CN113986793A - 灵活的移动设备与具有usb集线器的汽车系统的连接 - Google Patents

灵活的移动设备与具有usb集线器的汽车系统的连接 Download PDF

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Abstract

本公开涉及灵活的移动设备与具有USB集线器的汽车系统的连接。一种USB集线器模块(410)，其配置为使车辆的嵌入式USB主机能够通过USB集线器(412)连接至多个移动设备，无论移动设备是配置为用作USB主机还是USB设备。优选地，配置模块(410)使得头部单元(310)无需附加线缆或硬件变化。能够在嵌入式USB主机、USB集线器(412)和至少一个消费者访问USB端口(422)之间采用该模块(410)。当消费者设备用作USB主机时，在消费者设备和车辆的嵌入式USB主机之间的信号通过USB桥接器(514)被处理，从而使得消费者设备与嵌入式USB主机兼容。该模块(410)还包括从模块(410)向第一消费者设备提供电力的电源电路(910)。优选地，电源电路(910)包括可调电压电源(938)。

Description

灵活的移动设备与具有USB集线器的汽车系统的连接
本申请是申请日为2017年9月6日，申请号为201710796332.9，发明名称为“灵活的移动设备与具有USB集线器的汽车系统的连接”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月6日提交的美国专利申请No.15/257,096的优先权。
技术领域
本发明通常涉及在例如移动消费者设备和车辆电子系统之间的通用串行总线(USB)连接。更具体地，本发明涉及一种系统，该系统配置为使得作为USB主机或USB设备的消费者设备能够通过车辆中的嵌入式USB集线器连接到车辆的不具有USB OTG(On the Go)能力的嵌入式USB主机。
背景技术
在历史上，诸如媒体播放器、智能电话、平板等的移动消费者设备依靠与诸如膝上型或台式个人计算机(PC)之类的其他设备的连接来获得内容、交换数据和为设备的内部电池充电。多年以来，这已通过各个设备上的USB端口完成。USB技术的使用适合于这种需求，因为它是普遍可用的、终端用户所熟悉的、具有成本效益的且普遍存在的。USB协议需要点对点连接，其中一端是USB主机或USB主设备，另一端是USB设备或USB从设备。通过这种方式，管理和控制两个设备之间的消息流，从而USB设备响应于由USB主机发起的消息。在历史上，个人计算机已具有USB主机端口，其用于连接诸如打印机、存储棒、移动电话等较简易USB设备。USB主机具有比USB设备更大的软件需求负担和硬件需求负担，所以在此类系统中指定个人计算机为USB主机是合理的。
在采用USB连接的车辆系统中，应用相同的构思。在此类系统中，车辆通常是USB主机。USB主机功能往往嵌入车辆信息娱乐系统的组件中，诸如嵌入无线电或其他控制模块中。通常，在策略上将多个USB端口设计到车辆中对于驾驶者和乘坐者而言便于连接他们的消费者设备的位置。一旦消费者设备连接到所述端口之一，该设备便开始充电且车辆信息娱乐系统可访问该消费者设备上的内容。这对实现诸如该设备可提供的流音乐、流视频和其他服务的特征而言是有用的。
这样的系统需要每个USB端口以适合于USB数据流的方式物理地连接至车辆的USB主机。这通过嵌在车辆中的并且将各个端口连接至USB主机的电缆来实现。因为在车辆中可有许多USB端口，且各个端口需要线缆将该端口连接至USB主机，所以期望在可能的情况下共享线缆以最小化车辆的成本和质量。这通过使用USB集线器来实现。USB集线器允许单个USB主机通过在USB主机和USB设备之间的单个线缆连接至多个USB设备。如图1和图2所示，单个USB集线器能够将一个USB主机连接至若干USB设备。具体地，图1示出了一种系统，其中自供电USB集线器模块110具有多个USB端口112，该模块通过多个面向消费者的USB端口114连接至多个USB设备，而图2示出了一种系统，其中自供电USB集线器模块210不仅具有与多个面向消费者的USB端口214通信的多个USB端口212，还具有连接至面向消费者的SD卡连接器218的安全数字(SD)卡读取器216。通过观察图1和图2，图1和图2的其他部分(诸如电源管理116、220)具有工业标准并且是不言自明的。
