CN116340220A - Usb通信接口适配器 - Google Patents
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Abstract
一种USB通信接口适配器,其包括微控制单元,所述微控制单元包括:USB接口及控制模块,用于接收USB数据;协议转换控制器,电性连接至所述USB接口及控制模块,用于将所述USB数据转换为符合目标协议格式的多个目标协议数据;以及多个目标协议接口,电性连接在所述协议转换控制器及所述微控制单元的多个输入输出引脚之间;其中所述协议转换控制器还用于将所述多个目标协议数据通过所述多个目标协议接口,再经由复用所述微控制单元的所述多个输入输出引脚传输至多个目标协议设备。
Description
技术领域
本揭示涉及适配器技术领域,特别是涉及一种USB通信接口适配器。
背景技术
目前调试或测试I2C或SPI等通信协议的芯片时需要使用各种转接板,只能进行一拖一监控而且读写效率低下,时间成本和人力成本较大。
再者,当上位机为USB通讯协议接口设备而其他通讯协议接口设备不是USB通信接口时,USB通讯协议接口设备无法直接与其他通讯协议接口设备无法进行通讯。
因此需要对现有技术的问题提出解决方法。
发明内容
本揭示的目的在于提供一种USB通信接口适配器,其能解决现有技术中调试或测试I2C或SPI等通信协议的芯片时需要使用各种转接板以及USB通讯协议接口设备无法直接与其他通讯协议接口设备无法进行通讯的问题。
为解决上述问题,本揭示提供的一种USB通信接口适配器包括微控制单元,所述微控制单元包括:USB接口及控制模块,用于接收USB数据;协议转换控制器,电性连接至所述USB接口及控制模块,用于将所述USB数据转换为符合目标协议格式的多个目标协议数据;以及多个目标协议接口,电性连接在所述协议转换控制器及所述微控制单元的多个输入输出引脚之间;其中所述协议转换控制器还用于将所述多个目标协议数据通过所述多个目标协议接口,再经由复用所述微控制单元的所述多个输入输出引脚传输至多个目标协议设备。
于一实施例中,所述微控制单元还包括:闪存,电性连接至所述协议转换控制器并用于存储协议转换固件;其中所述协议转换控制器通过读取并执行所述协议转换固件以将所述USB数据转换为所述多个目标协议数据。
于一实施例中,所述USB通信接口适配器还包括:USB高速端口物理层,电性连接至所述微控制单元,所述USB高速端口物理层用于进行USB高速协议握手以决定是否以USB高速协议将所述USB数据传输至所述USB接口及控制模块。
于一实施例中,所述微控制单元还包括:缓存存储器,电性连接至所述协议转换控制器及所述USB接口及控制模块,其用于接收并暂存来自所述USB接口及控制模块的所述USB数据以供所述协议转换控制器读取。
于一实施例中,所述USB接口及控制模块包括:USB接口,用于接收所述USB数据;以及USB控制器,用于将所述USB数据暂存至所述缓存存储器。
于一实施例中,所述USB接口及控制模块还包括:USB高速端口物理层,电性连接于所述USB接口和所述USB控制器之间,并用于进行USB高速协议握手以决定是否以USB高速协议将所述USB接口接收到的所述USB数据传输至所述USB控制器。
于一实施例中,所述USB通信接口适配器还包括:电平转换电路,电性连接至所述微控制单元并用于将所述多个目标协议数据转换为符合所述目标协议格式的电平。
于一实施例中,所述多个输入输出引脚包括所述微控制单元的通用输入输出引脚(GPIO),所述协议转换控制器更通过延时函数模拟所述目标协议格式的时序以将所述多个目标协议数据之一经由所述通用输入输出引脚输出至所述多个目标协议设备之一。
于一实施例中,所述微控制单元还包括目标协议驱动电路及目标协议寄存器,所述多个输入输出引脚包括所述微控制单元的目标协议输入输出引脚,所述协议转换控制器用所述多个目标协议数据之一配置所述目标协议寄存器,并且控制所述目标协议驱动电路根据所述目标协议寄存器将所述多个目标协议数据之一经由目标协议输入输出引脚输出至所述多个目标协议设备之一。
于一实施例中,所述目标协议格式包括I2C协议、SPI协议、UART协议、CAN协议以及MDIO协议的至少一者。
相较于现有技术,本发明所揭露的前述实施例的USB通信接口适配器中,通过微控制单元直接将USB数据转换为目标协议格式的多个目标协议数据,然后再通过复用微控制单元的多个输入输出引脚传输至多个目标协议设备,由于转换为目标协议格式的多个目标协议数据是在所述微控制单元内部执行,因此极大提高了转换速率,且相关的控制信号及数据无需通过微控制单元外部的总线进行传输,极大提高了转换速率,同时避免了外部总线易受ESD干扰的风险。此外,由于协议转换控制器能将USB数据转换为目标协议格式的多个目标协议数据,即在微控制单元内部执行转换,因此不需要转接板。
