CN109344108B - 一种Type-C接口设备、通信方法和通信系统 - Google Patents

一种Type-C接口设备、通信方法和通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Type‑C接口设备，包括：电源输入端、USB控制器、多路选择器、Type‑C接口、第一电阻以及第二电阻；USB控制器分别连接Type‑C接口和多路选择器；多路选择器分别与Type‑C接口的CC1引脚、CC2引脚、RX引脚和TX引脚连接；第一电阻的第一端与电源输入端连接，第一电阻的第二端与CC1引脚连接；第二电阻的第一端与电源输入端连接，第二电阻的第二端与CC2引脚连接；多路选择器用于根据Type‑C接口的插入信号控制Type‑C接口与USB控制器的连通状态，第一电阻和第二电阻使得Type‑C接口设备工作在下行端口模式。本发明还公开了一种Type‑C接口通信方法和Type‑C接口通信系统。采用本发明实施例，能够在满足网络通信设备的功能要求的同时，减小电路复杂性，降低产品成本。

Description

一种Type-C接口设备、通信方法和通信系统
技术领域
本发明涉及USB接口技术，尤其涉及一种Type-C接口设备、通信方法和通信系统。
背景技术
随着网络通信设备技术的发展，其接口也越来越丰富，比如无线路由器和交换机等，目前较高端的网络通信设备都提供USB接口供用户使用。网络通信设备主要结构如图1所示，现有的网络通信设备除必要的存储模块、网口模块、射频模块外，基本都提供USB接口模块供用户使用。网络通信设备的USB接口主要用来外接移动存储设备，可下载数据或进行局域网内容共享等或者给手机等移动设备充电等。
随着高速USB3.1接口标准的推出，越来越多的消费电子类产品将USB3.1接口作为标配。而随着手机、平板电脑等电子产品朝更小、更薄、更轻的方向发展，传统的USB3.1Type-A/B接口因尺寸过大，不易集成在便携式电子产品上。USB3.1Type-C接口因尺寸相对更小，并且支持正反插功能，将越来越广泛地应用于便携式电子产品中。考虑到网络通信设备的应用场景，比如无线路由器，高端无线路由器的USB接口也将越来越多的使用USB3.1Type-C接口。
全功能的USB3.1Type-C接口电路，除了具有传统的USB功能外，还包含CC(Configuration Channel)analog、SS(Super Speed)MUX模块、HS(High Speed)MUX模块和PD(Power Delivery)manager模块。CC analog模块用于探测连接、决定电缆方向、区分UFP(上行端口)或DFP(下行端口)角色，及配合PD模块确定供电方案等。SS MUX模块用于将USB的Super Speed信号线一分为二，接到Type-C连接的A、B面，以支持正反插功能。HS MUX模块用于将USB的High Speed信号线一分为二，接到Type-C连接的A、B面。
现有技术中的USB3.1Type-C接口电路除上述几个功能模块外，还包括更复杂的Type-C接口还能支持低速Audio信号的传输，以及高速视频信号传输。并且，加入了PD管理芯片的USB3.1Type-C接口能够支持5V、12V、20V等电压的输入/输出。要实现全功能的USB3.1Type-C接口，因其实现电路复杂，控制逻辑复杂度高，电路成本更高等，不适用于网络通信设备的应用领域。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种Type-C接口设备、通信方法和通信系统，在满足网络通信设备的功能要求的同时，能减小电路复杂性，降低产品成本。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种Type-C接口设备，包括：电源输入端、USB控制器、多路选择器、Type-C接口、第一电阻以及第二电阻；其中，
所述USB控制器与所述Type-C接口连接，所述USB控制器还与所述多路选择器连接；
所述多路选择器分别与所述Type-C接口的CC1引脚、CC2引脚、RX引脚和TX引脚连接；
所述第一电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述CC1引脚连接；所述第二电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述CC2引脚连接；
所述多路选择器用于根据所述Type-C接口的插入信号控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态，所述第一电阻和所述第二电阻使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式。
与现有技术相比，本发明公开的Type-C接口设备通过所述多路选择器用于根据所述Type-C接口的插入信号控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态，并通过所述第一电阻和所述第二电阻使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式。解决了现有技术中因全功能的Type-C接口电路复杂、控制逻辑复杂度高和电路成本高等因素而导致不适用于网络通信设备的应用领域的问题。本发明公开的Type-C接口设备能够在满足网络通信设备的功能要求的同时，减小电路复杂性，降低产品成本。
