CN110098541A - 具备接口盲插功能的USB Hub及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种具备接口盲插功能的USB Hub及实现方法，所述USB Hub包括USB Hub控制器、第一开关单元、多个第二开关单元和N个USB接口；N大于或等于2；所述USB Hub控制器、第一开关单元和多个第二开关单元，或者采用单芯片方式实现，或者采用多芯片方式实现；本发明的有益技术效果是：提出了一种具备接口盲插功能的USB Hub及实现方法，该方案可实现接口盲插，可以拓展产品的灵活性，降低产品总成本，及大力提高使用方便性，使USB Hub的应用得到拓展。

Description

具备接口盲插功能的USB Hub及实现方法
技术领域
本发明涉及一种USB Hub技术，尤其涉及一种具备接口盲插功能的USB Hub及实现方法。
背景技术
现有技术中，采用相同接口类型的USB Hub（比如全是Type-C接口），其上、下行接口的物理形态完全一致，仅凭目视无法区分上、下行接口，为了便于用户识别，有的厂商在产品表面设置了文字标识，有的厂商将产品外观设计为异形结构，还有的厂商用颜色来进行标记，但无论哪种标识方式，都会在一定程度上提高产品的生产成本，并且在实际使用中，就算设置了识别标记，仍然存在使用不便和误判的问题；再有，受限于现有技术，现有的USB Hub的上、下行接口的位置都是固定式的，即上行接口只能接主机类设备、下行接口只能接非主机类设备，上、下行接口的功能不能互换，使用方便性较差；另外，由于结构原因，现有的USB Hub只能连接一台主机类设备，不能同时连接两台或多台主机类设备，无法满足多台主机类设备共用一个USB Hub的应用需求。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种具备接口盲插功能的USB Hub，其结构包括：USB Hub控制器、第一开关单元、多个第二开关单元和N个USB接口；N大于或等于2；所述USB Hub控制器、第一开关单元和多个第二开关单元，或者采用单芯片方式实现，或者采用多芯片方式实现；
所述第一开关单元包括多个端口A和一个端口B，第一开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第一开关单元将端口B和单个端口A选通；
所述第二开关单元包括2个端口C和一个端口D，第二开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第二开关单元将端口D和单个端口C选通；
将多个端口A中的一者记为端口一，将其余端口A记为端口二；将2个端口C中的一者端口三，将2个端口C中的另一者记为端口四；将其中一个USB接口记为第一接口，将其余USB接口记为第二接口；所述第一开关单元通过端口一与第一接口连接，同时，多个端口三都与端口一连接；所述第二开关单元通过端口四与第二接口连接，多个第二开关单元与多个第二接口一一对应，同时，多个端口二与多个端口四一一对应地连接；
所述USB Hub控制器包括一个上行口和多个下行口；第一开关单元的端口B与上行口连接，第二开关单元的端口D与下行口连接，多个第二开关单元与多个下行口一一对应；
所述USB Hub控制器通过多条信号线路与多个USB接口一一对应地连接，多条信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元一一匹配。
优选地，所述USB接口的种类从如下三种方案中择一采用：
方案一：多个USB接口全部采用Type-C接口；
方案二：多个USB接口中的一部分采用Type-A接口或Type-B接口，多个USB接口中的另一部分采用Type-C接口；
方案三：多个USB接口中的一部分采用Type-A接口，多个USB接口中的另一部分采用Type-B接口，多个USB接口中的第三部分采用Type-C接口。
本发明的原理是：当有主机端通过USB接口与USB Hub控制器连接时，USB Hub控制器能通过信号线路发现主机端，并根据信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元的匹配关系识别出当前接口对应的开关单元，然后根据识别结果，USB Hub控制器对第一开关单元和第二开关单元的选通状态进行调整，将当前接口接入到上行口；采用这种方案后，无论将主机端接入哪个USB接口，主机端都能通过USB Hub控制器与非主机端设备进行数据传输，尤其是对于多个USB Type-C 接口物理外型完全相同的产品而言，不再需要为各个USBType-C 接口作特殊标记，任一USB Type-c 接口都能作为上行接口与主机端正常连接，如此，就能实现“盲插”。
