CN111316253A - 增加usb-c连接器的带宽的方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种方法，该方法允许在低带宽USB2通信量和高带宽USB3通信量之间动态地重新利用USB‑C连接器的连接器引脚。USB‑C设备可以协商使用这些引脚以动态过渡到其他一个或更多个功能。这些引脚可以是USB‑C连接的四个中心连接器引脚，即引脚A6、A7、B6、B7，其最初被指定为USB 2.0差分对。更改引脚的功能可提供使用USB‑C连接器进行通信的灵活性。例如，所公开的方法/设备/系统可以用于经由单个USB‑C连接来支持高分辨率虚拟现实头戴式耳机中的高分辨率摄像机和传感器，而无需用户连接多条电缆。

Description

增加USB-C连接器的带宽的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求由L·比索恩(Luc Bisson)等人于2017年10月18日提交的、序列号为62/574,080、标题为“增加USB-C连接器的带宽的方法(METHOD TO INCREASE THEBANDWIDTH OF A USB-C CONNECTOR)”的美国临时申请的权益，其与本申请共同转让，并且通过引用并入本文。

技术领域

本申请总地涉及USB连接器，更具体地，涉及USB-C连接器系统。

背景技术

通用串行总线(USB)是用于在主机计算设备及其外围设备之间通信和供电的行业标准。USB标准涵盖了用于通信和供电的电缆、连接器和协议。USB-C是USB标准连接器系统的一个示例，该系统具有24个引脚(pin)，其根据USB实施者论坛(USB-IF)的定义，用于通信、电源和控制。标准USB-C插座具有四个电源引脚、四个接地引脚、四个用于高速通信的屏蔽差分对(USB 3.1)、两个用于USB数据的差分对(USB-2.0)、两个边带使用(SBU)引脚和两个配置通道(CC)引脚。

发明内容

在一个方面，公开内容提供了一种USB接口。在一个实施例中，USB接口包括：(1)具有配置成用于数据通信的引脚的USB-C连接器，以及(2)配置成将USB-C连接器引脚的中心连接器引脚重新用于数据通信的引脚控制器。

在另一方面，本公开提供了一种重新利用(repurpose)USB-C连接器的引脚的方法。在一个实施例中，该方法包括：(1)经由USB-C连接器在USB计算设备和USB连接的设备之间协商信令，(2)动态确定用于重新利用USB-C连接器的中心连接器引脚的交替模式(alternate mode)，USB计算设备和USB连接的设备二者都支持该交替模式，以及(3)激活该交替模式，以在USB计算设备和USB连接的设备之间进行通信。

在另一方面，本公开提供了一种计算设备。在一个实施例中，计算设备包括：(1)处理器，和(2)通信地耦合到处理器的USB接口，其中USB接口包括USB-C连接器，该USB-C连接器具有配置为在处理器和连接的设备之间传送数据的引脚，以及引脚控制器，该引脚控制器配置成将USB-C连接器引脚的中心连接器引脚重新用于将数据传送到连接的设备。

附图说明

现在参考结合附图进行的以下描述，其中：

图1示出了采用根据本公开原理构造的USB-C连接器系统的计算机系统的实施例的图；

图2示出了根据本公开原理构造的USB接口的实施例的框图；以及

图3示出了根据本文公开的原理执行的、采用USB-C连接器的通信方法的实施例的流程图。

具体实施方式

通过USB-IF定义的USB-C连接器引脚上的通信可能会限制某些功能的USB-C连接器所期望的带宽。例如，USB-C连接器的定义不允许USB3信令和四个过道(lanes)的显示端口(DisplayPort)信令同时发生。因此，在某些应用中，例如在虚拟现实(VR)设备中使用USB-C连接器，可能会受到限制。作为响应，一些公司试图通过实现针对此类应用的两个或更多个USB-C连接器的强力策略来增加针对诸如VR之类的应用的USB-C带宽。

为了增加USB C型连接器(即USB-C连接器)的带宽以实现期望的功能，本公开提供了一种方法，该方法允许在低带宽USB2通信量(traffic)和高带宽USB3通信量之间动态地重新利用USB-C连接器的连接器引脚。因此，可以动态地重新利用最初由USB-IF指定(designated)用于低带宽USB2通信量的连接器引脚。USB-C主机和外围设备可以协商使用这些引脚，以动态过渡到另一个或更多个功能。可以经由供应商定义的消息(VDM)在USB-C连接的配置通道上对重新利用进行协商。引脚可以是USB-C连接的四个中心引脚，即引脚A6、A7、B6、B7，其最初由USB-IF指定为USB 2.0差分对。