作为上述方案的改进，所述多路选择器的第一选通控制信号引脚与所述Type-C接口的CC1引脚连接，所述多路选择器的第二选通控制信号引脚与所述Type-C接口的CC2引脚连接。
作为上述方案的改进，所述USB控制器与所述Type-C接口的高速信号引脚连接。
作为上述方案的改进，所述多路选择器用于根据所述Type-C接口的插入信号控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态，包括：
当所述Type-C接口的插入信号为A面插入时，所述多路选择器控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态为A面连通状态；
当所述Type-C接口的插入信号为B面插入时，所述多路选择器控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态为B面连通状态。
作为上述方案的改进，所述第一电阻和所述第二电阻使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式，包括：
所述第一电阻对所述CC1引脚进行上拉处理，且所述第二电阻对所述CC2引脚进行上拉处理，以使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式。
作为上述方案的改进，所述电源输入端与所述Type-C接口的Vbus引脚连接，所述电源输入端的输入电压为5V。
作为上述方案的改进，所述多路选择器为一分二选通器。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种Type-C接口通信方法，适用于上述任一实施例所述的Type-C接口设备，包括：
当Type-C设备插入时，检测插入信号；
根据所述插入信号选择连通状态；其中，所述连通状态包括A面连通状态和B面连通状态；
根据所述连通状态建立信号通路，并进行Type-C设备的识别和数据传输操作。
作为上述方案的改进，所述方法还包括：
当检测到Type-C设备移除时，移除所述信号通路。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种Type-C接口通信系统，包括Type-C设备和网络通信设备；其中，
所述网络通信设备为上述任一实施例所述的Type-C接口设备，所述Type-C设备与所述网络通信设备中的Type-C接口连接。
附图说明
图1是现有技术中网络通信设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种Type-C接口设备的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种Type-C接口设备中Type-C接口的引脚示意图；
图4是本发明实施例提供的一种Type-C接口设备中A面连通状态时的信号传输示意图；
图5是本发明实施例提供的一种Type-C接口通信方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种Type-C接口通信方法的另一流程图；
图7是本发明实施例提供的一种Type-C接口通信系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
值得说明的是，在现有技术中的Type-C接口电路中，Type-C接口配合PD模块，可对外提供不同电压的供电输出。有连接时，通过检测CC引脚上的电压，确定供电电压，完成协商后，供电引脚(Vbus)上的开关(功率MOS管)打开，对外供电。而本发明实施例所述网络通信设备固定成Host模式(DFP)，输出电压固定为5V，可以省去现有技术中网络通信设备的PD模块。
在不支持USB PD的Type-C接口设备中，供电由DFP提供给UFP，在Vbus供电路径上需要有开关(功率MOS管)控制供电输出。这主要是考虑到可能存在的DFP-DFP或UFP-UFP这两种无效的连接，存在电压差，有可能损坏接口。但在在本发明实施例中，Type-C接口被固定成Host(DFP)模式，且输出电压固定为5V，当有DFP插入时，连接无效，且插入的DFP通过其Vbus开关隔离了路由器端Type-C接口的供电，不会造成接口损坏。因而在本发明实施例中将Type-C接口的Vbus供电上的开关器件(功率MOS管)可以去掉，同时其对应的控制逻辑电路也可省去，从而达到减小电路复杂性，并降低产品成本的效果。
实施例一
参见图2，图2是本发明实施例提供的一种Type-C接口设备的结构示意图；包括：电源输入端10、USB控制器20、多路选择器30、Type-C接口40、第一电阻R1以及第二电阻R2；其中，
所述USB控制器20与所述Type-C接口40连接，所述USB控制器20还与所述多路选择器30连接；
所述多路选择器30分别与所述Type-C接口40的CC1引脚、CC2引脚、RX引脚和TX引脚连接；
所述第一电阻R1的第一端与所述电源输入端10连接，所述第一电阻R1的第二端与所述CC1引脚连接；所述第二电阻R2的第一端与所述电源输入端10连接，所述第二电阻R2的第二端与所述CC2引脚连接；
所述多路选择器30用于根据所述Type-C接口40的插入信号控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2使得所述Type-C接口设备工作在下行端口(DFP)模式。