为让本揭示的上述内容能更明显易懂,下文特举优选实施例,并配合所附图式,作详细说明如下:
附图说明
图1显示根据本揭示一实施例之通用串行总线通信接口适配器与多个目标协议设备的框图。
图2显示根据本揭示另一实施例之USB通信接口适配器、上位机与多个目标协议设备的框图。
图3显示图2之微控制单元的框图。
图4显示根据本揭示又一实施例之USB通信接口适配器、上位机与多个目标协议设备的框图。
图5显示图4之微控制单元的框图。
图6显示根据本揭示又一实施例之不同目标协议接口复用微控制单元的输入输出引脚的示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式,用以例示本揭示可用以实施的特定实施例。
请参阅图1,图1显示根据本揭示一实施例之通用串行总线(Universal SerialBus,USB)通信接口适配器与多个目标协议设备的框图。
所述USB通信接口适配器包括微控制单元1,所述微控制单元1包括USB接口及控制模块10、协议转换控制器12以及多个目标协议接口14。
所述USB接口及控制模块10用于接收USB数据,举例来说,所述USB接口及控制模块10接收用于烧录的上位机(未图示)传输的USB数据,但本发明并不局限于此。
所述协议转换控制器12电性连接至所述USB接口及控制模块10,用于将所述USB数据转换为符合目标协议格式的多个目标协议数据,所述目标协议包括集成电路之间(Inter-Integrated Circuit,I2C)协议、序列周边接口(Serial Peripheral Interface,SPI)协议、通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)协议、控制器局域网(Controller Area Network,CAN)协议以及管理数据输入输出接口(Management Data Input/Output,MDIO)协议的至少一者。
所述多个目标协议接口14电性连接在所述协议转换控制器12及所述微控制单元1的多个输入输出引脚16之间,所述多个输入输出引脚包括所述微控制单元1的通用输入输出(General-Purpose Input/Output,GPIO)引脚。于一实施例中,所述协议转换控制器12更通过延时函数模拟所述目标协议格式的时序以将所述多个目标协议数据之一经由所述通用输入输出引脚输出至所述多个目标协议设备30之一。具体而言,这种实施方式中的输入输出引脚16采用微控制单元1的GPIO引脚,协议转换控制器12在将USB数据转换为I2C或SPI等目标协议格式的数据后,再通过执行延时函数来模拟I2C或SPI等目标协议中信号的电平翻转,直接通过输入输出引脚16(GPIO引脚)输出目标协议数据之一至目标协议设备30之一。
于另一实施例中,所述微控制单元1还包括目标协议驱动电路(未绘示)及目标协议寄存器(未绘示),所述多个输入输出引脚16包括所述微控制单元1的目标协议输入输出引脚(例如但不限于I2C/SPI引脚),所述协议转换控制器12用所述多个目标协议数据(例如但不限于I2C/SPI协议数据)之一配置所述目标协议寄存器,并且控制所述目标协议驱动电路根据所述目标协议寄存器将所述多个目标协议数据之一经由输入输出引脚16(目标协议输入输出引脚)输出至所述多个目标协议设备30之一。具体而言,这种实施方式中,输入输出引脚16采用微控制单元1的特定目标协议输入输出引脚,在将USB数据转换为I2C或SPI等目标协议格式的数据后,协议转换控制器12直接调用控制函数将转换后的目标协议数据填入I2C/SPI协议寄存器,通过硬件I2C/SPI驱动电路(例如I2C控制器或SPI控制器)将I2C/SPI协议寄存器中的数据通过I2C/SPI控制器对应的输入输出引脚16输出。以目标协议为I2C协议举例:当目标协议设备30作为I2C协议的主机(master),微控制单元1作为从机(slave)时,只能通过硬件I2C控制器进行通讯:微控制单元1调用对应的I2C驱动电路将SDA和SCL的协议数据填入I2C控制器对应的I2C协议寄存器,协议转换控制器12将其转换为USB协议数据,再通过USB接口及控制模块10传给上位机。换句话说,当目标协议设备30要发送目标协议数据给上位机时,不能采用软件模拟目标协议时序的方式。