所公开的方法/设备/系统在提供用于使用USB-C连接器进行通信的灵活性方面是有利的。例如，所公开的方法/设备/系统可以被用于启用高分辨率VR头戴式耳机，其经常被用在例如具有高功率图形处理器的VR系统中。在此类应用中，被指定用于USB2差分对的引脚动态地重新用于高速USB3通信量。USB-C连接可用于同时提供四个高速显示端口过道和一个USB3数据通道(channel)，以支持高分辨率摄像机和传感器。然后，VR头戴式耳机可以采用单个USB-C连接，以提供更高的显示分辨率，并结合用于跟踪和增强现实(AR)的高带宽摄像头。

因此，代替使用既具有HDMI和USB输入又具有从适配器(adapter)到HMD的专有电缆的专有适配器(例如，加密狗)，可以使用此处公开的单个USB-C连接。这允许在计算设备上使用单个薄型USB-C连接器，而不需要同时使用USB端口和HDMI端口。例如，通过在使用单个USB-C连接器的同时使用USB3时使显示端口带宽增加一倍，可以消除第二连接器的额外成本和其他端口所需的额外物理空间。

转到附图，图1示出了采用根据本公开的原理构造的USB-C连接器系统的计算机系统100的实施例的图。计算机系统100将USB-C连接器引脚重新映射为交替功能。计算机系统100包括USB主机110、USB外围设备130、USB-C连接器系统120、通信网络140和服务器150。

USB主机110是计算设备，该计算设备可以是通用计算设备或针对特定目的的计算设备。例如，USB主机110可以是个人计算机(PC)、膝上型计算机、智能电话、计算平板或专用游戏设备。USB主机110包括处理器112、网络接口114和USB接口116。USB主机110可以包括通常包括在计算设备中的附加组件，例如用于保留数字数据的内存或存储器和连接各种组件的总线。

处理器112被配置成接收数据、处理数据并提供适当的输出。处理器112可以是例如一个或更多个常规处理器，诸如中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)或两者的组合。网络接口114被配置成在处理器112和通信网络140之间传送(communicate)数据。网络接口114也可以是常规组件。

USB接口116通信地耦合到处理器112，并且被配置成在USB主机110和诸如USB外围设备130之类的连接的设备之间传送数据。USB接口116被配置成支持动态地重新利用USB连接器引脚。USB连接器引脚可以是USB-C连接器引脚A6、A7、B6、B7，其在本文中统称为中心连接器引脚，并且在下文中在示例中使用。中心连接器引脚最初由USB-IF指定用于低带宽USB2通信量。USB接口116是被配置成将USB-C引脚的功能改变为另一功能的USB-C接口。USB接口116包括可以是插座或插头的USB-C连接器(未示出)。USB主机110经由USB-C连接器系统120耦合到USB外围设备130。

USB-C连接器系统120包括将第一USB-C连接器124连接到第二USB-C连接器126的USB-C电缆122。第一USB-C连接器124连接到USB接口116和第二USB-C连接器126连接到USB外围设备的USB接口132。取决于USB接口116和USB接口132的相应USB连接器，第一USB-C连接器124和第二USB-C连接器126可以是插座或插头。USB-C连接器系统120的每个组件可以是标准USB-C组件。

USB外围设备130是与USB主机110交互的计算设备。USB外围设备130可以是例如头戴式显示器(HMD)、另一种类型的显示器、扩展底座或存储驱动器。USB外围设备130可以是用于VR或AR应用的HMD。因此，USB-C连接器系统120可以是单个连接器，其允许将VR HMD插入平台，该平台可以向HMD传送高保真度视频，并且允许到主机设备的上游链路从用于提供良好VR体验的摄像机、传感器、加速度计等接收数据。HMD制造商可以从以下中受益：通过无需适配器将功能绑定到单个USB-C连接中，消除插入终端时功能的不确定性，通过只需到连接的设备的单个接口(例如，主机设备)降低成本，以及改善现有系统上的数据通信能力。