网络通信设备上的Type-C接口除了能满足USB常用功能外，还需要支持正反插。为了支持正反插功能，需要将USB控制器20的1对HS(high speed)信号线、2对SS(SuperSpeed)信号线分别接到Type-C接口的正反面。考虑到SS信号线支持的最高速率达10Gpbs，对信号完整性要求非常高，如果直接采用分支连接则信号完整性无法保障，因而本发明实施例使用所述多路选择器20对SS信号线进行选择切换，而对HS信号线，因其通过的数据速率不高，可以直接使用分支线的方式进行分路处理，直接将HS信号线与Type-C接口中的高速信号引脚(HS引脚)连接，从而去除了HS(High Speed)MUX模块。
参见图3，图3是本发明实施例提供的一种Type-C接口设备中Type-C接口40的引脚示意图；所述Type-C接口40包括A面的引脚和B面的引脚，从而所述Type-C接口40能够检测到Type-C设备插入时，是插入的A面还是B面，进而选择是A面连通状态还是B面连通状态。
进一步的，当所述Type-C接口40的插入信号为A面插入时，所述多路选择器30控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态为A面连通状态；当所述Type-C接口40的插入信号为B面插入时，所述多路选择器30控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态为B面连通状态。
具体的，所述USB控制器20可以是集成在CPU/MCU里的模块，所述USB控制器20为USB3.1Controller，所述USB控制器20用于处理USB基带信号。所述多路选择器30可以是一分二选通器。
优选的，所述电源输入端10与所述Type-C接口40的Vbus引脚连接，所述电源输入端10的输入电压为5V。所述电源输入端10用于给所述Type-C设备输出5V电压。
具体的，根据Type-C协议，DFP和UFP有效通信建立是根据检测到CC信号线上的电压变化来决定的。DFP在未连接时其CC信号线上为高电平，UFP在未连接时其CC信号线上为低电平。当有效的连接建立时DFP上检测到的CC信号线上电压由高电平降低，UFP上检测到的电压由低电平升高。
因此，本发明实施例中所述第一电阻R1对所述CC1引脚进行上拉处理，且所述第二电阻R2对所述CC2引脚进行上拉处理，将CC1/CC2引脚上拉为高电平，以使得所述Type-C接口设备工作在下行端口(DFP)模式，当有Type-C设备(UFP)连接时，所述Type-C接口40的CC1(或CC2)引脚同Type-C设备的CC引脚连通，所述Type-C接口40的电压只可能降低，不可能升高，因而只能当DFP(Host模式)。只有未建立连接时Type-C设备的CC信号线为低电压平时，此时建立的连接才是有效的，才能选通相应的信号通路。
优选的，所述多路选择器30的第一选通控制信号引脚sel1与所述Type-C接口的CC1引脚连接，所述多路选择器30的第二选通控制信号引脚sel2与所述Type-C接口的CC2引脚连接。所述USB控制器20的1对HS(high speed)信号线与所述Type-C接口的高速信号引脚，所述USB控制器20的两对SS(Super Speed)信号线分别与所述多路选择器30的SSTX引脚和SSRX引脚连接。
具体的，参见图4，图4是本发明实施例提供的一种Type-C接口设备中A面连通状态时的信号传输示意图；当Type-C设备(UFP)插入所述Type-C接口40的A面时，所述Type-C接口40的A面的CC信号(CC1引脚)连通Type-C设备(UFP)的CC线，因插入的Type-C设备的CC线上下拉电阻的作用，所述CC1引脚被下拉,所述多路选择器30的第一控制信号引脚sel1被下拉为低电平，所述多路选择器30选通a路输出，并建立A面的数据通路，用于数据通信。
此时，所述多路选择器30的SSTXa引脚与所述Type-C接口40中A面的TX引脚连接，所述多路选择器30的SSRXa引脚与所述Type-C接口40中A面的RX引脚连接，所述多路选择器30的第二控制信号引脚sel2与所述Type-C接口40的CC2引脚中断连接。
进一步的，当所述Type-C设备(UFP)插入所述Type-C接口40的B面时，所述Type-C接口40的B面的CC信号(CC2引脚)连通Type-C设备(UFP)的CC线，因插入的Type-C设备的CC线上下拉电阻的作用，CC2引脚被下拉,所述多路选择器30的第二控制信号引脚sel2被下拉为低电平，所述多路选择器30选通b路输出，并建立B面的数据通路，用于数据通信。
此时，所述多路选择器30的SSTXb引脚与所述Type-C接口40中B面的TX引脚连接，所述多路选择器30的SSRXb引脚与所述Type-C接口40中B面的RX引脚连接，所述多路选择器30的第一控制信号引脚sel1与所述Type-C接口40的CC1引脚中断连接。
相对于全功能的USB3.1Type-C接口电路，本发明在考虑网络通信设备Type-C接口的绝大多数应用场景后，将接口模式固定为Host(DFP)模式(通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2上拉接口插座的CC信号线实现)，对外输出的供电电压固定为5V，可以省去CCAnalog及PD管理模块，简化电路设计的同时，降低电路成本。
