CN112579497A - 一种兼容双操作系统的通用串行总线接口电路和方法 - Google Patents

一种兼容双操作系统的通用串行总线接口电路和方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种兼容双操作系统的通用串行总线USB接口电路，所述接口电路在切换控制信号的控制下，当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路。使得第一USB版本链路跟随系统切换，第二版本链路工作于所支持的操作系统下，从而实现了在双操作系统下能够兼容不同操作系统所支持的不同版本的USB接口。

Description

一种兼容双操作系统的通用串行总线接口电路和方法
技术领域
本发明涉及计算机通用串行总线(USB)接口领域，特别地，涉及一种兼容双操作系统的USB接口方法和电路。
背景技术
USB是一种应用在计算机领域的接口技术。其具有传输速度快，支持热插拔以及连接多个设备的特点。目前已经在各类外部设备中广泛的被采用。USB接口按照传输速率的不同，一般包括有五种：USB1.1，USB2.0，USB3.0和USB3.1(3.1Gen 1和3.1Gen 2)，且可以向下兼容。其中，USB2.0最大传输带宽为480Mbps，通常称为全速USB；USB3.0、USB3.1最大传输带宽高达5.0Gbps，通常称为超高速USB。
USB的正常工作传输依赖于操作系统的支持，例如，目前，安卓系统下只支持全速USB，目前尚不能支持超高速USB，XP系统既可支持USB2.0也可USB3.0。这使得双操作系统下同一类型的USB接口的不同版本的兼容成为了亟待解决的问题。
例如，在智能交互一体机中，主机中通常包括有支持安卓系统的主板和支持XP系统的主板，由于安卓系统主板仅支持USB2.0而没有USB3.0接口，这使得安卓系统下将无法使用支持USB3.0的外设，从而工作在XP系统下的支持USB3.0的外设无法在安卓系统下正常工作。
发明内容
本申请提供了一种兼容双操作系统的USB接口电路，以实现双操作系统下不同USB版本接口的兼容。
本申请提供的一种兼容双操作系统的通用串行总线USB接口电路是这样实现的：
所述接口电路在切换控制信号的控制下，
当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，和/或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；
当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路。
其中，所述接口电路包括，
兼容第一USB版本和第二USB版本的第一适配器，支持第一USB版本的第二适配器，以及切换电路，
其中，
第一适配器的下行端口用于外设的连接，第一适配器的第一上行端口与第二适配器的第一下行端口连接，第一适配器的第二上行端口作为所述第二端口连接至所述第一操作系统主板中的第二USB版本链路；
第二适配器的上行端口连接至所述切换电路，
所述切换电路的一路输出端口作为所述第三端口，连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路；所述切换电路的另一路输出端口作为所述第二端口，连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路。
较佳地，所述接口电路还受使能信号的控制，当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，
将所述第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路禁用；
所述使能信号与所述切换控制信号联动。
其中，所述第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路上，还包括连接于所述第二端口和第一操作系统主板中第二USB版本链路之间的用于驱动第二USB版本的驱动电路，所述使能信号输入至该驱动电路的使能端。
所述第一适配器为第一集线器，所述第二适配器为第二集线器，所述第二集线器的下行端口还作为扩展端口与第二操作系统主板中的第一USB版本的第二链路相连接。
所述使能信号和切换控制信号来自于用于控制操作系统切换的主控电路；
所述驱动电路位于连接于用户接口板的操作系统主板上。
所述第一操作系统为窗口Windows系统，所述第二操作系统为安卓系统，所述第一USB版本为全速USB，所述第二USB版本为超高速USB。
本申请还提供一种具有双操作系统的电子设备，包括用于连接外设的USB接口、以及用于进行双操作系统切换的切换控制器，所述电子设备还包括，
兼容所述双操作系统的USB接口电路，该接口电路包括，
所述接口电路在切换控制信号的控制下，
当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，和/或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；
当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本链路。
其中，所述电子设备为智能交互一体机，所述切换控制器向所述接口电路输出切换控制信号，并与所述第一操作系统主板、第二操作系统主板分别连接，所述切换控制器的输出端与输出设备连接。
本申请还提供一种兼容双操作系统的通用串行总线USB接口的实现方法，该方法包括，