此外，如图3所示，多个USB集线器能被分层布置，使得USB集线器连接至其他USB集线器。具体地，图3示出了车辆系统架构，包括中央车辆微控制器310(也被称为头部单元310)。诸如显示器312、音频或娱乐系统314以及驱动控制器316之类的组件或系统连接至头部单元310。头部单元310可以被构筑为涵盖所有功能的单一模块或者是分布式的使得通过个体的模块来管理多项功能。头部单元310包括根USB集线器318，根USB集线器318通常连接至分布在车辆中的一个或多个下游USB集线器320A-D。各个USB集线器320具有多个下游端口322(这些端口中至少一个是SD读卡器324或USB音频设备(未示出))，从而有效地使得车辆中的各个USB端口320A-D能够连接至根USB集线器318或头部单元310。在图3中，例如，根集线器嵌在无线电中，且连接至四(4)个自供电USB集线器320A-D，其中一个320A在车辆的中央控制台，一个320B在车辆的中心栈(center stack)，另外两个320C、320D在车辆的后座。
近来，诸如智能电话之类的移动设备已得到普及。这部分是由于这些移动设备作为独立计算设备的有用性。随着消费者电子技术的发展以及移动网络速度的增加，这些设备不再依赖于连接至个人计算机来访问内容。现今，这些智能移动设备具有许多过去只有个人计算机才具有的相同硬件资源、连通性和软件操作系统。正如台式个人计算机的情况，这些移动设备的附件已经能用于帮助其易于使用。这些附件已包括诸如键盘、鼠标、显示器、触摸屏、音频系统和其他接口设备的设备。这些附件通常通过USB连接来连接。作为在消费者电子市场中已建立的惯例，这些附件通常成本低廉，且USB能力有限从而仅作为USB设备。为了将附件连接至智能电话，该智能电话必须是USB主机。因此，领先的移动设备制造商和系统设计商已开始设计他们的移动设备产品(例如，智能电话、平板等)以支持USB主机和USB设备两个角色。换言之，电话可配置自身使得其能够在需要它是USB设备时用作USB设备或在需要它是USB主机时用作USB主机。最近，系统级设计思想已经转向将智能电话视为USB主机，且将与电话连接的任何设备视为USB设备。再次，这并不令人惊讶，因为现在膝上型计算机和个人计算机正是如此工作的。将这个趋势推及未来，可以预见，智能电话将主要作为USB主机，且将很少或不作为USB设备。对于汽车系统，这将产生一些问题。
如前所释，汽车系统具有USB主机，且需要USB设备连接至该USB主机。如果将电话用作USB主机，则系统将不会工作，因为作为USB惯例，两个USB主机不能直接互相连接。汽车制造商期望和智能电话兼容，因此有动力适应这种不断变化的技术。因此，车辆中的USB架构的重新设计是必须的，使得车辆能用作USB主机(必要时连接至诸如记忆棒、指状驱动器等的USB设备)，或者用作USB设备(必要时连接至USB主机，诸如要求是USB主机而非USB设备的智能电话)。
USB组织已增加了一个标准，其解决了设备作为USB主机或USB设备的需求，这些设备因而能够被视为“双重角色”的USB控制器。在USB命名法中称为“On The Go”或简称为“OTG”。任何符合OTG标准的设备能作为USB主机或USB设备，且能够动态地改变角色。因此，一种改变车辆USB架构以支持所有使用情况的可能方法是将车辆的USB主机升级为USBOTG。这个方案解决了问题，但有一些缺点。首先，USB集线器不支持OTG，从而不能再用于该系统中。支持OTG的各个消费者可访问的USB端口必须具有到头部单元中的专用OTG控制器的专用导线链路，从而否定了与使用USB集线器相关联的导线节省。因此，可能需要在车辆的电气系统中添加若干昂贵的线缆。其次，可能在头部单元中没有足够可用的OTG控制器来连接至车辆的用户可访问USB端口中的每个端口。这就迫使车辆设计者选择车辆中的许多USB端口中的有限数量的端口来支持OTG功能，并为这些端口提供专用的USB线缆。这会导致用户困惑和不满，因为只有某些消费者端口支持所需的功能。而且，支持OTG的端口可能和不支持OTG的其他物理上相同的端口处于一处。如果用户选择了错误的端口，则来自要求USB主机模式的消费者设备中的用户期望运行的应用将不工作。