另外，本发明提供的Type-C接口设备的输出电压为协议规定的最低电压(5V)，不存在因电压损坏接口的问题，可以删除Vbus线路上的开关(功率MOS管)器件，进一步的降低成本。为支持正反插功能，相对于全功能的USB3.1Type-C接口电路，本设计针对USB控制器20中的SS信号线采用功能简单的多路选择器30实现信号切换，并能获得良好的信号完整性，针对USB控制器20中的HS信号线则采用简单的分支线方式实现信号切换，以减少HS MUX器件的使用，降低电路成本。
与现有技术相比，本发明公开的Type-C接口设备通过所述多路选择器30用于根据所述Type-C接口40的插入信号控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态，并通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式。解决了现有技术中因全功能的Type-C接口电路复杂、控制逻辑复杂度高和电路成本高等因素而导致不适用于网络通信设备的应用领域的问题。本发明公开的Type-C接口设备能够在满足网络通信设备的功能要求的同时，减小电路复杂性，降低产品成本。
实施例二
参见图5，图5是本发明实施例提供的一种Type-C接口通信方法的流程图；所述Type-C接口通信方法适用于上述实施例所述的Type-C接口设备，包括：
S1、当Type-C设备插入时，检测插入信号；
S2、根据所述插入信号选择连通状态；其中，所述连通状态包括A面连通状态和B面连通状态；
S3、根据所述连通状态建立信号通路，并进行Type-C设备的识别和数据传输操作。
具体的，所述Type-C接口设备的具体工作过程参考上述实施例一中所述Type-C接口设备的工作过程，在此不再赘述。
具体的，在步骤S1中，所述Type-C接口40包括A面的引脚和B面的引脚，从而所述Type-C接口40能够检测到Type-C设备插入时，是插入的A面还是B面，进而选择是A面连通状态还是B面连通状态。
具体的，在步骤S2～S3中，当所述Type-C接口40的插入信号为A面插入时，所述多路选择器30控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态为A面连通状态；当所述Type-C接口40的插入信号为B面插入时，所述多路选择器30控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态为B面连通状态。
当Type-C设备(UFP)插入所述Type-C接口40的A面时，所述Type-C接口40的A面的CC信号(CC1引脚)连通Type-C设备(UFP)的CC线，CC1引脚被下拉,此时所述多路选择器30的第一控制信号引脚sel1被下拉为低电平，所述多路选择器30选通a路输出，建立A面的信号通路，并进行Type-C设备的识别和数据传输操作。
此时，所述多路选择器30的SSTXa引脚与所述Type-C接口40中A面的TX引脚连接，所述多路选择器30的SSRXa引脚与所述Type-C接口40中A面的RX引脚连接，所述多路选择器30的第二控制信号引脚sel2与所述Type-C接口40的CC2引脚中断连接。
进一步的，当所述Type-C设备(UFP)插入所述Type-C接口40的B面时，所述Type-C接口40的B面的CC信号(CC2引脚)连通Type-C设备(UFP)的CC线，CC2引脚被下拉,此时所述多路选择器30的第二控制信号引脚sel2被下拉为低电平，所述多路选择器30选通b路输出，建立B面的信号通路，并进行Type-C设备的识别和数据传输操作。
此时，所述多路选择器30的SSTXb引脚与所述Type-C接口40中B面的TX引脚连接，所述多路选择器30的SSRXb引脚与所述Type-C接口40中B面的RX引脚连接，所述多路选择器30的第一控制信号引脚sel1与所述Type-C接口40的CC1引脚中断连接。
具体的，上述步骤S1～S3的过程可参考图6。
进一步的，在建立信号通路后，还包括步骤S4：当检测到Type-C设备移除时，移除所述信号通路。
具体的，当检测到Type-C设备移除时，所述多路选择器30的第一控制信号引脚sel1/第二控制信号引脚sel2恢复高电平信号，所述多路选择器30处于高阻态状态，从而移除所述信号通路。
相对于全功能的USB3.1Type-C接口电路，本发明在考虑网络通信设备Type-C接口的绝大多数应用场景后，将接口模式固定为Host(DFP)模式(通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2上拉接口插座的CC信号线实现)，对外输出的供电电压固定为5V，可以省去CCAnalog及PD管理模块，简化电路设计的同时，降低电路成本。
另外，本发明提供的Type-C接口设备的输出电压为协议规定的最低电压(5V)，不存在因电压损坏接口的问题，可以删除Vbus线路上的开关(功率MOS管)器件，进一步的降低成本。为支持正反插功能，相对于全功能的USB3.1Type-C接口电路，本设计针对USB控制器20中的SS信号线采用功能简单的多路选择器30实现信号切换，并能获得良好的信号完整性，针对USB控制器20中的HS信号线则采用简单的分支线方式实现信号切换，以减少HS MUX器件的使用，降低电路成本。
