CN110023920B - 主机检测usb集线器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种装置，所述装置包括处理器和耦合到所述处理器并包括指令的机器可读介质。当被加载到所述处理器中并执行时，所述指令将所述处理器配置为识别USB元件已经附接到端口处的USB集线器；根据所述USB元件的功率操作对所述USB元件进行分类；并且基于所述USB元件的功率操作，根据所述USB元件的所述分类，分配所述端口的上游或下游设置。

Description

主机检测USB集线器
相关专利申请
本申请要求2017年2月13日提交的美国临时专利申请No.62/458,281的优先权，该申请的内容据此全文并入。
技术领域
本公开涉及通用串行总线(USB)，并且更具体地涉及主机检测USB集线器。
附图说明
图1A-图1B是USB类型A和类型B连接器的形状的图示。
图2是USB类型A、类型B和类型C连接器的示例性实施方式的图示。
图3是根据本公开的实施方案的用于检测USB主机的示例性系统的图示。
图4是根据本公开的实施方案的用于检测USB集线器的示例性方法的图示。
背景技术
USB连接器可以是具有矩形形状和四个引脚的类型“A”连接器。USB类型A连接器可在上游设备上找到，诸如USB主机或集线器。USB类型A插头可在电缆和较小的外围设备上找到，诸如鼠标和闪存驱动器。然而，诸如打印机和扫描仪的USB设备和外围设备使用USB类型“B”插座。USB类型b连接器具有更像是正方形的形状。图1A和1B示出了这些连接器的示例。
将外围设备连接到主机涉及USB类型A到类型B电缆。两种类型的插头具有相同数量的引脚，并且在电气上相同。它们只在机械上不同。这是USB规范有意设计的特征，用于防止将主机连接到另一台主机，这可能导致短路。
最近，USB类型“C”连接器已被开发出来。图2示出了USB类型A、B和C的示例。虽然USB类型A和类型B连接器是单向的，但USB类型C连接器是双向的。随着USB规范3.0及更高版本的出现，类型C连接器被开发出来。USB规范的版本包括1.1、2.0、3.0和3.1。USB 1.1于1998年发布，最高速度为12Mbps。在许多情况下，USB 1.1仅以1.2Mbps的速度运行。USB 2.0于2000年发布，在高速模式模式下的最大速度为480Mbps，或12Mbps。它向后兼容USB 1.1，最大输出功率为2.5V(1.8A)。USB 3.0于2008年发布，在SuperSpeed模式下的最高速度为5Gbps。它向后兼容USB 2.0，可提供高达5V(1.8A)的功率。
最新版本的USB是3.1，它于2013年发布，速度加倍到10Gbps。它向后兼容USB 3.0和USB 2.0。USB 3.1有三个功率配置文件，并且允许更大的设备从主机汲取功率：5V下高达2A(功率消耗高达10W)并且12V(60W)或20V(100W)下高达5A。
USB类型A具有扁平矩形形状，是首个USB标准的原始设计。在传统的USB电缆上，类型A连接器(又称A公头连接器)进入主机，并且类型A公头被插入的USB端口称为类型A母端口。类型A端口通常位于主机设备中，诸如台式计算机、笔记本电脑、游戏控制台、键盘、鼠标、拇指驱动器、头部单元和媒体播放器。通常，类型B连接器是插入外围设备(诸如打印机、电话或外部硬盘驱动器)的标准USB电缆的末端，又称类型B公头。设备本身上面的端口称为类型B母头。
由于外围设备具有各种形状和尺寸，因此类型B连接器及其配套端口也有多种不同的设计。USB类型B插头和连接器的设计包括原始的Standard-B、Mini-B、Micro-B USB、Micro-B USB 3.0和Standard-B USB 3.0。
发明内容
本公开的实施方案包括装置。该装置可包括处理器和耦合到处理器并包括指令的机器可读介质。当被加载到处理器中并执行时，指令可将处理器配置为识别USB元件已经附接到端口处的USB集线器；根据USB元件的功率操作对USB元件进行分类；并且基于USB元件的功率操作，根据USB元件的分类，分配端口的上游或下游设置。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为将USB元件分类为仅功率消费者并且基于USB元件的作为仅功率消费者的分类将端口设置为下游端口的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为将USB元件分类为仅功率消费者并且基于USB元件的作为仅功率消费者的分类将USB元件指定为关于集线器的USB设备的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于USB元件的作为仅功率消费者的分类将端口设置为下游端口直到USB元件分离的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为将USB元件分类为仅功率产生者并且基于USB元件的作为仅功率产生者的分类设置超时时段以评估是将USB元件作为USB主机还是USB设备处理的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于USB元件的作为仅功率产生者的分类评估枚举过程是否启动以确定是将USB元件作为USB主机还是USB设备处理的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括基于USB元件的作为仅功率产生者的分类，评估枚举过程是否启动以确定是将端口设置为下游端口还是上游端口。