CN112041827A - 自动usb主机检测和端口配置 - Google Patents

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Abstract

一种通用串行总线(USB)集线器，其包括用于USB端口和控制电路的D‑连接和D+连接的检测电路。该控制电路被配置为在检测电路处禁用相应的阻抗。在禁用该相应的阻抗之后，该USB集线器被进一步配置为在该检测电路处检测来自D+连接和D‑连接的相应值。该USB集线器被进一步配置为基于该相应值在设备端口配置和主机端口配置之间切换该USB端口。

Description

自动USB主机检测和端口配置
优先权
本申请要求2018年4月26日提交的美国临时申请第62/662,902号的优先权，该申请的内容据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及通用串行总线(USB)技术，尤其涉及自动USB主机检测和端口配置。
背景技术
通用串行总线(USB)1.0规范最初是在20世纪90年代开发的，以提供总线和接口使计算机和外围设备(例如键盘、打印机、光标定位设备、外部驱动器等)之间的通信标准化。从那时起，USB已经发展到2.0版本和3.0版本，并且在计算机以及便携式设备(例如智能电话、平板电脑和MP3播放器)中变得无处不在。
在USB通信中，一个设备充当主机，而另一个设备充当设备。该主机为总线供电，发出命令，并且通常保持对连接的控制。该设备不会发起任何活动来控制所述总线。例如，个人计算机充当USB“拇指”驱动器设备的主机。
On-the-Go(OTG)规范允许单个主机和单个设备交换角色。例如，一些平板电脑可用作设备角色，并且在耦接至个人计算机主机时充当大容量存储设备，但在耦接至诸如键盘的外围设备时可用作主机。
USB集线器将单个USB端口扩展成数个USB端口，这样就能够连接更多的设备。例如，个人计算机或汽车娱乐系统可包括多个外部USB端口，但具有内部集线器，而不是每个端口都有专用的USB控制器。然而，可以理解的是，在采用具有On-the-Go设备的USB集线器时会出现困难。
由本申请的受让人创造的FLEXCONECT技术(用于USB 2.0和USB3.0)在行业中是独特的，因为它们能够将上游(主机)侧端口与下游(设备)侧端口中的一者交换。实际上，双重角色(主机/设备)可以从下游端口接管集线器。关于此类启用FLEXCONNECT的集线器的详情，可参见美国专利第7,480,753号，该专利据此全文以引用方式并入，如同在本文完整示出一样。
发明内容
本公开的实施方案包括装置。所述装置可包括用于USB端口的D+连接的第一检测电路和用于该USB端口的D-连接的第二检测电路。所述装置可包括控制电路。所述控制电路可被配置为在所述第一检测电路和所述第二检测电路处禁用相应的阻抗。所述控制电路可被进一步配置为在禁用所述相应的阻抗之后，在所述第一检测电路和所述第二检测电路处检测来自所述D+连接和所述D-连接的相应值。所述控制电路可被进一步配置为基于所述相应值在设备端口配置和主机端口配置之间切换所述USB端口。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在所述设备端口配置和所述主机端口配置之间切换所述USB端口，而无需来自连接至所述USB集线器的主机的命令。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被进一步配置为基于禁用所述相应的阻抗所产生的相应值来将所述USB端口从所述设备端口配置切换至所述主机端口配置。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被进一步配置为在所述第一检测电路和所述第二检测电路处启用相应的电流源。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被进一步配置为在启用所述相应的电流源并禁用所述相应的阻抗之后，检测所述相应值。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为基于所述相应值中的每个值中的零值来确定USB主机已连接至所述USB端口。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在主机检查模式下禁用所述相应的阻抗。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在主机检查模式下启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在主机检查模式下，在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在设备检查模式下禁用所述相应的阻抗。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在设备检查模式下启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在设备检查模式下，在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为在所述设备检查模式的示例中识别所述相应值为零。结合任一个上述实施方案，所述控制电路可被配置为基于在所述设备检查模式的示例中所述相应值为零的识别，进入所述主机检查模式。