优选地，所述USB Hub控制器上连接有一人机交互模块。增加了人机交互模块后，当主机端通过USB接口连接到USB Hub控制器上时，操作人员可通过操作人机交互装置选择是否需要将主机端连接至USB Hub控制器的上行口，以及当有多个主机端通过多个USBType-C 接口连接在USB Hub控制器上时，操作人员可通过操作人机交互装置选择将哪个主机端连接至USB Hub控制器的上行口；
基于前述方案，本发明还提出了一种在USB Hub上实现接口盲插功能的方法，所涉及的硬件如前所述，具体的方法包括：初始状态时，端口一和端口B处于选通状态，端口四和端口D处于选通状态，多条信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元一一匹配；
将最先与主机端连接的USB接口记为当前接口；当USB接口与主机端连接时，USB Hub控制器能通过信号线路发现主机端并识别出当前接口所对应的开关单元：如当前接口对应的是第一开关单元，USB Hub控制器直接按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输；如当前接口对应的是第二开关单元，将相应第二开关单元记为转接开关单元，第一开关单元上与转接开关单元对应的端口二记为转接口，USB Hub控制器控制转接开关单元将相应的端口三和端口D选通，同时，USB Hub控制器控制第一开关单元将转接口和端口B选通，然后，USB Hub控制器按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输。前述方法是发明人提出的一种较容易实现的控制方案，具体应用时，还可以通过其他控制策略实现。
前文涉及到的多个开关单元，既可以用相互独立的多个电子开关或选择器元件实现，也可以用单一集成的多输入输出的开关或选择器实现，还可以用其他可编程电路的形式实现。这些开关单元， 既可以以分离元件在USB Hub模组上实现，也可以集成进单一的USB Hub芯片。
本发明所适用的产品如现有的USB Type-C、USB-C Hub等。
本发明的有益技术效果是：提出了一种具备接口盲插功能的USB Hub及实现方法，该方案可实现接口盲插，可以拓展产品的灵活性，降低产品总成本，及大力提高使用方便性，使USB Hub的应用得到拓展。
附图说明
图1、现有的USB Hub应用示意图；
图2、第一开关单元原理示意图（图中用A1、A2、A3……AN和B1来区分各个端口）；
图3、第二开关单元原理示意图（图中用C1、C2、D1来区分各个端口）；
图4、本发明的原理示意图（该图是以4个USB接口为例所绘制的示意,为避免线路过于复杂，图中省略了USB Hub控制器与第一选择器、第二选择器之间的连接线路，以及省略了USB Hub控制器与USB接口之间的信号线路）；
图5、本发明的盲插应用示意图（图中对USB HUB内部的线路作了简化处理，具体请参照图4；图中的多根虚线表示主机端可以与上行口和下行口任意匹配）；
图6、多主机连接USB Type-C 或USB-C™ HUB时的原理示意图（通过USB PD芯片、MCU或开关控制等多种方式实现多主机自由切换）；
图中各个标记所对应的名称分别为：端口一1、端口二2、端口三3、端口四4、端口B5、端口D6。
具体实施方式
一种在USB Hub上实现接口盲插功能的方法，其创新在于：所涉及的硬件包括：USBHub控制器、第一开关单元、多个第二开关单元和N个USB接口；N大于或等于2；所述USB Hub控制器、第一开关单元和多个第二开关单元，或者采用单芯片方式实现，或者采用多芯片方式实现；
所述第一开关单元包括多个端口A和一个端口B，第一开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第一开关单元将端口B和单个端口A选通；
所述第二开关单元包括2个端口C和一个端口D，第二开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第二开关单元将端口D和单个端口C选通；