另一个可能的解决方案是实现定制的USB集线器，其中USB集线器能够在被命令将其上游端口与其下游端口之一动态地交换时这样做。使用这个构思构建的系统解决方案仍然需要头部单元中的OTG控制器，但受益于不需要在汽车中安装额外的线缆这一事实。现有的在USB OTG主机和USB集线器之间的USB线缆能促进头部单元中的USB OTG控制器与USB主机中的消费者设备(如智能电话)之间的必要USB通信。然而，这一方案也具有一些缺点。例如，当USB集线器被命令将其上游端口与下游端口交换时，USB集线器的所有其他下游端口将丢失与头部单元的数据连接。在此模式下，头部单元对USB集线器的其他下游端口的访问停止。这可能妨碍某些车辆系统功能(诸如可能需要对集线器的其他下游端口的一致访问以实现功能的导航或音频播放)的使用。此外，需要头部单元具有可用的USB OTG端口和信令路径来控制集线器上游/下游端口的配置。
背景技术部分中所讨论的主题不应当只因为它在背景技术部分中提到而被假定为现有技术。类似地，背景技术部分中提到的或与背景技术部分的主题相关联的问题不应被假定为在现有技术中已经在先认识到。背景技术部分中的主题仅仅表示不同的方法，它们本身也可能是发明。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一个通用串行总线(USB)集线器模块。USB集线器模块包括配置为与USB主机互连的上游USB端口和配置为与多个USB启用的消费者设备互连的多个下游USB端口。USB集线器模块还包括与上游USB端口和多个下游USB端口互连的USB集线器。USB集线器配置为将数据从上游USB端口广播到各个下游USB端口，并将数据从各个下游USB端口传送到上游USB端口。USB集线器模块还包括USB桥接器和USB路由交换器，USB桥接器与USB集线器互连且配置为将上游USB端口连接到USB主机，USB路由交换器与USB桥接器、USB集线器和多个下游USB端口互连。USB路由交换器配置为当连接到多个下游USB端口中的第一下游USB端口的消费者设备是USB主机时，通过USB桥接器将第一下游USB端口连接到上游USB端口。USB路由交换器还被配置为发起与上游USB端口的双向通信。当连接到第一下游USB端口的消费者设备配置为仅响应来自上游USB端口的通信时，USB路由交换机配置为将第一下游USB端口直接连接到USB集线器，从而使消费者设备与连接到上游USB端口的设备兼容。
当连接到第一下游USB端口的第一消费者设备用作USB主机时，USB路由交换器可以配置为通过USB桥接器将第一下游USB端口连接到USB集线器。当连接到多个下游USB端口中的第二下游USB端口的第二消费者设备用作USB设备时，USB路由交换器配置为同时将第二下游USB端口直接连接到USB集线器，从而使第一消费者设备和第二消费者设备兼容于与上游USB端口同时通信。
USB集线器模块可以配置为识别连接到第一下游USB端口的消费者设备是配置为用作USB主机还是用作USB设备，并且相应地控制USB路由交换器。
USB集线器模块可以配置为在USB设备模式和USB主机模式之间动态地切换多个下游USB的操作。
USB路由交换器可以配置为基于附连到多个下游USB端口中的各个下游USB端口的消费者设备是被配置为用作USB主机还是用作USB设备，将消费者设备连接到USB桥接器或USB集线器。
USB路由交换器可以包括多个USB模拟复用交换器。USB路由交换器可以包括数字路由逻辑。
USB桥接器可以配置为控制USB路由交换器，且可以包括桥接控制器以及端点缓冲器。端点缓冲器可以配置为支持信息娱乐系统和消费者设备之间的USB数据连接通道。