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于USB元件的作为仅功率产生者的分类评估枚举过程是否在超时时段内启动并且基于枚举过程在超时时段内启动的确定将端口设置为上游端口的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于USB元件的作为仅功率产生者的分类评估枚举过程是否在超时时段内启动并且基于枚举过程未在超时时段内启动的确定将端口设置为下游端口的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于USB元件的作为仅功率产生者的分类评估枚举过程是否在超时时段内启动并且基于枚举过程在超时时段内启动的确定将USB元件分配为USB主机的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于枚举过程未在超时时段内启动的确定将USB元件分配为USB设备的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于枚举过程未在超时时段内启动的确定将附接作为电源适配器处理的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为将USB元件分类为能够产生和接收功率并且基于USB元件作为能够产生和接收功率的分类将USB元件作为笔记本电脑对待的指令。结合上述实施方案中的任一个，该装置还可包括用于将处理器配置为基于USB元件作为能够产生和接收功率的分类与USB元件协商以从集线器提供功率同时允许USB元件请求USB主机属性的指令。
本公开的实施方案可包括USB集线器、USB主设备、微控制器、处理器、USB控制器或包括上述装置中的任一个的电子设备。
本公开的实施方案可包括通过操作上述装置、USB集线器、USB主设备、微控制器、处理器、USB控制器或电子设备中的任一个来执行的方法。
具体实施方式
图3是根据本公开的实施方案的用于检测USB主机的示例性系统300的图示。具体地，USB主机的检测可在USB集线器或另一合适的电子设备中执行。在图3中，USB主机的检测可由USB集线器304执行。USB集线器304的功能可在独立的电子设备中，或者包含在诸如USB主机的其他电子设备中。
集线器304可在模拟电路、数字电路、由处理器执行的指令或其任何合适的组合中实现。在图3的示例中，集线器304可包括诸如存储器308的机器可读介质，该机器可读介质包括当由诸如处理器306的处理器执行时可将集线器304配置为执行本公开的操作和功能的指令。集线器304可包括交换结构318或其他合适的交换电路，以在各种USB端口之间路由信号，诸如端口1 310、端口2 312、端口3 314和端口4 316。
各种USB元件可连接到集线器304。例如，USB主机302可连接到集线器304。USB主机302可以是例如车辆音频系统的头部单元。USB集线器304还可连接到另一个USB元件，诸如智能电话322，该智能电话322可充当USB主机或USB设备。USB集线器304可连接到USB设备324、326。
在一个实施方案中，USB集线器304可被配置为检测USB主机连接到它的哪个端口。在另一个实施方案中，USB集线器304可被配置为，一旦确定USB已经连接，就正确地调整其自身的设置。
传统上，USB架构是围绕单个主机构建的。面向主机的集线器端口可被视为是上游端口。背向主机的集线器端口可被视为下游端口。传统的下游端口可被称为“A”端口，而传统的上游端口可被称为“B”端口。这些可对应于USB类型A和类型B连接器的功能。如图1和图2所示，传统上A端口在物理上不同于B端口。不正确地连接系统，其中A USB连接器插入B端口，或反之亦然。
随着USB 3.0标准的出现，一种新的类型的端口和连接器可供使用，称为“C”端口，对应于USB类型C连接器。USB类型C连接器在上游和下游方向上在物理上相同。它是双向的，因此带有USB类型C连接器的USB电缆的两端都将是相同的，而其他电缆将包括一个“A”连接器和一个“B”连接器。
然而，诸如集线器304的USB集线器在其他USB元件中是独特的，因为根据下游或上游操作，它们的性能存在功能的差异。因此，当使用USB类型C连接器时，可能难以确定给定的USB集线器端口是上游还是下游，因为下游和上游USB类型C集线器端口是相同的。在一些实施方案中，USB类型C集线器上游端口被如此标记，使得其正确连接到适当的主机。在另外的实施方案中，未标记的USB“C”主机因此被用作下游端口。实际上，这种方式的端口的标记可能已经留给USB集线器的构建者。这可能导致实现中进一步的困难，因为在其他系统中，一些USB类型C端口是单向的，或者仅连接到USB设备，而只有某个指定的USB类型C端口连接到USB主机或USB双重角色元件，诸如智能手机322。