将多个端口A中的一者记为端口一1，将其余端口A记为端口二2；将2个端口C中的一者端口三3，将2个端口C中的另一者记为端口四4；将其中一个USB接口记为第一接口，将其余USB接口记为第二接口；所述第一开关单元通过端口一1与第一接口连接，同时，多个端口三3都与端口一1连接；所述第二开关单元通过端口四4与第二接口连接，多个第二开关单元与多个第二接口一一对应，同时，多个端口二2与多个端口四4一一对应地连接；
所述USB Hub控制器包括一个上行口和多个下行口；第一开关单元的端口B与上行口连接，第二开关单元的端口D与下行口连接，多个第二开关单元与多个下行口一一对应；
所述USB Hub控制器通过多条信号线路与多个USB接口一一对应地连接，多条信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元一一匹配；
所述方法包括：初始状态时，端口一1和端口B处于选通状态，端口四4和端口D处于选通状态；
将最先与主机端口连接的USB接口记为当前接口；当USB接口与主机端连接时，USB Hub控制器能通过信号线路发现主机端并识别出当前接口所对应的开关单元：如当前接口对应的是第一开关单元，USB Hub控制器直接按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输；如当前接口对应的是第二开关单元，将相应第二开关单元记为转接开关单元，第一开关单元上与转接开关单元对应的端口二2记为转接口，USB Hub控制器控制转接开关单元将相应的端口三3和端口D选通，同时，USB Hub控制器控制第一开关单元将转接口和端口B选通，然后，USB Hub控制器按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输。
在前述方案基础上，本发明还可作如下拓展应用：在USB Hub控制器上增加人机交互装置，将与主机端口连接的USB接口记为备选接口；当USB接口与主机端连接时，USB Hub控制器能通过信号线路（具体实施时，USB Hub控制器通过信号线路对接入设备的端口信号进行采样；基于现有技术可知，主机类设备和非主机类设备的端口信号存在差异，主机类设备上的常见端口信号如DP/DM、CC沟通信号、USB握手/沟通信号等，根据这些信号，我们就能实现主机端的发现）发现主机端并识别（根据信号线路与第一开关单元、第二开关单元的匹配关系进行识别）出备选接口所对应的开关单元，操作人员可通过操作人机交互装置选择是否需要将相应备选接口连接至USB Hub控制器的上行口，以及当有多个主机端通过多个USB接口连接在USB Hub控制器上时，操作人员可通过操作人机交互装置选择将哪个备选接口连接至USB Hub控制器的上行口；如不需将相应备选接口连接至USB Hub控制器的上行口，则USB Hub控制器不动作；如需将相应备选接口连接至USB Hub控制器的上行口，则USBHub控制器按如下方式进行操作：如相应备选接口对应的是第一开关单元，则USB Hub控制器控制第一开关单元将端口一1和端口B选通，同时，USB Hub控制器控制第二开关单元将端口四4和端口D选通，然后USB Hub控制器按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输；如相应备选接口对应的是第二开关单元，将相应第二开关单元记为转接开关单元，第一开关单元上与转接开关单元对应的端口二2记为转接口，USB Hub控制器控制转接开关单元将相应的端口三3和端口D选通，同时，USB Hub控制器控制第一开关单元将转接口和端口B选通，然后，USB Hub控制器按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输。
一种具备接口盲插功能的USB Hub，其创新在于：所述USB Hub包括USB Hub控制器、第一开关单元、多个第二开关单元和N个USB接口；N大于或等于2；所述USB Hub控制器、第一开关单元和多个第二开关单元，或者采用单芯片方式实现，或者采用多芯片方式实现；
所述第一开关单元包括多个端口A和一个端口B，第一开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第一开关单元将端口B和单个端口A选通；
所述第二开关单元包括2个端口C和一个端口D，第二开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第二开关单元将端口D和单个端口C选通；