本公开的实施方案可包括电子设备、微控制器、系统、USB集线器、USB桥接器或开关，包括上述实施方案的任何装置。本公开的实施方案可包括处理器和具有指令的非暂态存储器，所述指令在由该处理器读取和执行时使得所述处理器实现所述控制电路的任一个上述实施方案。本公开的实施方案可包括制品，所述制品包括非暂态介质，所述非暂态介质包括任一个上述实施方案中的指令。本公开的实施方案可包括由装置、电子设备、微控制器、处理器、加载在处理器上的指令、USB集线器、系统、USB桥接器或开关的任一个上述实施方案所执行的方法。
附图说明
图1是根据本公开的实施方案的用于检测主机的示例性电路的图示。
图2是根据本公开的实施方案的操作微控制器、处理器或其上的固件以结合该电路进行下游主机自动检测的示例性流程图。
图3是根据本公开的实施方案的用于端口的测试电路的图示，包括D+线路和D-线路。
图4示出了根据本公开的实施方案的附接全速或高速设备、禁用该电流源且启用Rpd时该D+线路可为1且该D-线路可为0的设备检查模式。
图5示出了根据本公开的实施方案的附接低速设备、禁用该电流源且启用该Rpd时该D+线路可为0且该D-线路可为1的设备检查模式。
图6示出了根据本公开的实施方案的附接主机、禁用该电流源且启用该Rpd时该D+线路和D-线路可为0的设备检查模式。
图7示出了根据本公开的实施方案的未附接任何设备、启用该电流源且禁用该Rpd时该D+线路和D-线路可为1的主机检查模式。
图8示出了根据本公开的实施方案的附接全速或高速设备、启用该电流源且禁用该Rpd时该D+线路和D-线路可为1的主机检查模式。
图9示出了根据本公开的实施方案的附接低速设备、启用该电流源且禁用该Rpd时该D+线路和D-线路可为1的主机检查模式。
图10示出了根据本公开的实施方案的附接主机、启用该电流源且禁用该Rpd时该D+线路和D-线路可为0的主机检查模式。
图11示出了根据本公开的实施方案的模式和结果的汇总表。
图12是根据本公开的实施方案的包括用于检测下游主机是否已连接至可以被配置为主机端口或设备端口的端口的电路的示例性系统的图示。
具体实施方式
图1是根据本公开的实施方案的用于检测主机的示例性电路的图示。该电路可位于例如USB集线器中。该USB集线器继而可嵌入或实现于任何其他合适的设备或机构中。对于给定的USB端口，可存在电路100的两个示例。给定的USB集线器可包括多个USB端口。对于该USB端口的D+连接或信号，可存在该电路的一个示例。对于该USB端口的D-连接或信号，可存在该电路的另一个示例。对于USB集线器中的每个端口，可存在成对的电路。
该电路可包括与该USB端口的D+或D-信号104的连接102。在图1中，示出了分割线106，该分割线示出了在该集线器内部的电路的部分与在该集线器外部的连接之间的逻辑划分。
在该集线器外部，可以根本没有连接USB元件、USB主机或USB设备。如果连接了USB主机，则该USB主机内可存在连接至该D+或D-连接的Rpd 108。该Rpd可具有13kΩ的值。如果连接了USB设备或根本没有连接USB元件，则该Rpd可能不存在于与D+或D-的连接中。
在该集线器内部，该集线器可包括Rpd 100。该Rpd可具有13kΩ的值。该Rpd可连接至该D+或D-连接或信号。该Rpd可在另一侧接地。在一个实施方案中，开关112可连接在该Rpd与该D+或D-连接之间。该D+或D-连接或信号可连接至单端接收器118。单端接收器118可实现为输出缓冲器。在一个实施方案中，电流源116可与Rpd 112的支路并联连接。该电流源可为例如10微安。在另一个实施方案中，开关114可连接在该D+或D-连接与包括该电流源的支路上的地之间。在另一个实施方案中，可使用具有接通或断开能力的可编程或可控电流源。在此类实施方案中，该电流源的可编程或可控方面可由图1中的开关表示。
在一个实施方案中，两条支路的开关(Rpd隔离开关和电流源开关)可彼此相反地操作。当连接了Rpd时，可断开该电流源。当未连接该Rpd时，可接通该电流源。根据USB标准，该Rpd必须始终被连接且该支路中没有开关可用，更不用说用于将该Rpd与该D-或D+连接断开连接。该Rpd的用途是提供进行电压测量以识别与该D-或D+连接上的外部元件断开连接的能力。
该开关可被配置为周期性地启用该电流源并禁用该Rpd。例如，可以每100毫秒执行一次。通过启用该电流源并禁用该Rpd，可使该电路在下游执行主机连接检测。通过禁用该电流源并启用该Rpd，可使该电路执行USB断开检测。如果检测到下游主机，则该集线器可将该端口重新配置为USB主机端口。可利用FLEXCONNECT执行重新配置。例如，可由处理器或微控制器来控制该开关。该处理器或微控制器可在该集线器的内部或外部。该处理器或微控制器还可读取该电路的值，从而控制USB集线器端口操作。