所述协议转换控制器12还用于将所述多个目标协议数据通过所述多个目标协议接口14,再经由复用所述微控制单元1的所述多个输入输出引脚16传输至多个目标协议设备30。值得注意的是,图1所示的目标协议接口14(包括目标协议接口1~5)可以是相同的目标协议接口,例如为5路I2C协议接口;也可以是不同的目标协议接口,例如4路I2C协议接口及2路SPI协议接口;且不同的目标协议接口14可以分时复用微控制单元1的输入输出引脚16,请参考图6,图6为一实施施例之不同目标协议接口14分时复用输入输出引脚16的示意图,由于微控制单元1的输入输出引脚16资源有限,通过设计可以充分利用微控制单元1的的输入输出资源:如图6所示,例如输入输出引脚16包括I2C协议的时钟引脚I2C5_SCL,I2C协议的数据引脚I2C5_SDA,I2C协议的时钟引脚I2C3_SCL,I2C协议的数据引脚I2C3_SDA,上述4个输入输出引脚16可以对应地分时复用为SPI协议的数据引脚SPI0_MOSI,SPI协议的数据引脚SPI0_MISO,SPI协议的时钟引脚SPI0_SCK及SPI协议的片选信号引脚SPI0_NSS0/SPI1_NSS1;而I2C协议的时钟引脚I2C5_SCL和I2C协议的数据引脚I2C5_SDA还可以进一步分时复用为MDIO协议的数据引脚MDIO0和MDIO协议的时钟引脚MDC0,且本实施例中的MDIO协议接口(即目标协议接口14)物理地址和器件地址可配置,支持字节地址和字节数据的写操作,支持普通读取数据操作,支持批量读取数据操作。如图6所示的USB通信接口适配器的输入输出引脚16可以同时支持8组I2C接口传输(I2C0~I2C7),其包括6组软件模拟的GPIO引脚输出和2组硬件I2C引脚输出,2组硬件I2C引脚输出支持从模式(上位机50作为从设备,目标协议设备30作为主设备)通讯方式。例如当上位机50通过本发明的USB通信接口适配器测试I2C协议接口(即目标协议接口14)的目标协议设备30时,以前需要测试人员手动并需要使用转接板,现在可以一拖八并且无需转接板,USB通信接口适配器作为I2C主设备读取目标协议设备30内部的寄存器的值时,SCL和SDA可以GPIO引脚翻转来模拟;而USB通信接口适配器作为I2C从设备时,需被动接收目标协议设备30输入的SCL和SDA,因此无法用延时函数和GPIO引脚翻转来模拟,只能通过硬件I2C的I2C协议接口(即目标协议接口14)来接收数据。
从上述可知,本揭示之USB通信接口适配器的特点在于通过所述微控制单元1的所述协议转换控制器12将所述USB数据转换为符合目标协议格式的多个目标协议数据,然后再通过复用所述微控制单元1的所述多个输入输出引脚16传输至多个目标协议设备30,由于转换为符合目标协议格式的多个目标协议数据是在所述微控制单元1内部执行,因此极大提高了转换速率。此外,所述多个目标协议接口14集成在所述微控制单元1内部,同时也避免了印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)走线受到外部静电放电(ElectrostaticDischarge,ESD)干扰的风险。
在一实施例中,所述微控制单元1还包括闪存18,所述闪存18电性连接至所述协议转换控制器12并用于存储协议转换固件(firmware)180,所述协议转换固件180为用于将USB数据转换为目标协议数据的固件,更明确地说,所述协议转换控制器12通过读取并执行所述协议转换固件180以将所述USB数据转换为所述多个目标协议数据。
在一实施例中,所述微控制单元1还包括缓存存储器20,所述缓存存储器20可以是微控制单元1内部集成的高速的静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM),其电性连接至所述协议转换控制器12及所述USB接口及控制模块10,其用于接收并暂存来自所述USB接口及控制模块10的所述USB数据以供所述协议转换控制器12读取,并暂存协议转换控制器12转换完成的多个目标协议数据供所述协议转换控制器12读取并通过多个目标协议接口14输出。
要说明的是,虽然图1显示5个目标协议设备30,但本发明并不局限于此。
请参阅图2以及图3,图2显示根据本揭示另一实施例之USB通信接口适配器、上位机与多个目标协议设备的框图,图3显示图2之微控制单元的框图。
所述USB通信接口适配器包括微控制单元1’、USB高速端口物理层(Port PhysicalLayer,PHY)3、电平转换电路5、保护电路7、可控电源选择电路9以及ESD保护阵列11。