USB集线器模块还可以包括逻辑电路，其配置为提供数据握手以协商从USB集线器模块到连接至第一下游USB端口的第一消费者设备的电力传输。USB集线器模块还可以包括配置为从USB集线器模块向第一消费者设备提供电力的电源电路。逻辑电路可以包括通信控制栈。电源电路可以包括可调电压的电源。
根据本发明的另一个实施例，提供了集成电路(IC)。该集成电路包括USB集线器，其配置为与上游USB端口和多个下游USB端口互连。USB集线器配置为将数据从上游USB端口广播到各个下游USB端口，并将数据从各个下游USB端口传送到上游USB端口。该集成电路还包括USB桥接器和USB路由交换器，USB桥接器与USB集线器互连且配置为将上游USB端口连接到USB主机，USB路由交换器与USB桥接器、USB集线器和多个下游USB端口互连。USB路由交换器配置为当连接到多个下游USB端口中的第一下游USB端口的消费者设备是USB主机时，通过USB桥接器将第一下游USB端口连接到上游USB端口。USB路由交换器还被配置为发起与上游USB端口的双向通信。当连接到第一下游USB端口的消费者设备配置为仅响应来自上游USB端口的通信时，USB路由交换机配置为将第一下游USB端口直接连接到USB集线器，从而使消费者设备与连接到上游USB端口的设备兼容。
当连接到第一下游USB端口的第一消费者设备用作USB主机时，USB路由交换器可以配置为通过USB桥接器将第一下游USB端口连接到USB集线器。在这种情况中，当连接到多个下游USB端口中的第二下游USB端口的第二消费者设备用作USB设备时，USB路由交换器配置为同时将第二下游USB端口直接连接到USB集线器，从而使第一消费者设备和第二消费者设备兼容于与上游USB端口同时通信。
USB路由交换器可以配置为基于附连到多个下游USB端口中的各个下游USB端口的消费者设备是被配置为用作USB主机还是用作USB设备，将消费者设备连接到USB桥接器或USB集线器。USB桥接器可以配置为控制USB路由交换器。
该集成电路还可以包括逻辑电路，其配置为提供数据握手以协商从USB集线器模块到连接至第一下游USB端口的第一消费者设备的电力传输。该逻辑电路可以包括通信控制栈。
仍有其他实施例是完全可能的，在本文中描述和示出了其中的一些实施例。例如，该构思可以扩展到包括附加的嵌入式USB设备功能，诸如USB HID和USB音频。此外，还可以设想，如果各个下游端口都有桥接器以支持被连接设备的USB主机模式，以及到USB集线器的直接连接以支持USB设备模式，则USB集线器模块的所有面向消费者的USB端口都可以模拟或者以其他方式支持双重角色的USB能力。在所有情况下，优选地保持符合USB协议和架构。
附图说明
通过参考结合附图的以下描述，可以最好地理解本发明的结构和操作的组织和方式以及其进一步的目的和优点，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1示出了一种系统，其中多端口自供电的USB集线器用于将单个USB主机连接到多个USB端口；
图2示出了一种系统，其中自供电USB集线器不仅提供多个USB端口还提供安全数字(SD)卡读卡器；
图3示出了一种车辆信息娱乐系统结构，其中多个USB集线器连接在一起或分层布置使得USB集线器馈送其它USB集线器；
图4示出了根据本发明的实施例的一种系统，其中提供了作为分立组件的USB集线器、USB桥接器和交换设备；
图5示出了根据本发明的替代实施例的一种系统，其中USB路由/交换逻辑和USB桥接器以组合USB集线器/桥接器集成电路(IC)与USB集线器集成；
图6示出了图5所示的组合USB集线器/桥接器IC的不同组件；
图7示出了图5和图6所示的USB桥接器的一个可能的端点配置；
图8示出了头部单元软件架构的示例实现；
图9示出了USB集线器电源模块的示例；以及，
图10示出了USB集线器电源模块的另一个示例。
具体实施方式
虽然本发明可以以不同的形式实施，但是在附图中示出并且将在本文中详细描述具体实施例，应理解本公开被认为是本发明的原理的示例，并且并不旨在将本发明限制为所说明的。