USB外围设备130包括USB接口132和处理器134。USB外围设备130可以包括通常包括在计算设备中的附加组件，例如用于保留数字数据的内存或存储器以及用于连接各个组件(如上面针对USB主机110所提到的)的总线。

USB主机110经由通信网络140通信地耦合到服务器150。通信网络140和服务器150二者都可以是常规系统。服务器150可以是基于GPU的服务器。服务器150可以是游戏服务器，例如云游戏服务器。这样，计算机系统100可以是云游戏系统，并且USB外围设备130可以是具有到USB主机110的单个接口连接的HMD。

图2示出了根据本公开原理构造的USB接口200的实施例的框图。USB接口200可以是图1的USB接口116或132。USB接口200包括USB数据控制器210、引脚控制器220、交替模式多路复用器230和USB-C连接器240。

USB数据控制器210被配置成协调(coordinate)数据通信，以用于通过USB-C连接器240进行数据通信。USB数据控制器210控制经由交替模式多路复用器230从主机或外围设备到USB-C连接器240的引脚的数据传输。

引脚控制器220被配置成将USB-C连接器240的引脚重新用于数据通信。重新利用的引脚例如是最初被指定用于USB-2信令的USB-C连接器240的中心连接器引脚。在一些示例中，引脚控制器220可以将中心连接器引脚中的一到四个重新用于另一功能。在一个实施例中，引脚控制器220被配置成将中心连接器引脚重新用于USB-3信令。

引脚控制器220被配置成执行功率和交替模式协商。经由协商，引脚控制器220可以采用唯一ID来重新利用中心连接器引脚，该唯一ID指示与中心连接器引脚的最初指定功能不同的功能。引脚控制器220是USB数据控制器210的独立块。引脚控制器220可以经由多种配置来实现。引脚控制器220可以是独立设备，可以作为诸如嵌入式控制器被嵌入平台中(例如，在移动计算设备上)，或者可以被集成在与USB主机或外围设备相关联的USB控制器中。

引脚控制器220可以是USB-C接口的策略端口控制器，例如在下游面向端口(例如，在USB接口116处)和上游面向端口(例如，在USB接口132处)上的策略端口控制器。与典型的策略端口控制器相反，引脚控制器220包括重新利用中心连接器引脚的逻辑、与中心连接器引脚的重新利用相对应的至少一个唯一ID和引导交替模式多路复用器230的操作以用于中心连接器引脚的重新利用的附加控件。在一些实施例中，逻辑可以在制造期间安装或在现场更新。

交替模式多路复用器230由引脚控制器220控制，用于通过将重新利用的引脚连接到输入来重新利用中心连接器引脚。交替模式多路复用器230可以是常规的多路复用器，其可以被动态地控制以重新配置连接，以将数据从USB数据控制器210传输到USB-C连接器240的引脚。

USB-C连接器240是具有24个引脚的物理端口，其被配置用于数据通信和功率传输。在图2中，USB-C连接器240是插座。在其他实施例中，USB-C连接器240可以是插头。USB-C连接器240包括四个中心连接器引脚241、243、245和247，其经由如本文所述的引脚控制器220和交替模式多路复用器230而被重新利用。四个引脚241、243、245和247，最初由USB-IF指定为USB-2.0信令的差分对。USB-C连接器240提供到例如UCB-C连接系统的对应USB-C连接器的物理连接。

图3示出了根据本文公开的原理执行的采用USB-C连接器的通信方法300的实施例的流程图。方法300或其部分可以经由硬件、软件或其组合来实现。可以在包括USB-C连接器、USB接口、USB主机和/或USB外围设备的各种位置实现用于执行方法300或其至少一部分的逻辑。逻辑的至少一部分可以在诸如图2中的引脚控制器220的USB引脚控制器中实现。方法300开始于步骤305。

在步骤310中，在USB计算设备处接收USB-C连接器。USB-C连接器是USB-C连接器系统的一部分，该USB-C连接器系统具有USB-C电缆和USB-C电缆两端的USB-C连接器。图1中的USB-C连接器系统120是一个示例。收到USB-C连接器后，便会在USB计算设备和已连接到USB-C连接器系统的另一个USB-C连接器的USB-C连接的设备之间建立通信链接。USB计算设备可以是USB主机或USB外围设备。在一个实施例中，USB计算设备是USB主机，例如USB主机110，并且USB连接的设备是USB外围设备，例如USB外围设备130。