如图3所示,所述微控制单元1’中,USB接口及控制模块10、协议转换控制器12、多个目标协议接口14、多个输入输出引脚16、闪存18及缓存存储器20可参阅图1之微控制单元1的相关描述,于此不多加赘述。
要说明的是,图3所示的USB接口及控制模块1更包括USB接口100以及USB控制器102。
所述USB接口100用于接收USB数据。所述USB控制器102用于将所述USB数据暂存至所述缓存存储器20。
所述微控制单元1’还包括时钟和复位系统22,所述时钟和复位系统22用于为所述微控制单元1’提供时钟信号以及各种复位信号。
所述USB高速端口物理层3电性连接至所述微控制单元1’,所述USB高速端口物理层3设置于所述微控制单元1’的外部,所述USB高速端口物理层3用于进行USB高速协议握手以决定是否以USB高速协议将所述上位机50的USB数据传输至所述USB接口及控制模块10。当高速协议握手成功则进行高速(Hi-Speed)传输;当高速协议握手失败则进行全速(FullSpeed)传输。
要说明的是,如图3所示,所述USB接口及控制模块10、所述闪存18及所述缓存存储器20是通过高级高性能总线(Advanced High-performance Bus,AHB)/高级系统总线(Advanced System Bus,ASB)/高级外设总线(Advanced Peripheral Bus,APB)24与所述协议转换控制器12进行通讯,即将USB数据转换为目标协议格式的多个目标协议数据是在所述微控制单元1’内部执行,因此极大提高了转换速率。协议转换控制器12可以是微控制单元1’的处理器核心。
所述电平转换电路5电性连接至所述微控制单元1’并用于将多个目标协议数据转换为符合目标协议格式的电平。
所述保护电路7电性连接至所述可控电源选择电路9,用于将VBUS上的电压(例如5V直流电压)进行短路保护及浪涌防护处理后提供给所述可控电源选择电路9。
所述可控电源选择电路9电性连接至所述微控制单元1’、所述电平转换电路5及USB高速端口物理层3,用于提供多种不同直流电压。例如,可控电源选择电路9将VBUS提供的电压(例如5V直流电压)转换为3.3V/2.5V/.1.8V电源提供给目标协议设备30,并将3.3V电源提供给USB高速端口物理层3、微控制器单元1’及电平转换电路5。
所述ESD保护阵列11电性连接至所述电平转换电路5,用于增加直接连接目标协议设备30的输入输出引脚的抗ESD性能。
请参阅图4以及图5,图4显示根据本揭示又一实施例之USB通信接口适配器、上位机与多个目标协议设备的框图,图5显示图4之微控制单元的框图。
图4所示的USB通信接口适配器包括微控制单元1”、电平转换电路5、保护电路7、可控电源选择电路9以及ESD保护阵列11。
所述电平转换电路5、所述保护电路7、所述可控电源选择电路9及ESD保护阵列11可参阅图2的相关描述,于此不多加赘述。
所述微控制单元1”中,协议转换控制器12、多个目标协议接口14、多个输入输出引脚16、闪存18及缓存存储器20可参阅图1之微控制单元1的相关描述,时钟和复位系统22可参阅图3的相关描述,于此不多加赘述。
本实施例与图2-3实施例的差别在于本实施例中,微控制单元1”的USB接口及控制模块10”不仅包括USB接口100以及USB控制器102,还包括USB高速端口物理层104,即所述USB高速端口物理层104设置于所述USB接口及控制模块10”的内部,而图2-3的实施例中,所述USB高速端口物理层3设置于所述USB接口及控制模块10的外部。微控制单元1”内置的USB高速端口物理层104用于进行USB高速协议握手以决定是否以USB高速协议将USB接口100从所述上位机50接收的USB数据传输至USB控制模器102或者相反。当高速协议握手成功则进行高速传输;当高速协议握手失败则进行全速传输。
本揭示之USB通信接口适配器能通过微控制单元直接将USB数据转换为目标协议格式的多个目标协议数据,然后再通过复用微控制单元的多个输入输出引脚传输至多个目标协议设备,由于转换为目标协议格式的多个目标协议数据是在所述微控制单元内部执行,因此极大提高了转换速率,且相关的控制信号及数据无需通过微控制单元外部的总线进行传输,极大提高了转换速率,同时避免了外部总线易受ESD干扰的风险。此外,由于协议转换控制器能将USB数据转换为目标协议格式的多个目标协议数据,即在微控制单元内部执行转换,因此不需要转接板。