图4示出了根据本发明实施例的一种系统。该系统被配置为有效地使车辆的嵌入式USB主机与被配置为也用作USB主机或USB设备的消费者设备兼容。该系统具有自供电USB集线器模块410的形式，模块410具有实现为分立设备的USB集线器412、USB桥接器414和交换设备416。优选地，USB集线器412以集成电路(IC)的形式来提供，并且被配置为(经由上游USB端口418)通过车辆内部线路(诸如在一个实施例中通过头部单元和USB集线器412之间的单个USB数据线420)连接至车辆的嵌入式USB主机(诸如头部单元中的USB主机(未示出))。USB集线器412还包括多个下游USB端口422，下游USB端口中的至少一个连接至USB桥接器414(也优选地以集成电路(IC)的形式来提供)。USB集线器412中的下游USB端口422中的至少一个连接到交换设备416(例如，诸如USB模拟复用交换器)。该交换设备416配置为连接到车辆中的至少一个USB端口422以连接消费者设备。USB桥接器414配置为有效地控制交换设备416，尽管能设想其他控制机构。USB集线器模块410经配置使得由交换设备416接收从至少一个USB端口422接收的信号，并且交换设备416将信号路由到USB桥接器414或USB集线器412。在消费者设备用作USB主机的情况下，USB桥接器414处理来自下游USB端口422的USB分组，并将它们提供至USB集线器412，从而使消费者设备与车辆的嵌入式USB主机兼容。在消费者设备用作USB设备的情况下，USB桥接器414控制交换设备416，使得交换设备416绕过USB桥接器414将USB信号直接提供至USB集线器412。
如图4所示，该系统还包括电源管理结构424，以及图4中未具体示出但本领域普通技术人员将易于认为存在的一些其它常规结构。
在使用中，头部单元通过USB桥接器硬件或任何其它方便的控制装置来控制交换设备416。头部单元软件应用程序可以选择来通过请求、命令或以其他方式知晓电话被要求处于USB主机模式且命令特定USB端口的路由将电话附连到USB桥接器414来启用例如消费者USB端口中的任一个端口上的电话。一旦被路由到USB桥接器414，电话将检测到USB设备被连接，并且电话将开始标准的USB枚举序列。检测和枚举过程由USB标准定义，本文不作详细说明。然而，为了描述本发明的操作，本文提供了一般理解。枚举过程遵循来自USB主机的USB描述符请求以及来自USB设备的USB描述符响应的严格序列，允许主机确定USB设备的能力和功能且配置USB设备以供操作。一旦已知完整的设备描述符集，USB主机将会随后加载合适的USB驱动程序和应用程序，以支持USB设备所提供的功能。在本发明的范围内，可以设想，对由电话(USB主机)进行的描述符请求的响应由桥接器本地回答，或者优选地，这些请求通过USB桥接器414转发到头部单元，在头部单元，它的设备驱动程序处理请求并返回响应。来自设备驱动器的描述符响应被传送到USB桥接器414，然后USB桥接器414将它们传送到电话。通过将描述符请求传送给头部单元驱动器并将来自头部单元驱动器的响应返回到消费者设备，USB桥接器414在USB系统架构中呈现为透明组件。系统的能力由头部单元控制且系统保持灵活，当系统设计者需要改变描述符响应时，无需改变USB桥接器的固件或硬件。一旦消费者设备完成了枚举过程，头部单元的USB功能性能力便被消费者设备知晓，且消费者设备可通过USB通信使用这些功能。此时，消费者设备或头部单元可以开始激活任何数量的受支持的服务，例如经由USB桥接器414往来于车辆的数据连接、流音频和流视频。
本发明的另一实施例可被提供，其中桥接器配置为用作OTG端口，因此不需要交换器和/或路由逻辑。在这种情况下，对于各个下游端口将存在一个桥接功能块。该实施例将有效地是图4所示示例的更一般化的情况。图4仅示出了一个USB桥接器414，下游USB端口422中的任何一个端口可被路由到USB桥接器414。在只有一个USB桥接器414的情况下，一次只能有一个下游USB端口422连接到USB主机。然而，如果USB集线器的各个下游端口具有专用的USB桥接器，则多个下游端口可以同时支持与USB主机设备的连接。因此，任何消费者端口可以在任何时候独立于其他端口而处于USB主机模式或USB设备模式。