因此，使用该电路的系统可自动检测USB端口上的下游主机连接。此外，该系统可将该端口从下游端口或设备端口切换至主机端口。该检测和切换可在该下游主机没有发出命令或请求的情况下进行。可基于该电路的测量来进行该检测和切换。因此，该集线器能够在包括该电路的任何端口上接受主机，并且能够在设备端口和主机端口之间切换。该主机不需要知道关于该USB集线器的任何信息。
在其他解决方案中，仅USB集线器的上游端口能够容纳主机。只有设备能够连接至集线器的下游端口。该微芯片集线器功能“FlexConnect”交换两个端口的上游和下游角色，但必须利用外部刺激来启动该功能，下游端口才能变成上游端口。该外部刺激包括主机，该主机知道该集线器可以切换，从而向该集线器发出命令。因此，用户受限于哪个端口可以连接至该主机；只有该上游端口或先前交换了角色的下游端口可以成功地连接至主机。另一方面，本公开的实施方案可以通过简单地将该主机连接至任何端口来进行任何下游端口到上游端口的角色交换。一种实际应用是USB中继器，其可在该主机不知晓或无任何动作的情况下实现OTG式的角色交换。
因此，本公开的实施方案为在其他方面需要重新配置的USB集线器提供了明显更大的灵活性和易用性。通常，在没有外部干预的情况下，将主机连接至下游端口会失败。因此，本公开的实施方案使得连接错误无关紧要。此外，本公开的实施方案允许有当前不存在的方向未知的USB连接产品。
本公开的实施方案可快速且重复地接合和脱离该RPD电阻器和电流源，以检测连接至端口的USB主机或设备的存在。该过程足够简洁，因此对用户来说是清晰明了的。该过程还检测该端口是否未连接任何设备。本公开的实施方案还将该集线器重新配置为对应于测试的发现结果，无论结果是主机、设备还是没有任何设备。
如果没有附接设备，则当将该10uA电流源输入至D-并禁用Rpd时，检查D-的线路状态。如果D-为0，则存在主机。如果D-为1，则不存在主机。因此，一旦已经进行了设备检测测试，就可以应用该测试。
图2示出了根据本公开的实施方案的操作其上的微控制器、处理器或固件以结合该电路进行下游主机自动检测的示例性流程图200。流程图200可实现给定USB端口的USB集线器的操作。流程图200可表示状态机。
在步骤202中，可初始化USB集线器的固件。在步骤204中，可进入断开状态，其中没有元件被认为是连接的。即使连接了元件，也可以在该步骤中忽略。
在步骤206中，可禁用有问题的端口。在步骤208和步骤210中，可以启动和执行称为“VBUS OFF”的测试，其中针对该端口中的每个测试电路，禁用该电流源和Rpd。在步骤212和步骤214中，可以启动并执行称为“VBUS ON”的测试，其中该电流源被激活，并且该Rpd被禁用。在步骤216中，可以评估步骤208至步骤214的测试结果。关于具体测试、输出值和相关设备的详情，参见图3至图11。在步骤216中，如果检测到主机，则可以在步骤218中将该端口设置到主机端口。在步骤216中，如果检测到设备，则在步骤220中，可以将该端口设置到设备端口。在步骤216中，如果没有检测到任何设备，则可以重新进入步骤204中的断开状态。
在步骤222中，如果检测到设备或主机，则可启用该端口。在步骤224中，可以附接该端口。该端口可处于可用状态。
在步骤226中，可以检测连接。断开连接时，可在步骤204中重新进入断开状态。如果连接仍然存在，则可以重复步骤226的状态。
图3是根据本公开的实施方案的用于端口的测试电路300的图示，包括D+线路302和D-线路304。测试电路300可包括用于D+线路302和D-线路304中的每一条线路的电路100的实施方式。例如，测试电路300可包括用于D+线路302的电路100A和用于D-线路304的电路100B。D+线路302和D-线路304的组合可以形成单个USB端口306的一部分。
图3至图10可以示出当设备检查模式和主机检查模式与各种连接的USB元件一起使用(或者未与任何USB元件一起使用)时测试电路300的操作和模式。在图3至图10中的每个附图中，可以示出该输入缓冲器或单端接收器118的输出。该输出可用于确定给定USB元件是否附接至信号线。
在图3中，可能没有设备附接至D+线路302和D-线路304。设备检查模式可用于确定设备是连接至该USB集线器还是该端口。主机检查模式可用于确定主机是连接至该USB集线器还是该端口。这些检查模式可以是互斥的。这些检查模式可以周期性地交替进行。设备检查模式可包括通过例如相应的开关启用相应测试电路的Rpd。在设备检查模式中，可以禁用相应测试电路的电流源。主机检查模式可以包括通过例如相应的开关禁用相应测试电路的Rpd。在该主机检查模式中，可以启用相应测试电路的电流源。
在设备检查模式中，当没有任何设备附接至该端口、禁用该电流源且启用该Rpd时，该D+线路和该D-线路可为零。即，用于电路100中的测试电路100的相应输入缓冲器各自可产生零。
如图4所示，在该设备检查模式中，当附接全速或高速设备402、禁用该电流源且启用该Rpd时，该D+线路可为1，并且该D-线路可为0。
如图5所示，在该设备检查模式中，当附接低速设备502、禁用该电流源且启用该Rpd时，该D+线路可为0，并且该D-线路可为1。
如图6所示，在该设备检查模式中，当附接主机602、禁用该电流源且启用该Rpd时，该D+线路和该D-线路可为零。
如图7所示，在该主机检查模式中，当没有附接任何设备、启用该电流源且禁用该Rpd时，该D+线路和该D-线路可为1。