综上所述,虽然本揭示已以优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本揭示,本领域的普通技术人员,在不脱离本揭示的精神和范围内,均可作各种更动与润饰,因此本揭示的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种USB通信接口适配器,其特征在于,其包括微控制单元,所述微控制单元包括:
USB接口及控制模块,用于接收USB数据;
协议转换控制器,电性连接至所述USB接口及控制模块,用于将所述USB数据转换为符合目标协议格式的多个目标协议数据;以及
多个目标协议接口,电性连接在所述协议转换控制器及所述微控制单元的多个输入输出引脚之间;
其中所述协议转换控制器还用于将所述多个目标协议数据通过所述多个目标协议接口,再经由复用所述微控制单元的所述多个输入输出引脚传输至多个目标协议设备。
2.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述微控制单元还包括:
闪存,电性连接至所述协议转换控制器并用于存储协议转换固件;
其中所述协议转换控制器通过读取并执行所述协议转换固件以将所述USB数据转换为所述多个目标协议数据。
3.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,还包括:
USB高速端口物理层,电性连接至所述微控制单元,所述USB高速端口物理层用于进行USB高速协议握手以决定是否以USB高速协议将所述USB数据传输至所述USB接口及控制模块。
4.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述微控制单元还包括:
缓存存储器,电性连接至所述协议转换控制器及所述USB接口及控制模块,其用于接收并暂存来自所述USB接口及控制模块的所述USB数据以供所述协议转换控制器读取。
5.根据权利要求4所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述USB接口及控制模块包括:
USB接口,用于接收所述USB数据;以及
USB控制器,用于将所述USB数据暂存至所述缓存存储器。
6.根据权利要求5所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述USB接口及控制模块还包括:USB高速端口物理层,电性连接于所述USB接口和所述USB控制器之间,并用于进行USB高速协议握手以决定是否以USB高速协议将所述USB接口接收到的所述USB数据传输至所述USB控制器。
7.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,还包括:
电平转换电路,电性连接至所述微控制单元并用于将所述多个目标协议数据转换为符合所述目标协议格式的电平。
8.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述多个输入输出引脚包括所述微控制单元的通用输入输出引脚(GPIO),所述协议转换控制器更通过延时函数模拟所述目标协议格式的时序以将所述多个目标协议数据之一经由所述通用输入输出引脚输出至所述多个目标协议设备之一。
9.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述微控制单元还包括目标协议驱动电路及目标协议寄存器,所述多个输入输出引脚包括所述微控制单元的目标协议输入输出引脚,所述协议转换控制器用所述多个目标协议数据之一配置所述目标协议寄存器,并且控制所述目标协议驱动电路根据所述目标协议寄存器将所述多个目标协议数据之一经由目标协议输入输出引脚输出至所述多个目标协议设备之一。
10.根据权利要求1所述的USB通信接口适配器,其特征在于,所述目标协议格式包括I2C协议、SPI协议、UART协议、CAN协议以及MDIO协议的至少一者。
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Cited By (1)
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CN117056249A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-11-14 | 南京金阵微电子技术有限公司 | 一种mdio到ahb的转换方法、系统、设备及介质 |
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2021
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