将多个端口A中的一者记为端口一1，将其余端口A记为端口二2；将2个端口C中的一者端口三3，将2个端口C中的另一者记为端口四4；将其中一个USB接口记为第一接口，将其余USB接口记为第二接口；所述第一开关单元通过端口一1与第一接口连接，同时，多个端口三3都与端口一1连接；所述第二开关单元通过端口四4与第二接口连接，多个第二开关单元与多个第二接口一一对应，同时，多个端口二2与多个端口四4一一对应地连接；
所述USB Hub控制器包括一个上行口和多个下行口；第一开关单元的选定端口与上行口连接，第二开关单元的选定端口与下行口连接，多个第二开关单元与多个下行口一一对应；
所述USB Hub控制器通过多条信号线路与多个USB接口一一对应地连接，多条信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元一一匹配。
进一步地，所述USB接口的种类从如下三种方案中择一采用：
方案一：多个USB接口全部采用Type-C接口；
方案二：多个USB接口中的一部分采用Type-A接口或Type-B接口，多个USB接口中的另一部分采用Type-C接口；
方案三：多个USB接口中的一部分采用Type-A接口，多个USB接口中的另一部分采用Type-B接口，多个USB接口中的第三部分采用Type-C接口。
在具体应用时，可以将本发明方案单独制作为一种具备盲插功能的集线器产品；另外，还可以依据现有的控制手段，在本发明方案基础上附加手动开关单元或人机交互装置，使我们可以对第一开关单元和第二开关单元的动作进行主动控制，从而得到一种具备主机切换功能的集线器产品，当有多个主机端同时连接在USB Hub控制器上时，通过操作手动开关单元或人机交互装置，就能实现多个主机端的切换，避免频繁插拔问题；此外，本发明还可以作为一种组件，集成在台式电脑、手提电脑、手机或显示器等设备上，使这些设备上的相应接口也具备盲插功能，尤其是可以将本发明与现有的USB PD技术结合，形成一种充电Hub产品（通过CC沟通实现主机端发现和开关单元识别）。
前文涉及到了Type-C接口，发明人还想强调的是，本发明未对USB Type-C 或USB-C接口的物理结构和电气性能作任何改变，本发明所述的USB-C接口与现有的USB-C接口完全相同，其既能传输数据、视频音频信号，又能传输电能。
具体实施时，USB Hub控制器和开关单元既可集成在单块芯片上，也可通过在现有的USB HUB芯片(用于实现本发明的USB Hub控制器)上新增外部开关单元器件（用于实现本发明的开关单元）实现。
在具体实施时，本领域技术人员还可参考如下四种具体控制方式来实施本发明：
1、HUB Auto Detect：当USB接口与主机端连接时，USB Hub控制器能通过DP/DM或是端口数据信号发现主机端并识别出当前接口，如当前接口对应是第一开关单元，USB Hub直接按照USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输；如当前接口对应是第二开关单元，将相应第二开关单元记为转接开关单元，将第二接口转换到上行口，同时第一开关单元将第一接口转换到下行口，实现数据的切换；
2、PD控制方式：USB Hub可外接USB PD协议芯片实现盲插，具体控制方式：USB接口与主机端连接时，USB PD协议芯片与主机端进行CC协议沟通并智能识别Hub当前接口，然后USBPD协议芯片透过通讯信号去控制USB Hub控制器，将当前接口对应开关单元切换到上行口，完成数据的切换。
3、MCU控制方式： USB Hub外接MCU的方式实现盲插，具体控制方式：USB接口与主机端连接时，MCU可通过端口数据信号/ID/电源/GND等多种方式去智能识别到当前端口，然后MCU透过通讯信号去控制当前接口对应的开关单元切换到对应的上行口与下行口，完成切换。
4、人机交互装置控制：USB Hub外接手动开关控制/人机界面/语音等多种方式去实现多主机切换，具体控制方式：当多主机与 USB Hub的USB接口连接时，人机交互装置连接到USB Hub开关单元控制脚，操作人员通过动作人机交互的方式去切换各接口对应开关单元到上行口，实现多主机自由切换。

Claims (4)

1.一种在USB Hub上实现接口盲插功能的方法，其特征在于：所涉及的硬件包括：USBHub控制器、第一开关单元、多个第二开关单元和N个USB接口；N大于或等于2；所述USB Hub控制器、第一开关单元和多个第二开关单元，或者采用单芯片方式实现，或者采用多芯片方式实现；
所述第一开关单元包括多个端口A和一个端口B，第一开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第一开关单元将端口B和单个端口A选通；