在一个实施方案中，集线器304可被配置为允许给定的下游端口与上游集线器交换。集线器304可实现诸如来自微芯科技公司(Microchip Technology,Inc.)的FlexConnectTM的功能。因此，集线器304可被配置为检测主机移除。移除检测可能不需要使用或监视USB提供的VBUS信号。集线器304最初可在双重角色模式中与所有端口一起操作，而没有指定的仅上游端口。在检测任何端口上的主机时，该端口可被指定为USB主机，并且所有其他端口可被指定为下游端口。在其上检测主机的端口可被指定为上游端口。在标准USB定义下，只允许指定单个主机-第二个主机将被锁定。然而，集线器304可允许多个USB主机。
例如，集线器302可检测连接到集线器304的USB主机302。端口4316可被配置为上游端口，并且端口310、312、314可被指定为下游端口。接下来，集线器302可允许智能电话322附接。智能电话322还可尝试充当USB主机。集线器302可在主机302和智能电话322之间桥接和调解，以访问或控制主机302的一些操作。消费者可通过辅助USB电缆将智能电话322连接到汽车仪表板。主机302可通过智能电话322上的标识符识别智能电话322。集线器重新配置可开始。控制集线器304的主机302可准许来自主机302的智能电话322的请求。集线器304可将控制(如指定主机)从任何先前的主机(诸如主机302)切换到智能电话322。然后以完全或有限的方式，主机302可用作关于智能电话322的USB设备，而不是主机。此外，主机302可用作USB移动(OTG)设备。主机302的音乐、导航GUI、语音识别和其他功能可由智能电话322执行或在智能电话322的指导下执行。充当新主机的智能电话322可与诸如端口2 312和端口3 314的其他端口一起操作。例如，智能电话322可将这些其他端口指定为专用充电端口。连接到这些其他端口的USB实体可能会被充电，但可能仅充当USB设备而不是USB主机。
当将具有USB类型C连接器的物体附接到集线器304时，正在附接的USB元件可以是功率提供者、功率消费者或在双重角色中发挥作用，意味着它可以提供和消耗功率。台式PC可以是功率提供者。笔记本电脑可以是双重角色元件。例如，如果拇指驱动器连接到笔记本电脑，则笔记本电脑可作用以为拇指驱动器提供功率。如果笔记本电脑附接到显示器或电源，则它可从监视器电源接收功率。诸如拇指驱动器的元件可能永久地充当功率消费者。交流电源适配器或其他电源适配器可能永久地充当功率提供者。
在一个实施方案中，集线器304可确定附接到集线器304的USB元件是否被配置或指定为仅或永久消耗功率，而不是产生功率。在此类情况下，USB元件所附接的端口可被指定为下游端口。端口可始终被指定为下游端口，而有问题的元件连接到集线器。
在一个实施方案中，集线器304可确定附接到集线器304的USB元件是否被配置或指定为仅或永久产生功率，而不是消耗功率。在此类情况下，可设置超时时段。在此类时段期间或结束时，集线器304可确定USB元件是否启动了枚举过程。
USB枚举过程可包括主机检测USB设备已经连接、识别已连接的内容，然后加载相关设备驱动程序的过程。虽然在USB下指定了六种设备状态，但在枚举期间，设备会经过四种状态：通电、默认、寻址和配置。这涉及用于检测物体存在的硬件技术和用于识别已连接内容的软件的混合。在检测设备的存在之后，主机将启动与设备的传输以确定设备的身份。主机通过询问定义USB设备的设备类的设备描述符以及需要加载哪些驱动程序来完成此操作。
如果在超时时段期间没有发生枚举过程，则端口可被配置为或视为AC适配器，或者以其他方式被配置为或视为功率产生者。USB元件附接过程可能已用于AC适配器。集线器304或主机可确定端口不是主机端口。如果在超时时段期间发生了枚举过程，则端口被集线器304配置为主机端口。
在一个实施方案中，集线器304可检测被配置或指定为能够产生或接收功率的双重角色设备的USB元件的附接。在此类情况下，集线器304可以以上述方式协商对元件的处理，其中如有可能，如果其他主机能够产生一些或所有控制，则可以将笔记本电脑建立为主机。集线器304可与元件协商以提供功率，同时允许其在有这种要求时作为USB主机接管。
USB元件作为关于功率的仅产生者、仅接受者或双重角色的身份可由集线器304以任何合适的方式进行。例如，身份可从作为USB连接过程的一部分的握手中交换的数据读取或推断。
图4是根据本公开的实施方案的用于检测USB集线器的示例性方法400的图示。方法400可在任何合适的步骤处启动，诸如405。方法400可完全或部分地由机器可读介质上用于由一个或多个处理器执行的指令实现。方法400可由图3的集线器304完全或部分地实现。方法400的部分可重复、省略或递归地执行。尽管为方法400示出了示例性步骤，但是在各种实施方式中可以包括更少或附加的步骤。
在405处，USB元件可在给定端口处附接到集线器。附接可以通过集线器检测。附接后可以是识别过程以识别USB元件的性质和特性。USB元件可通过USB元件的查询来识别。