图5示出了USB集线器模块510的替代实施例，其中交换设备516包括USB路由逻辑，且交换设备516和USB桥接器514二者以组合USB集线器/桥接器集成电路(IC)526与USB集线器512集成。该配置与利用印刷电路板上连接在一起的分立组件建立的配置相比具有成本和尺寸的优势。
图6示出了图5所示的USB集线器/桥接器集成电路526的内部组件。如图所示，优选地，USB桥接器614的组件包括桥接控制器628以及端点缓冲器630.尽管端点的确切配置是有效地根据系统设计者的具体需要而选择的，但一个可能的端点配置的具体示例如图7所示。然而，许多其他示例也是可能的。
如图7所示，USB桥接器614的端点可设计为支持在主机A(头部单元)和主机B(消费者设备)之间的USB数据块连接的多路通道。在USB桥接器614中，设备A的进(IN)端点连接到设备B的出(OUT)端点，设备A 732的OUT端点连接到设备B 734的IN端点。USB桥接器614的设计可以是使得端点之间的数据流可以是直接的或被缓冲。例如，在直接连接的情况下，一旦在设备A的OUT端点上从主机A接收到USB分组，则如果可用的话，USB桥接器614的内部逻辑将该分组移动到设备B的IN端点。如果设备B的IN端点已满或者以其他方式不可用，则主机A向USB桥接器614中的设备A发送更多分组的后续尝试将被拒绝，直到设备B的IN端点清零并且设备A的OUT缓冲区的内容被移动到该端点。可替代地，在设备A和设备B的端点之间的USB桥接器614中可能存在本地缓冲器。例如，在设备A的OUT端点上接收的分组被放置在本地存储设备中用于临时存储，直到设备B的IN端点已为这些分组做好准备。因此，OUT端点能够从主机接收多个分组直到缓冲区已满。同样，IN端点有时可以传送多个分组直到缓冲区为空。此类缓冲区不是必需的，但可构想以在USB主机之一偶尔忙碌且无法以和其他USB主机相同的速率保持USB事务的某些情况下提高系统吞吐量性能。无论缓冲区如何配置，USB桥接器硬件都具有在设备A上的IN端点和OUT端点，这些端点分别映射到设备B上的OUT端点和IN端点，从而形成双向桥接器，该双向桥接器在两个USB主机之间以足够支持系统的应用要求的带宽传递USB流量。
在图7中还示出，设备A 732和设备B 734提供了连接到它们各自的USB主机的双向控制端点。根据USB标准，需要这些控制端点来支持在枚举序列期间和枚举序列之后在主机和设备之间的USB定义的控制消息。可选地，也可以根据USB标准，使用USB端点来采用旨在控制用户定义的定制设备特定行为的消息，称为供应商特定消息。在图7中可以看出，控制端点被映射到桥接控制器628。桥接控制器逻辑可用硬件或优选地用软件来实现。桥接控制器628提供发送、接收和处理USB标准控制端点消息以及对USB桥接器614的控制和操作必要的供应商特定消息的能力。在系统启动时，主机A发出请求并经由控制端点从桥接控制器628接收描述符。一旦完成，主机A接着将桥接驱动程序加载到其软件堆栈中，并配置自定义桥接器硬件以进行操作。然后，主机A可以控制USB桥接器614的功能，诸如USB交换路由控制。现在，该系统准备好接受与USB桥接器614的设备B 734上的USB主机模式消费者设备的连接。当进行这样的连接时，桥接控制器628将通过在控制端点上向主机A发送消息来通知主机A中的桥接驱动器。此外，主机B将开始在控制端点上向USB桥接器614中的设备B 734发送描述符请求。桥接控制器628接收这些请求，使用来自主机B的将这些请求标识为描述符的信息对这些请求进行封装，并使用控制端点将它们传送到主机A上的桥接驱动器。主机A桥接驱动器接收这些请求，将其标识为描述符请求，并将这些请求传送到主机A系统中的其他软件组件上，并等待描述符响应。描述符响应由桥接驱动器封装以指示它们是要转发到主机B的描述符响应。然后，该响应经由控制端点被发送到桥接控制器628。桥接控制器628接收这些响应，将其识别为应转发到设备B的描述符响应，并将它们放置在设备B 734的控制端点上。在两个主机之间来回接收和转发消息的这个过程持续进行直到和主机B的枚举过程完成。从那时起，两台主机可以开始使用IN端点和OUT端点经由批量端点来传输应用程序数据和服务。