在步骤320中，USB计算设备和USB连接的设备经由USB-C连接器在它们之间协商信令。协商包括确定USB计算设备和USB连接的设备是否都支持将USB-C连接器的引脚重新用于不同的功能。此重新利用可以将最初指定用于低带宽USB2通信量的四个中心连接器引脚改变为另一功能。另一功能可以是用于高速USB3通信量。协商和可能的重新利用可涉及所有四个中心连接器引脚。

步骤320的协商可以经由用于USB-C连接的标准协商通信协议在配置通道引脚上来进行。当在步骤310中接收到USB-C连接器时，可以开始协商。可以首先进行USB计算设备与USB连接的设备之间的功率传输的协商，然后协商包括交替模式的特征。USB计算设备可以播发(advertised)所有支持的交替模式，并且USB连接的设备可以检查播发的交替模式，确定选择哪种模式，并以一条消息进行响应，该消息将导致选择所期望的交替模式，并且重新映射USB-C连接器引脚。

例如，在协商功率后，“发现模式命令”可以由USB-C连接的下游面向端口发送到上游面向端口。“发现模式命令”包括用于重新利用USB-C连接器的引脚的至少一种交替模式。上游面向端口以一个列表作为响应，该列表包括用于重新利用其所支持的引脚的交替模式。下游面向端口接收列表，选择用于重新利用引脚的交替模式，然后发送“输入模式命令”，这将导致USB计算设备和连接的设备二者都进入用于重新利用引脚的交替模式。

“发现模式命令”包括一个唯一ID，该唯一ID与用于重新利用引脚(例如，中心连接器引脚)的交替模式相对应。可以建立多个交替模式(每个交替模式都有唯一ID)，以重新利用引脚的功能。例如，一种交替模式将中心连接器引脚更改为USB 3信令，而另一种交替模式可以将中心连接器引脚更改为另一种功能，例如用于通用异步收发器(UART)信令。也可以使用不同的交替模式，其中将中心连接器引脚更改为相同功能，但与USB-C连接器其他引脚的不同的重新映射结合在一起。在某些示例中，与中心连接器引脚不同，这些其他引脚中的每一个最初都被识别为可以通过USB-IF重新映射为交替数据协议的引脚。识别为重新映射的其他引脚的示例包括四个外部高速过道和两个边带引脚。因此，继续上述示例，可以将四个中心连接器引脚映射到UART，并且可以将USB-C连接器的外部引脚映射到USB信令，以在同一USB-C连接上提供平台调试通道和USB功能。中心连接器引脚的重新利用可以与对其他引脚的重新映射的不同组合进行混合并匹配，其中每个不同的组合将具有唯一ID。

在步骤330中，基于协商，在USB计算设备和USB连接的设备之间将重新利用的引脚动态地用于新功能。例如，协商可以揭示USB计算设备和USB连接的设备两者都支持交替模式，该交替模式采用USB-C连接器的更多引脚用于USB3信令。在一些实施例中，所有四个中心连接器引脚被重新用于USB3信令。在一个实施例中，例如以VR头戴式耳机作为设备，在动态地将四个中心连接器引脚重新用于USB3信令时，显示接口带宽可以加倍。

方法300在步骤340中结束。经由方法300在引脚上改变的功能或信令对于USB计算设备和连接的设备是透明的。更改的功能(例如，高速USB3信令)仍按设计进行，但在USB-C连接器的不同引脚上进行。

上述系统、装置和方法或其至少一部分可以在诸如数字数据处理器或计算机之类的各种处理器中体现或由其执行，其中计算机被编程或存储软件指令序列的可执行程序以执行方法的一个或更多个步骤。此类程序的软件指令可以表示算法，并以机器可执行的形式编码在非暂时性数字数据存储介质上，例如磁盘或光盘、随机存取内存(RAM)、磁性硬盘、闪存和/或只读内存(ROM)，以使各种类型的数字数据处理器或计算机能够执行本文所述系统或装置的一种或更多种上述方法或功能的一个、多个或全部步骤。