在410处，可确定USB元件的功率产生。可确定USB元件是否为仅功率产生者，USB元件是否为仅功率消费者，或者USB元件是否为功率消费者和产生者。如果USB为仅功率产生者，则方法400可以进行到420。如果USB元件为仅功率消费者，则方法400可以进行到415。如果USB元件为功率消费者和产生者，则方法400可以进行到445。
在415处，在一个实施方案中，与为仅功率消费者的USB元件相关联的端口可根据USB元件作为仅功率消费者的确定而被指定为下游端口。此外，USB元件可根据USB元件作为仅功率消费者的确定而被指定为USB设备。指定可被安排为持久直到USB设备被分离。方法400可进行到450。
在420处，在一个实施方案中，还可确定要成为仅功率产生者的USB设备是否经历枚举过程。要开始，可设置超时时段。超时时段可以对应于USB元件启动枚举过程所花费的时间长度。在425处，可确定超时时段是否已经到期，或者枚举过程是否已经开始。如果是，则方法400可进行到430。否则，方法400可返回到425。
在430处，在一个实施方案中，可确定枚举过程是否在分配的时间量期间开始。如果否，则方法400可进行到440。如果是，则方法400可进行到435。
在435处，在一个实施方案中，如果USB元件为仅功率产生者，并且枚举过程已开始，则与USB元件相关联的端口可被指定为上游端口。USB元件可被指定为主机。指定可持续直到USB元件分离。方法400可进行到450。
在440处，在一个实施方案中，如果USB元件为仅功率产生者并且枚举过程未开始，则与USB元件相关联的端口可被指定为下游端口。USB元件可被指定为USB设备。USB元件可作为电源适配器处理或对待。指定可持续直到USB元件分离。方法400可进行到450。
在445处，可在USB集线器、新附接的USB元件或任何其他主机之间执行进一步的协商或查询以确定USB元件的状态。例如，主机可与USB元件执行协商以从集线器提供功率同时允许USB元件请求USB主机属性。USB元件可例如作为笔记本电脑对待。
在450处，方法400可以任选地在例如405处重复或者可以终止。
已根据一个或多个实施方案描述了本公开，并且应当理解，除了明确陈述的那些之外，许多等同物、替代物、变型和修改是可能的并且在本公开的范围内。虽然本公开易受各种修改形式和替代形式的影响，但是其特定示例性实施方案已经在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应当理解，本文对特定示例性实施方案的描述并非旨在将本公开限于本文所公开的特定形式。

Claims (20)

1.一种操作通用串行总线(USB)集线器的装置，包括：
处理器；
非暂时性机器可读介质，所述机器可读介质耦合到所述处理器并且包括指令，所述指令，当被加载到所述处理器中并被执行时，将所述处理器配置为：
识别USB元件已在端口处附接到USB集线器；
确定所述USB元件的功率操作；
根据所述USB元件的功率操作对所述USB元件进行分类；
基于对所述USB元件的所述功率操作的确定，确定在上游操作还是下游操作中操作所述端口；
基于所述USB元件的功率操作的所述确定，根据所述USB元件的所述分类来分配定义所述端口是使用上游操作还是下游操作的设置；
将所述USB元件分类为仅功率产生者；
基于所述USB元件作为仅功率产生者的所述分类，评估枚举过程是否在超时时段内启动；并且
基于所述枚举过程在所述超时时段内启动的确定，将所述端口设置为上游端口。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
识别另一USB元件已在另一端口处附接到所述USB集线器；
确定所述另一USB元件的功率操作；
将所述另一USB元件分类为仅功率消费者；并且
基于所述另一USB元件作为仅功率消费者的所述分类，将所述另一端口设置为下游端口。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
识别另一USB元件已在另一端口处附接到所述USB集线器；
确定所述另一USB元件的功率操作；
将所述另一USB元件分类为仅功率消费者；并且
基于所述另一USB元件作为仅功率消费者的所述分类，将所述另一USB元件指定为关于所述USB集线器的USB设备。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
识别另一USB元件已在另一端口处附接到所述USB集线器；
确定所述另一USB元件的功率操作；
将所述另一USB元件分类为仅功率消费者；并且
基于所述另一USB元件作为仅功率消费者的所述分类，将所述另一端口设置为下游端口，直到所述另一USB元件分离。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
基于所述USB元件作为仅功率产生者的所述分类，设置超时时段以评估是将所述USB元件作为USB主机还是USB设备处理。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