当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，触发接口电路将所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，和/或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；
当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，触发接口电路将所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路。
本申请提供的兼容双操作系统的USB接口电路，使得第一USB版本链路(全速链路)跟随系统切换，第二版本链路(超高速链路)工作于所支持的操作系统下，从而实现了在双操作系统下能够兼容不同操作系统所支持的不同版本的USB接口；通过对第二USB版本链路的优化，在整机链路中，使超高速链路信号质量得到最优，满足各种超高速链路接口需求。
附图说明
图1为本申请基于双操作系统主板实现USB接口兼容的一种示意图。
图2为USB3.0链路信号流的一种示意图。
图3为本申请另一实施例的基于双操作系统主板实现USB接口兼容的一种示意图。
图4为切换电路的一种示意图。
图5为驱动电路的一种示意图。
图6为第一集线器和第二集线器电路的一种示意图。
图7为本申请实施例的USB接口电路应用于智能交互一体机的一种示意图。
图8为本申请USB兼容的实现方法的一种流程示意图。
图9为本申请USB兼容的实现方法的一种流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。
本申请以下将以安卓操作系统和窗口操作系统(Windows)下、USB2.0版本与USB3.0版本的兼容为例来说明，所应理解的是，本申请不限于上述具体操作系统和具体USB版本，对于存在操作系统所支持的USB不能够兼容的情形同样也可适用。
鉴于双操作系统之间难免进行信息传递及交互，标准的USB接口不仅通用，而且成了外接设备最好的扩展方式，但是如果每个操作系统下都有固定的USB接口，这样接口数量不仅繁多，成本也需要随着接口数量的增加而增加，而且还无法实现多功能兼容的需求，同时，只能在固定的系统使用固定的接口，不方便用户操作。
参见图1所示，图1为本申请基于双操作系统主板实现USB接口兼容的一种示意图。图中，双操作系统主板包括了安卓系统主板和Windows系统主板；其中，安卓系统主板仅包括有USB2.0链路，Windows系统主板包括有USB2.0链路和USB3.0链路。
为了减少USB接口数量，降低成本，同时在Windows系统下支持USB3.0链路，并且向下兼容USB2.0，以满足不同的外设接口需求，USB接口电路包括可支持USB3.0链路，并且向下兼容USB2.0的第一适配器、以及为兼容安卓系统的第二适配器，其中，为了使得USB具有可扩展性，所述第一适配器可以为第一集线器，第二适配器可以为第二集线器；第一适配器中一上行端口作为第二适配器的外设与所述第二适配器相连接，这样，第一适配器相当于第二适配器的外设，支持USB2.0，至少一路上行端口连接于Windows系统主板中的USB3.0链路，支持USB3.0。
由于USB3.0的最大传输带宽高达5Gbps，这种高速信号线,信号的完整性要求很严格，冗长的链路导致信号衰减严重，如果设计不合理，有很大概率出现USB3.0链路异常，USB3.0信号不稳定，导致无法识别设备的现象，为此，在第一适配器上行口连接于Windows系统主板中的USB3.0链路上，增加有USB3.0驱动电路。申请人通过大量尝试发现，如果在该链路中增加一个以上USB3.0驱动电路，本以为驱动能力越足，信号质量越好，但结果反而更糟糕，通过波形测试发现其眼图波形不理想，尽管增加了信号幅值，但是也带入了大量的噪声，从而导致信号质量更差；功能测试发现更多的USB外设都无法识别。这意味着增加驱动电路的数量并不能提高USB3.0信号的稳定性。
申请人进一步发现，在仅有一个USB3.0驱动电路时，驱动电路的位置不同，结果也不同。参见图2所示，图2是USB3.0链路信号流的一种示意图。从用户侧到Windows主板，USB信号流由用户接口板通过柔性扁平(FFC)线缆到达安卓系统主板，再从安卓系统主板通过FFC线缆到达Windows系统接口板，最后通过板到板连接器达到Windows系统主板，反之，从Windows系统主板到用户接口板亦然。当USB驱动电路分别位于Windows系统接口板，安卓主板，用户接口板这三个位置，测试发现位于安卓主板的位置对USB3.0的链路起着至关重要的作用，信号质量得到极大的改善。
由于安卓系统、windows系统相当于两个主机，每切换一次操作系统，相当于主从重新交互一次，特别是USB3.0这种高速信号，很容易出现信号不稳定或者交互异常，造成不识别现象，因此，在操作系统切换时，USB3.0接口中3.0链路不跟随系统切换，而只在Windows系统下工作，而USB 2.0链路既可工作于安卓系统，也可工作于Windows系统，以跟随操作系统切换，这样既保证了USB3.0链路的稳定可靠，又实现了USB2.0的跟随系统切换的用户需求。基于此，第二适配器的上行端口连接有切换电路，当操作系统发生切换时，触发切换电路进行不同操作系统下的USB 2.0链路切换，如图1中，当操作系统切换至安卓系统时，外接的USB 2.0外设通过第一适配器连接至第二适配器，第二适配器通过切换电路连接至安卓系统主板中的USB 2.0链路，对于外接的USB 3.0外设不识别；当操作系统切换至Windows系统时，对于外接的USB 3.0外设，由第一适配器经过驱动电路连接至Windows系统主板中的USB3.0链路，对于外接的USB 2.0外设，由第一适配器依次经过第二适配器、切换电路连接至Windows系统主板中的USB2.0链路；这样，实现了在同一适配端口，在Windows系统下，可支持USB 3.0外设和USB 2.0外设，在安卓系统下，支持USB 2.0外设，从而使得USB接口能够兼容。
