过开关单元发送过来的USB信号，将USB信号转换为串口信号后发送给UART单元。
从而，使得USB端口始终输出的是USB信号，因此即使USB端口在不同功能间进行切换，连接外设时都只需使用USB线缆，无需配置其它类型的线缆，并且可以通过手机、平板等移动终端方便的对通信设备进行调试，无需限定于电脑设备，极大的提高了用户操作的便捷性。
本发明实施例的USB与串口的切换方法，通过开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号，根据电平信号的变化来进行USB与串口的切换，实现了通过硬件方式实现USB与串口的自动切换。切换过程中，不需要软件做额外干预，无需占用软件资源，减少了处理器的工作量，降低了切换过程的复杂性，也无需用户进行手动操作，提高了操作的便捷性以及设备的智能化水平。
实施例四
参见图5，提出本发明第四实施例的USB与串口的切换方法，所述方法包括以下步骤：
S21、开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号。
S22、当ID管脚的电平信号为第一电平信号时，开关单元将USB端口连接至主处理器的USB单元。
S23、当ID管脚的电平信号为第二电平信号时，开关单元将USB端口连接至主处理器的UART单元。
S24、主处理器控制串口切换单元选择性的传输主处理器或任一从处理器的串口信号。
本实施例中，主处理器的UART单元与USB串口转换器之间连接有串口切换单元，主处理器控制串口切换单元选择性的传输主处理器或任一从处理器的串口信号。
具体的，主处理器选择性的输出任一从处理器的串口信号的具体流程如下：
主处理器通过主逻辑单下发指令到所选择的从处理器对应的从逻辑单元，从逻辑单元开启对应的从转换单元，从转换单元将从处理器的串口信号通过RS485总线上传给主转换单元；主处理器通过主逻辑单元开启主转换单元，主转换单元将RS485信号转换为串口信号后发送给串口切换单元；主处理器通过主逻辑单元控制串口切换单元，使串口切换单元输出选择的从处理器的串口信号。
串口信号的输入与前述输出的流程大致相同，只是信号输送方向相反，在此不再赘述。
采用本实施例的USB与串口的切换方法，当用户通过智能终端设备调试通信设备时，可以访问更多板卡或处理器的串口信息，为产品调试提供了一种极其便捷的手段。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种通信设备，包括主处理器和USB端口，所述主处理器包括USB单元和UART单元，其特征在于，还包括连接于所述主处理器和所述USB端口之间的开关单元，所述开关单元用于：
检测所述USB端口的ID管脚的电平信号；当所述电平信号为第一电平信号时，将所述USB端口连接至所述USB单元；当所述电平信号为第二电平信号时，将所述USB端口连接至所述UART单元。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述开关单元包括连接所述USB端口的第一通道、连接所述USB单元的第二通道和连接所述UART单元的第三通道，所述开关单元用于：
当所述电平信号为第一电平信号时，连通所述第一通道与所述第二通道；当所述电平信号为第二电平信号时，连通所述第一通道与所述第三通道。
3.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备还包括连接于所述UART单元与所述开关单元之间的USB串口转换器，所述USB串口转换器用于将串口信号与USB信号相互转换。
4.根据权利要求3所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备还包括串口切换单元和至少一个从处理器，所述串口切换单元连接于所述主处理器的UART单元与所述USB串口转换器之间，所述主处理器用于：控制所述串口切换单元选择性的传输所述主处理器或任一从处理器的串口信号。
5.根据权利要求4所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备还包括一组主逻辑单元和主转换单元、至少一组从逻辑单元和从转换单元以及信号总线，每一从处理器对应一组从逻辑单元和从转换单元，所述主逻辑单元分别连接所述主处理器、所述串口切换单元、所述主转换单元和每一个从逻辑单元，所述主转换单元连接所述串口切换单元以及通过所述信号总线分别连接每一个从转换单元，每一个从转换单元分别连接对应的从逻辑单元和对应的从处理器的UART单元。
6.根据权利要求5所述的通信设备，其特征在于，所述信号总线为RS485总线。
7.根据权利要求1-6任一项所述的通信设备，其特征在于，所述第一电平信号为高电平信号，所述第二电平信号为低电平信号。
8.一种USB与串口的切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
开关单元检测USB端口的ID管脚的电平信号；
当所述电平信号为第一电平信号时，所述开关单元将所述USB端口连接至主处理器的USB单元；
当所述电平信号为第二电平信号时，所述开关单元将所述USB端口连接至所述主处理器的UART单元。
9.根据权利要求8所述的USB与串口的切换方法，其特征在于，所述UART单元与所述开关单元之间连接有USB串口转换器，所述将所述USB端口与所述主处理器的UART单元连通的步骤之后还包括：
所述USB串口转换器将串口信号与USB信号相互转换。
10.根据权利要求9所述的USB与串口的切换方法，其特征在于，所述主处理器的UART单元与所述USB串口转换器之间连接有串口切换单元，所述将所述USB端口与所述主处理器的UART单元连通的步骤之后还包括：
所述主处理器控制所述串口切换单元选择性的传输所述主处理器或任一从处理器的串口信号。
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