如图8所示，在主机检查模式下，当附接全速或高速设备802、启用该电流源且禁用该Rpd时，该D+线路和该D-线路可为1。
如图9所示，在该主机检查模式下，当附接低速设备902、启用该电流源且禁用该Rpd时，该D+线路和该D-线路可为1。
如图10所示，在该主机检查模式下，当附接主机1002、启用该电流源且禁用该Rpd时，该D+线路和该D-线路可为零。
图11示出了根据本公开的实施方案的模式和结果的汇总表1102。
监测该电路的微控制器或处理器可周期性地或在确定该设备检查模式针对D+连接和D-连接返回值0时采用主机检查模式。类似地，当主机检查模式针对D+连接和D-连接返回值1时，可以采用设备检查模式。
图12是根据本公开的实施方案的包括用于检测下游主机是否已连接至可以被配置为主机端口或设备端口的端口1206的电路的示例性系统1200的图示。此类双向端口1206可以以其他方式符合USB 2.0规范，但可被称为AutoFlex端口或默认设备端口。其他端口可包括例如以其他方式符合USB 2.0规范的端口1202，该端口可以默认为主机端口或连接到作为主机的元件。此类元件可包括例如汽车音响主机。系统1200可包括集线器功能控制器(HFC)1210，该集线器功能控制器包括处理器或微控制器。HFC1210可以执行外部功能，例如与较大系统中的其他元件通信。该通信可包括USB至I2C总线的转换、通用输入/输出端口、对存储器的访问或者诸如SPI或SPI闪存之类的总线或传送链路状态的总线。该通信可包括前往或来自端口1202、1206的数据。测试电路的部件(例如电路100)可在系统1200的任何合适部分(例如集线器1208或端口1206)中实现。此外，用于控制电路100的开关的逻辑以及用于评估应用电路100的结果的逻辑可包括在集线器1208中。该逻辑可在例如HFC 1210中实施。
HFC 1210可以检测主机与默认设备端口1206的连接。该检测可以通过图1至图11的以上电路和分析进行。HFC 1210可以基于主机检查模式或设备检查模式的测试自动启动默认设备端口1206到主机端口的切换，反之亦然。系统1200的用户可能不必实施要求向HFC1210发出USB命令以启动该端口从设备端口到主机端口的交换的USB主机。HFC 1210可被配置为在不从附接至端口1202、1206的元件接收命令的情况下进行设备检查和主机检查并执行交换。针对其他解决方案实现的这些命令可包括SETUP包的供应商指定的扩展，该扩展是由USB 2.0通信规范定义的结构，其可被称为FlexConnect SETUP命令。

Claims (21)

1.一种通用串行总线(USB)集线器，包括：
第一检测电路，所述第一检测电路用于USB端口的D+连接；
第二检测电路，所述第二检测电路用于所述USB端口的D-连接；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
在所述第一检测电路和所述第二检测电路处禁用相应的阻抗；
在禁用所述相应的阻抗之后，在所述第一检测电路和所述第二检测电路处检测来自所述D+连接和所述D-连接的相应值；以及
基于所述相应值在设备端口配置和主机端口配置之间切换所述USB端口。
2.根据权利要求1所述的USB集线器，其中所述控制电路被配置为在所述设备端口配置和所述主机端口配置之间切换所述USB端口，而无需来自连接至所述USB集线器的主机的命令。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的USB集线器，其中所述控制电路被进一步配置为基于禁用所述相应的阻抗所产生的相应值来将所述USB端口从所述设备端口配置切换至所述主机端口配置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的USB集线器，其中所述控制电路被进一步配置为在所述第一检测电路和所述第二检测电路处启用相应的电流源。
5.根据权利要求4所述的USB集线器，其中所述控制电路可被进一步配置为在启用所述相应的电流源并禁用所述相应的阻抗之后，检测所述相应值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的USB集线器，其中所述控制电路可被配置为基于所述相应值中的每个值中的零值来确定USB主机已连接至所述USB端口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的USB集线器，其中所述控制电路被配置为：
在主机检查模式下：
禁用所述相应的阻抗；
启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源；以及
在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值；以及
在设备检查模式下：
禁用所述相应的阻抗；
启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源；以及
在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值；
在所述设备检查模式的示例中识别所述相应值为零；以及