由于安卓系统只支持2.0链路，当切换到安卓系统后，这样如果USB3.0链路还存在的话，可能造成整机系统链路异常。因此，基于与所述切换电路的联动，控制USB3.0驱动电路的使能，使得：当切换至安卓系统时USB3.0链路关闭，当切换至windows系统时USB3.0链路工作。这样，USB3.0链路在windows系统下不跟随切换，从而保证了USB3.03.0链路的信号质量及完整性；USB 2.0链路跟随系统切换，便于用户正常操作使用。
参见图3所示，图3为本申请另一实施例的基于双操作系统主板实现USB接口兼容的一种示意图。其中，USB电路包括，
支持USB3.0链路，并且向下兼容USB2.0的第一集线器、兼容安卓系统的第二集线器、连接于Windows系统主板与第一集线器上行端口之间的驱动电路、以及将第二集线器的上行端口分别与安卓系统主板、Windows系统主板进行连接的切换电路，
其中，
第一集线器中上行端口作为第二集线器的外设与所述第二集线器的一下行端口相连接，这样，第一集线器相当于第二集线器的外设，支持USB2.0，另一路上行端口连接于Windows系统主板中的USB3.0链路，支持USB3.0；
切换电路的切换控制信号来自于主控电路；
驱动电路的使能信号与切换电路的切换控制信号联动，使得：当操作系统切换至安卓系统时，驱动电路不工作，当操作系统切换至Windows系统时，驱动电路工作。
为了扩展USB功能，提高使用的便利性，所述第二集线器的另一下行端口(第二下行端口)可作为扩展端口，与安卓系统主板中的USB2.0第二链路连接。
参见图4所示，图4为切换电路的一种示意图。其中，差分信号端D+、D-与第二集线器的上行端口相连接，两路输出端(图中HSD1+、HHSD1-端和HSD1+、HHSD1-端)分别与安卓系统主板、Windows系统主板中的USB2.0链路相连接；来自主控电路的切换控制信号连接至切换电路的复位端，以通过主控电路控制切换的触发，例如，当当操作系统切换至安卓系统时，所述第一信号将复位端的电平拉低，此时差分信号端至与安卓系统主板连接的输出端直通，当操作系统切换至Windows系统时，所述切换控制信号将复位端的电平拉高，此时差分信号端与Windows系统主板连接的输出端直通。
参见图5所示，图5为驱动电路的一种示意图。其中，来自主控电路的使能信号连接至驱动电路的使能端，当操作系统切换至安卓系统时，所述使能信号将使能端的电平拉低，从而使得USB3.0链路被禁用，当操作系统切换至Windows系统时，所述使能信号将使能端的电平拉高，从而使能USB3.0链路；发送端TX与Windows系统主板中的USB3.0链路相连，接收端RX与第一集线器的上行端口相连。所述切换控制信号和使能信号可以为同一信号。
参见图6所示，图6为第一集线器和第二集线器电路的一种示意图。图中，第一集线器、第二集线器分别具有多个上行端口和下线端口，具体端口的数量可以根据需要来选择集线器的型号。其中，第一集线器的下行端口对外提供USB接口，以外接USB设备，第一集线器的一路上行端口与所述驱动电路的接收端RX相连，另一路上行端口与第二集线器的下行端口相连；第二集线器的上行端口与切换电路的差分端相连。
本发明实施例通过对USB3.0链路的优化，在整机链路中，仍使USB3.0信号质量得到最优，满足各种USB3.0接口需求，通过将USB2.0跟随不同操作系统切换，实现了USB3.0与USB2.0的兼容，相对于传统的不可兼容的USB接口，减少了USB接口的数量，便于用户在不同操作系统下复用同一USB接口，在用户的使用上不必区分USB接口的类型，方便了用户的操作，实现了即插即用的效果。通过HUB级联的方法外扩更多的USB接口，实现了多功能USB需求。
参见图7所示，图7示出了本申请实施例的USB接口电路应用于智能交互一体机的一种示意图。
智能交互一体机是专门针对多媒体教学应用而开发的智能交互教学产品，旨在解决传统多媒体教室和会议系统的投影仪、电子白板、计算机、电视机、触摸框、音响等多种设备结合所遇到的一系列问题；具有触控功能、显示功能、音响功能、网络功能等多种功能，支持包含操作系统中的Window和Android主控双系统。
图中，第一操作系统为Windows系统，第二操作系统为安卓系统，切换控制器用于进行操作系统的切换；USB接口电路为应用本申请实施例的接口电路，该接口电路的多个下行端口连接外设，接口电路的多个上行端口中，多个USB3.0链路上行端口(第二端口)连接至Windows系统主板中的USB3.0链路，多个USB2.0链路上行端口(第三端口)连接至安卓系统主板中的USB2.0链路，多个USB2.0链路上行端口(第一端口)连接至Windows系统主板中的USB2.0链路；来自切换控制器的主控信号输入至接口电路，接口电路根据来自切换控制器的主控信号，当切换到Windows系统时，USB的外接设备(如鼠标、U盘、摄像头、麦克风等)在此Windows系统下能正常使用。当切换到安卓系统时，USB的外接设备能够在在安卓系统下正常使用。当外接设备包括USB3.0外设时，通过USB接口电路可在Windows下能正常使用。