本文公开的某些实施例可以进一步涉及具有非暂时性计算机可读介质的计算机存储产品，该非暂时性计算机可读介质上具有程序代码，用于执行体现装置、系统或执行本文所述方法的步骤的各种计算机实现的操作。本文使用的非暂时性介质是指除了暂时性传播信号以外的所有计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括但不限于：诸如硬盘、软盘和磁带之类的磁性介质；例如CD-ROM磁盘之类的光学介质；诸如软盘之类的磁光介质；以及专门配置为用于存储和执行程序代码的硬件设备，例如ROM和RAM设备。程序代码的示例包括机器代码(例如，由编译器生成的机器代码)以及包含可以由计算机使用解释器执行的更高级别代码的文件二者。

本申请涉及的本领域技术人员将理解，可以对所描述的实施例进行其他和进一步的添加、删除、替换和修改。

Claims (20)

1.一种通用串行总线(USB)接口，包括：

USB-C连接器，其具有配置为用于数据通信的引脚；以及

引脚控制器，其配置为将所述USB-C连接器的引脚中的中心连接器引脚重新用于所述数据通信。

2.根据权利要求1所述的USB接口，其中所述中心连接器引脚是最初被指定用于USB-2信令的所述USB-C连接器的引脚。

3.根据权利要求2所述的USB接口，其中所述引脚控制器配置为将所述中心连接器引脚重新用于USB-3信令。

4.根据权利要求2所述的USB接口，其中所述引脚控制器配置为重新利用四个所述中心连接器引脚。

5.根据权利要求1所述的USB接口，其中所述引脚控制器配置为采用唯一ID重新利用所述中心连接器引脚，所述唯一ID指示所述中心连接器引脚的功能不同于最初分配的功能。

6.根据权利要求1所述的USB接口，还包括：交替模式多路复用器，其中所述引脚控制器引导所述交替模式多路复用器重新利用所述中心连接器引脚。

7.根据权利要求1所述的USB接口，还包括：USB数据控制器，其配置为协调用于所述数据通信的数据的传送。

8.一种重新利用USB-C连接器的引脚的方法，包括：

经由USB-C连接器在USB计算设备和USB连接的设备之间协商信令；

动态确定用于重新利用所述USB-C连接器的中心连接器引脚的交替模式，所述USB计算设备和所述USB连接的设备二者都支持所述交替模式；以及

激活所述交替模式，以在所述USB计算设备和所述USB连接的设备之间进行通信。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述中心连接器引脚是最初指定用于USB-2信令的所述USB-C连接器的四个引脚。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述交替模式将所述四个中心连接器引脚重新用于USB-3信令。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述动态确定包括通过所述USB-C连接器的配置通道使用供应商定义的消息(VDM)。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述激活包括引导交替模式多路复用器改变所述中心连接器引脚的功能。

13.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述USB计算设备处接收所述USB-C连接器中的第一个，并且在所述USB连接的设备处接收所述USB-C连接器中的第二个。

14.一种计算设备，包括：

处理器；以及

通信地耦合到所述处理器的通用串行总线(USB)接口，所述USB接口包括：

USB-C连接器，其具有配置为在所述处理器和连接的设备之间传送数据的引脚；以及

引脚控制器，其配置为将所述USB-C连接器的引脚中的中心连接器引脚重新用于传送所述数据到所述连接的设备。

15.根据权利要求14所述的计算设备，其中所述中心连接器引脚是所述USB-C连接器的最初被指定用于USB-2信令的引脚。

16.根据权利要求15所述的计算设备，其中所述引脚控制器配置为将所述中心连接器引脚重新用于USB-3信令。

17.根据权利要求15所述的计算设备，其中所述引脚控制器配置为重新利用四个所述中心连接器引脚。

18.根据权利要求15所述的计算设备，其中所述引脚控制器配置为通过供应商定义的消息(VDM)通过采用唯一ID的所述USB-C连接器的配置通道重新利用所述中心连接器引脚，所述唯一ID指示用于所述中心连接器引脚的不同功能。

19.根据权利要求15所述的计算设备，还包括：USB数据控制器，其配置为经由所述USB-C连接器和交替模式多路复用器协调所述数据的传送，其中所述引脚控制器引导所述交替模式多路复用器重新利用所述中心连接器引脚。

20.根据权利要求15所述的计算设备，其中所述连接的设备是头戴式显示器。

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