图8示出了系统架构的一种可能配置，其包括与USB集线器模块410接口的头部单元310中的软件组件。存在多种方式来构建操作系统和软件架构以支持USB集线器模块410的功能。在图8中，示出了典型的Linux的实现，其包括USB集线器模块410和头部单元310。该系统设计使用标准的Linux内核组件和配置，并且应该是本领域技术人员所熟悉的。头部单元的USB主机控制器硬件由主机控制器的驱动程序来驱动。主机控制器驱动程序连接到USB内核。USB内核将主机控制器驱动程序与标准USB Linux设备驱动程序和自定义桥接驱动程序进行连接。桥接驱动程序配置为根据系统架构可选地直接连接到用户空间的应用软件或连接到USB小工具驱动程序。自定义桥接驱动程序起到控制桥接器硬件的功能以及在运行在头部单元310上的小工具设备驱动程序和应用程序之间提供数据路径二者的双重作用。所示的架构能够同时处理与USB桥接器414和USB集线器412相关联的操作和数据路径二者，从而允许以USB设备模式运行的消费者设备和以USB主机模式运行的消费者设备同时运行。在一个实施例中，USB集线器模块410支持在头部单元310和多个消费者设备之间的同时活跃的USB数据连接，多个消费者设备中的至少一个设备处于主机模式，而其他设备处于设备模式。在另一个实施例中，USB集线器模块410支持在头部单元310与嵌入式的消费者USB设备的某些组合之间的同时活跃的USB数据连接，同时至少一个设备处于主机模式。可以理解，尽管头部单元310的软件功能对于构建完整系统是必要的，该系统的设计可以显着变化，且该示例仅作为一种使用本发明功能的方法的演示手段而提供。
图9示出了USB集线器电源模块910，其包括由USB实施者论坛公司(USBImplementer’s Forum,Inc)于2016年3月25日发布的USB功率输送规格修订版3.0的1.0版(USB Power Delivery Specification Rev.3.0v1.0)所述的USB功率输送能力。该技术提供用于USB集线器电源模块910的装置，以向连接到下游端口的消费者设备提供更大的充电能力。USB集线器电源模块910具有符合USB C型标准的至少一个下游端口连接器936，该标准由USB实施者论坛公司于2016年3月25日发布的USB C型线缆和连接器规格修订版1.2(USB Type-C Cable and Connector Specification，Revision 1.2)所描述。除了上文所讨论的USB集线器模块410、510或610的功能之外，该USB集线器电源模块910还包括可调电压电源938，便于通过CC1和CC2引脚握手的功率控制逻辑电路940，以及集成于逻辑电路中的通信控制栈。USB C型连接器的要求包括在USB C型标准中定义为握手功能的数据传输，该数据传输在CC1引脚和CC2引脚上的电源提供者(源)和电源消费者(宿)之间。在这种情况下的源是USB集线器电源模块910，而宿是连接到下游端口连接器936的消费者设备(未示出)。为了便于CC1引脚和CC2引脚上的握手功能，形式为单独分立的集成电路组件和无源组件的附加逻辑电路可以添加到USB集线器电源模块910中，如图9所示。为了便于CC1和CC2引脚上的握手功能并控制可调电压电源938，可以将附加逻辑电路以单独分立的集成电路组件和无源组件的形式添加到USB集线器电源模块910。优选地，逻辑电路、通信栈和物理层接口功能将被集成在USB集线器/桥接器集成电路926中，从而减少材料成本和制造成本。
作为USB集线器电源模块1010的替代实施例在图10中示出。该功率控制逻辑电路进一步集成在USB集线器/桥接器集成电路1026中，从而进一步减少材料成本和制造成本。
尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，但是并不限制于此，而是仅在所附的权利要求书所阐述的范围内为限。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何的重要顺序，相反术语第一、第二等被用来将一个要素与另一要素区别开来。此外，术语一、一个等的使用不表示对量的限制，而是表示所引述项的至少一个的存在。