参见图8所示，图8为本申请USB兼容的实现方法的一种流程示意图。当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，触发USB接口电路切断外设与第一操作系统中的USB链路连通，并将外设与第二操作系统中的USB链路连通，以使得第二操作系统获取对外设的控制权。以第一操作系统为Windows系统，第二操作系统为安卓系统为例，当操作系统从Windows系统切换至安卓系统时，触发USB接口电路分别切断外设与Windows系统中的USB3.0链路、和USB2.0链路的连通，进一步地，将USB3.0链路切换为禁用状态；将外设与安卓系统中的USB2.0链路连通。
参见图9所示，图9为本申请USB兼容的实现方法的一种流程示意图。当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，触发USB接口电路切断外设与第二操作系统中的USB链路连通，并将外设与第一操作系统中的USB链路连通，以使得第一操作系统获取对外设的控制权。以第一操作系统为Windows系统，第二操作系统为安卓系统为例，当操作系统从安卓系统切换至Windows系统时，触发USB接口电路切断外设与安卓系统中的USB2.0链路的连通；将外设与Windows系统中的USB2.0链路连通，并将USB3.0链路切换为使能状态。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种兼容双操作系统的通用串行总线USB接口电路，其特征在于，所述接口电路在切换控制信号的控制下，
当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，和/或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；
当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路。
2.如权利要求1所述的接口电路，其特征在于，所述接口电路包括，
兼容第一USB版本和第二USB版本的第一适配器，支持第一USB版本的第二适配器，以及切换电路，
其中，
第一适配器的下行端口用于外设的连接，第一适配器的第一上行端口与第二适配器的第一下行端口连接，第一适配器的第二上行端口作为所述第二端口连接至所述第一操作系统主板中的第二USB版本链路；
第二适配器的上行端口连接至所述切换电路，
所述切换电路的一路输出端口作为所述第三端口，连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路；所述切换电路的另一路输出端口作为所述第二端口，连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路。
3.如权利要求1或2所述的接口电路，其特征在于，所述接口电路还受使能信号的控制，当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，
将所述第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路禁用；
所述使能信号与所述切换控制信号联动。
4.如权利要求3所述的接口电路，其特征在于，所述第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路上，还包括连接于所述第二端口和第一操作系统主板中第二USB版本链路之间的用于驱动第二USB版本的驱动电路，所述使能信号输入至该驱动电路的使能端。
5.如权利要求4所述的接口电路，其特征在于，所述第一适配器为第一集线器，所述第二适配器为第二集线器，所述第二集线器的下行端口还作为扩展端口与第二操作系统主板中的第一USB版本的第二链路相连接。
6.如权利要求5所述的接口电路，其特征在于，所述使能信号和切换控制信号来自于用于控制操作系统切换的主控电路；
所述驱动电路位于连接于用户接口板的操作系统主板上。
7.如权利要求6所述的接口电路，其特征在于，所述第一操作系统为窗口Windows系统，所述第二操作系统为安卓系统，所述第一USB版本为全速USB，所述第二USB版本为超高速USB。
8.一种具有双操作系统的电子设备，包括用于连接外设的USB接口、以及用于进行双操作系统切换的切换控制器，其特征在于，所述电子设备还包括，
兼容所述双操作系统的USB接口电路，该接口电路包括，
所述接口电路在切换控制信号的控制下，
当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，和/或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；
当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，接口电路所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本链路。
9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为智能交互一体机，所述切换控制器向所述接口电路输出切换控制信号，并与所述第一操作系统主板、第二操作系统主板分别连接，所述切换控制器的输出端与输出设备连接。
10.一种兼容双操作系统的通用串行总线USB接口的实现方法，其特征在于，该方法包括，
当操作系统从第二操作系统切换至第一操作系统时，触发接口电路将所连接的外设通过接口电路的第一端口连接至第一操作系统主板中第一USB版本链路，和/或者通过接口电路的第二端口连接至第一操作系统主板中第二USB版本链路；
当操作系统从第一操作系统切换至第二操作系统时，触发接口电路将所连接的外设通过接口电路的第三端口连接至第二操作系统主板中第一USB版本的第一链路。
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