所述第二开关单元包括2个端口C和一个端口D，第二开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第二开关单元将端口D和单个端口C选通；
将多个端口A中的一者记为端口一（1），将其余端口A记为端口二（2）；将2个端口C中的一者端口三（3），将2个端口C中的另一者记为端口四（4）；将其中一个USB接口记为第一接口，将其余USB接口记为第二接口；所述第一开关单元通过端口一（1）与第一接口连接，同时，多个端口三（3）都与端口一（1）连接；所述第二开关单元通过端口四（4）与第二接口连接，多个第二开关单元与多个第二接口一一对应，同时，多个端口二（2）与多个端口四（4）一一对应地连接；
所述USB Hub控制器包括一个上行口和多个下行口；第一开关单元的端口B与上行口连接，第二开关单元的端口D与下行口连接，多个第二开关单元与多个下行口一一对应；
所述USB Hub控制器通过多条信号线路与多个USB接口一一对应地连接，多条信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元一一匹配；
所述方法包括：
初始状态时，端口一（1）和端口B处于选通状态，端口四（4）和端口D处于选通状态；
将最先与主机端口连接的USB接口记为当前接口；当USB接口与主机端连接时，USB Hub控制器能通过信号线路发现主机端并识别出当前接口所对应的开关单元：如当前接口对应的是第一开关单元，USB Hub控制器直接按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输；如当前接口对应的是第二开关单元，将相应第二开关单元记为转接开关单元，第一开关单元上与转接开关单元对应的端口二（2）记为转接口，USB Hub控制器控制转接开关单元将相应的端口三（3）和端口D选通，同时，USB Hub控制器控制第一开关单元将转接口和端口B选通，然后，USB Hub控制器按USB通信协议控制上行口和下行口进行数据传输。
2.一种具备接口盲插功能的USB Hub，其特征在于：所述USB Hub包括USB Hub控制器、第一开关单元、多个第二开关单元和N个USB接口；N大于或等于2；所述USB Hub控制器、第一开关单元和多个第二开关单元，或者采用单芯片方式实现，或者采用多芯片方式实现；
所述第一开关单元包括多个端口A和一个端口B，第一开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第一开关单元将端口B和单个端口A选通；
所述第二开关单元包括2个端口C和一个端口D，第二开关单元的控制部与USB Hub控制器连接，USB Hub控制器能控制第二开关单元将端口D和单个端口C选通；
将多个端口A中的一者记为端口一（1），将其余端口A记为端口二（2）；将2个端口C中的一者端口三（3），将2个端口C中的另一者记为端口四（4）；将其中一个USB接口记为第一接口，将其余USB接口记为第二接口；所述第一开关单元通过端口一（1）与第一接口连接，同时，多个端口三（3）都与端口一（1）连接；所述第二开关单元通过端口四（4）与第二接口连接，多个第二开关单元与多个第二接口一一对应，同时，多个端口二（2）与多个端口四（4）一一对应地连接；
所述USB Hub控制器包括一个上行口和多个下行口；第一开关单元的选定端口与上行口连接，第二开关单元的选定端口与下行口连接，多个第二开关单元与多个下行口一一对应；
所述USB Hub控制器通过多条信号线路与多个USB接口一一对应地连接，多条信号线路与第一开关单元和多个第二开关单元一一匹配。
3.根据权利要求2所述的具备接口盲插功能的USB Hub，其特征在于：所述USB接口的种类从如下三种方案中择一采用：
方案一：多个USB接口全部采用Type-C接口；
方案二：多个USB接口中的一部分采用Type-A接口或Type-B接口，多个USB接口中的另一部分采用Type-C接口；
方案三：多个USB接口中的一部分采用Type-A接口，多个USB接口中的另一部分采用Type-B接口，多个USB接口中的第三部分采用Type-C接口。
4.根据权利要求2或3所述的具备接口盲插功能的USB Hub，其特征在于：所述USB Hub控制器上连接有一人机交互模块。
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