基于所述USB元件作为仅功率产生者的所述分类，评估枚举过程是否启动以确定将所述USB元件作为USB主机还是USB设备处理。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
基于所述USB元件作为仅功率产生者的所述分类，评估枚举过程是否启动以确定是将所述端口设置为下游端口还是上游端口。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
基于所述枚举过程在所述超时时段内启动的确定，将所述USB元件分配为USB主机。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
基于所述枚举过程未在所述超时时段内启动的确定，将所述附接作为电源适配器处理。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
识别另一USB元件已在另一端口处附接到所述USB集线器；
确定所述另一USB元件的功率操作；
将所述另一USB元件分类为能够产生和接收功率；
基于所述另一USB元件作为能够产生和接收功率的所述分类，将所述另一USB元件作为笔记本电脑对待。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
识别另一USB元件已在另一端口处附接到所述USB集线器；
确定所述另一USB元件的功率操作；
将所述另一USB元件分类为能够产生和接收功率；
基于所述另一USB元件作为能够产生和接收功率的所述分类与所述另一USB元件协商以从所述集线器提供功率同时允许所述另一USB元件请求USB主机属性。
12.一种操作通用串行总线(USB)集线器的装置，包括：
处理器；
非暂时性机器可读介质，所述机器可读介质耦合到所述处理器并且包括指令，所述指令，当被加载到所述处理器中并被执行时，将所述处理器配置为：
识别USB元件已在端口处附接到USB集线器；
确定所述USB元件的功率操作；
根据所述USB元件的功率操作对所述USB元件进行分类；
基于对所述USB元件的所述功率操作的确定，确定在上游操作还是下游操作中操作所述端口；
基于所述USB元件的功率操作的所述确定，根据所述USB元件的所述分类来分配定义所述端口是使用上游操作还是下游操作的设置；
将所述USB元件分类为仅功率产生者；
基于所述USB元件作为仅功率产生者的所述分类，评估枚举过程是否在超时时段内启动；并且
基于所述枚举过程未在所述超时时段内启动的确定，将所述端口设置为下游端口。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括指令，所述指令用于将所述处理器配置为：
基于所述枚举过程未在所述超时时段内启动的确定，将所述USB元件分配为USB设备。
14.一种USB集线器，包括根据权利要求1-13中所述的装置中的任一者。
15.一种USB主机，包括根据权利要求1-13中所述的装置中的任一者。
16.一种操作通用串行总线(USB)集线器的方法，包括由根据权利要求1-13中所述的装置中的任一者的所述配置执行的操作。
17.一种操作通用串行总线(USB)集线器的方法，包括：
识别USB元件已在端口处附接到集线器；
确定所述USB元件的功率操作；
根据所述USB元件的功率操作对所述USB元件进行分类；
基于对所述USB元件的所述功率操作的确定，确定在上游操作还是下游操作中操作所述端口；
基于所述USB元件的功率操作的所述确定，根据所述USB元件的分类来分配定义所述端口是使用上游操作还是下游操作的设置；
将所述USB元件分类为仅功率产生者；以及
基于所述USB元件作为仅功率产生者的所述分类，设置超时时段；
评估枚举过程是否在所述超时时段期间启动以确定是将所述USB元件作为USB主机还是USB设备处理或者是将所述端口设置为上游端口还是下游端口。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将连接至所述集线器的另一端口的另一USB元件分类为仅功率消费者；
基于所述另一USB元件作为仅功率消费者的所述分类，将所述另一端口设置为下游端口，直到所述另一USB元件分离；以及
基于所述另一USB元件作为仅功率消费者的所述分类，将所述另一USB元件指定为关于所述集线器的USB设备，直到所述另一USB元件分离。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
基于所述枚举过程未在所述超时时段内启动的确定，将所述附接作为电源适配器处理。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将连接至所述集线器的另一端口的另一USB元件分类为能够产生和接收功率；
基于所述另一USB元件作为能够产生和接收功率的所述分类与所述另一USB元件协商以从所述集线器提供功率同时允许所述另一USB元件请求USB主机属性。
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