Claims (7)

1.一种用于支持USB主机与USB启用的消费者设备之间的数据通信的方法，其中所述USB启用的消费者设备能够在USB主机模式或USB设备模式下运行，所述方法包括：
提供USB集线器，所述USB集线器具有与所述USB主机互连的多个USB端口,且被配置为将来自所述USB主机的数据同时广播到所述多个USB端口中的每个USB端口，以及将来自每个USB端口的数据发送给所述USB主机；
提供USB桥接器，所述USB桥接器与所述USB集线器互连，且被配置为将所述USB主机连接到第二USB主机；
提供USB路由交换器，所述USB路由交换器与所述USB桥接器、所述USB集线器和所述多个USB端口互连；
当连接到USB主机模式端口的消费者设备是所述第二USB主机时，自动配置所述USB路由交换器，以将所述多个USB端口中的第一USB端口通过所述USB桥接器连接到所述USB集线器；以及
自动配置所述USB路由交换器，以发起与所述USB主机的双向通信，其中所述USB路由交换器被配置为：当连接到所述第一USB端口的所述消费者设备被配置为仅响应于来自所述USB主机的通信时，将所述第一USB端口直接连接至所述USB集线器，从而使得所述消费者设备与所述USB主机兼容。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述USB路由交换器，判断所述消费者设备是在USB主机模式还是USB设备模式下运行；
当所述USB路由交换器判定所述消费者设备处于所述USB主机模式时，将所述消费者设备通过所述USB路由交换器和所述USB桥接器连接到所述USB集线器；以及
当所述USB路由交换器判定所述消费者设备处于所述USB设备模式时，将所述消费者设备通过所述USB路由交换器和所述USB集线器从而绕过所述USB桥接器，连接到所述USB集线器。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
自动识别连接到所述USB端口的所述消费者设备是第二USB主机还是所述USB设备，并且相应地控制所述USB路由交换器。
4.如权利要求2所述的方法，还包括：
在USB设备模式和USB主机模式之间动态地切换连接到所述USB集线器模块的USB端口的运行。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于附连到所述多个USB端口中的每个USB端口的每个消费者设备是所述USB主机或是所述USB设备，通过所述USB路由交换器将多个消费者设备中的每个消费者设备连接到所述USB桥接器或所述USB集线器。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述USB桥接器控制所述USB路由交换器。
7.一种方法，包括：
在数据通信系统的多个USB组件之间提供有效通信，其中所述数据通信系统包括第一输入端口、第二输入端口、USB集线器、连接到所述USB集线器的USB桥接器、连接到所述USB集线器的嵌入式USB主机、连接到USB设备的USB端口，以及USB复用交换器，其中所述USB设备能够在USB主机模式或USB设备模式下运行，所述USB复用交换器连接到所述USB端口、所述USB集线器和所述USB桥接器；
当所述USB设备在USB主机模式下运行时，通过所述USB端口接收来自所述USB设备的第一USB信号；
通过所述USB复用交换器将来自所述USB设备的所述第一USB信号通过所述USB桥接器和所述USB集线器路由给所述嵌入式USB主机；
当所述USB设备在USB设备模式下工作时，通过所述USB端口接收来自所述USB设备的第二USB信号；以及
通过所述USB复用交换器将来自所述USB设备的所述第二USB信号通过所述USB集线器路由到所述嵌入式USB主机，其中从所述USB设备到所述嵌入式USB主机的所述第二USB信号绕过了所述USB桥接器。
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