与现有技术相比，本发明公开的Type-C接口通信方法通过所述多路选择器30用于根据所述Type-C接口40的插入信号控制所述Type-C接口40与所述USB控制器20的连通状态，并通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式。解决了现有技术中因全功能的Type-C接口电路复杂、控制逻辑复杂度高和电路成本高等因素而导致不适用于网络通信设备的应用领域的问题。本发明公开的Type-C接口通信方法能够在满足网络通信设备的功能要求的同时，减小电路复杂性，降低产品成本。
实施例三
参见图7，图7是本发明实施例提供的一种Type-C接口通信系统的结构示意图。包括Type-C设备100和网络通信设备200；其中，
所述网络通信设备200为上述实施例一所述的Type-C接口设备，所述Type-C设备100与所述网络通信设备200中的Type-C接口连接。
具体的，所述网络通信设备200的工作过程参考上述实施例一中所述Type-C接口设备的工作过程，在此不再赘述。优选的，所述网络通信设备200可以是无线路由器或交换机。
与现有技术相比，本发明实施例所述的网络通信设备200的Type-C接口固定为DFP角色，输出电压固定为5V，去除现有技术中的CC analog及PD管理模块，以节省成本；Type-C接口中的SS信号线利用功能简单的多路选择器实现信号切换，以获得良好的信号完整性；HS信号线直接用分支方式实现信号切换，以减少HS MUX器件的使用，降低电路成本；去除Type-C接口中的Vbus路径上的开关(功率MOS管)器件，节省成本。
本发明公开的Type-C接口通信系统解决了现有技术中因全功能的Type-C接口电路复杂、控制逻辑复杂度高和电路成本高等因素而导致不适用于网络通信设备的应用领域的问题。本发明公开的Type-C接口通信系统能够在满足网络通信设备的功能要求的同时，减小电路复杂性，降低产品成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种Type-C接口设备，其特征在于，包括：电源输入端、USB控制器、多路选择器、Type-C接口、第一电阻以及第二电阻；其中，
所述USB控制器与所述Type-C接口连接，所述USB控制器还与所述多路选择器连接；
所述多路选择器分别与所述Type-C接口的CC1引脚、CC2引脚、RX引脚和TX引脚连接；
所述第一电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述CC1引脚连接；所述第二电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述CC2引脚连接；
所述多路选择器用于根据所述Type-C接口的插入信号控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态，所述第一电阻和所述第二电阻使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式；
其中，所述第一电阻对所述CC1引脚进行上拉处理，且所述第二电阻对所述CC2引脚进行上拉处理，以使得所述Type-C接口设备工作在下行端口模式。
2.如权利要求1所述的Type-C接口设备，其特征在于，所述多路选择器的第一选通控制信号引脚与所述Type-C接口的CC1引脚连接，所述多路选择器的第二选通控制信号引脚与所述Type-C接口的CC2引脚连接。
3.如权利要求2所述的Type-C接口设备，其特征在于，所述USB控制器与所述Type-C接口的高速信号引脚连接。
4.如权利要求3所述的Type-C接口设备，其特征在于，所述多路选择器用于根据所述Type-C接口的插入信号控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态，包括：
当所述Type-C接口的插入信号为A面插入时，所述多路选择器控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态为A面连通状态；
当所述Type-C接口的插入信号为B面插入时，所述多路选择器控制所述Type-C接口与所述USB控制器的连通状态为B面连通状态。
5.如权利要求1所述的Type-C接口设备，其特征在于，所述电源输入端与所述Type-C接口的Vbus引脚连接，所述电源输入端的输入电压为5V。
6.如权利要求1所述的Type-C接口设备，其特征在于，所述多路选择器为一分二选通器。
7.一种Type-C接口通信方法，其特征在于，适用于上述权利要求1～6中任一项所述的Type-C接口设备，包括：
当Type-C设备插入时，检测插入信号；
根据所述插入信号选择连通状态；其中，所述连通状态包括A面连通状态和B面连通状态；
根据所述连通状态建立信号通路，并进行Type-C设备的识别和数据传输操作。
8.如权利要求7所述的Type-C接口通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
当检测到Type-C设备移除时，移除所述信号通路。
9.一种Type-C接口通信系统，其特征在于，包括Type-C设备和网络通信设备；其中，
所述网络通信设备为上述权利要求1～6中任一项所述的Type-C接口设备，所述Type-C设备与所述网络通信设备中的Type-C接口连接。
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