基于在所述设备检查模式的示例中所述相应值为零的所述识别，进入所述主机检查模式。
8.一种操作通用串行总线(USB)集线器的方法，包括：
操作第一检测电路以检测USB端口的D+连接；
操作第二检测电路以检测所述USB端口的D-连接；以及
通过控制电路：
在所述第一检测电路和所述第二检测电路处禁用相应的阻抗；
在禁用所述相应的阻抗之后，在所述第一检测电路和所述第二检测电路处检测来自所述D+连接和所述D-连接的相应值；以及
基于所述相应值在设备端口配置和主机端口配置之间切换所述USB端口。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述设备端口配置和所述主机端口配置之间切换所述USB端口，而无需来自连接至所述USB集线器的主机的命令。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，进一步包括基于禁用所述相应的阻抗所产生的相应值来将所述USB端口从所述设备端口配置切换至所述主机端口配置。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，进一步包括在所述第一检测电路和所述第二检测电路处启用相应的电流源。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在启用所述相应的电流源并禁用所述相应的阻抗之后，检测所述相应值。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，进一步包括基于所述相应值中的每个值中的零值来确定USB主机已连接至所述USB端口。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，进一步包括：
在主机检查模式下：
禁用所述相应的阻抗；
启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源；以及
在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值；以及
在设备检查模式下：
禁用所述相应的阻抗；
启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源；以及
在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值；
在所述设备检查模式的示例中识别所述相应值为零；以及
基于在所述设备检查模式的示例中所述相应值为零的所述识别，进入所述主机检查模式。
15.一种制品，包括非暂态存储器，所述非暂态存储器包括指令，所述指令在由处理器加载和执行时，将所述处理器配置为：
操作第一检测电路以检测USB端口的D+连接；
操作第二检测电路以检测所述USB端口的D-连接；以及
通过控制电路：
在所述第一检测电路和所述第二检测电路处禁用相应的阻抗；
在禁用所述相应的阻抗之后，在所述第一检测电路和所述第二检测电路处检测来自所述D+连接和所述D-连接的相应值；以及
基于所述相应值在设备端口配置和主机端口配置之间切换所述USB端口。
16.根据权利要求15所述的制品，进一步包括指令以使所述处理器在所述设备端口配置和所述主机端口配置之间切换所述USB端口，而无需来自连接至所述USB集线器的主机的命令。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的制品，进一步包括指令以使所述处理器基于禁用所述相应的阻抗所产生的相应值来将所述USB端口从所述设备端口配置切换至所述主机端口配置。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的制品，进一步包括指令以使所述处理器在所述第一检测电路和所述第二检测电路处启用相应的电流源。
19.根据权利要求18所述的制品，进一步包括指令以使所述处理器在启用所述相应的电流源并禁用所述相应的阻抗之后，检测所述相应值。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的制品，进一步包括指令以使所述处理器基于所述相应值中的每个值中的零值来确定USB主机已连接至所述USB端口。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的制品，进一步包括指令以使所述处理器：
在主机检查模式下：
禁用所述相应的阻抗；
启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源；以及
在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值；以及
在设备检查模式下：
禁用所述相应的阻抗；
启用所述第一检测电路和所述第二检测电路中的相应电流源；以及
在禁用所述相应的阻抗并启用所述相应的电流源之后，检测所述相应值；
在所述设备检查模式的示例中识别所述相应值为零；以及
基于在所述设备检查模式的示例中所述相应值为零的所述识别，进入所述主机检查模式。
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