CN1235304A

CN1235304A - 可配置的通用串行总线节点

Info

Publication number: CN1235304A
Application number: CN99107213.8A
Authority: CN
Inventors: M·拉亚布哈里
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 1999-11-17
Also published as: JP2000066997A; TW418361B; US6044428A

Abstract

一种通用串行总线节点,具有非易失性存储器,利用配置附加的状态机所需的数据位进行预编程,以便变成一用于来自计算机外围装置的信号的转换器或变换的转换器。在起动时,配置通用串行总线节点,以便对送到和来自计算机外围装置的信号转换为USB协议信号,送到和由装有通用的串行总线的计算机输出,从而保证其间的通信。

Description

可配置的通用串行总线节点

一般来说本发明涉及个人计算机，更确切地说本发明涉及用于结合装有通用串行总线的个人计算机工作的个人计算机外围装置。

该通用串行总线或USB是由个人计算机和通信产业的一些成员开发的外围装置总线标准，以便保证在个人计算机本身以外计算机外围装置的即插即用，其提供用作单一的通用接口连接器，消除了当前对于不同接口和不同插座的需求。此外还消除了将不同的卡安装到专用的计算机插槽和重新配置该系统的需求。装USB的个人计算机或者PC使得外围装置一旦在物理上固定就位就自动配置。不需要重新引导或运行安装程序就能进行自动配置安装。USB还将使多个(高达127)装置同时运行在一个计算机上，运行时借助例如为监视器和用作附加现场插座或集线器的键盘的外围装置。

利用USB允许使用的外围装置的范围包含：监视器、键盘、鼠标、游戏机、音频IO装置，电话、调制解调器，CDROM或DVD装置，操纵杆、磁带和软盘装置，图像形成装置例如扫描器和打印机。每秒12兆位的USB数据速率还能接纳新产生的所有外围装置。其包含：更先进的计算机游戏机、高保真音频和高压缩比的视频的如以MPEG-1和MPEG-2视频为基础的产品、数据保存箱和数字化装置。此外，由于计算机一电话一体化预期是关于PC的大幅度增长的领域，USB为集中的综合业务数字网(ISDN)和数字PBX提供低成本的接口。

由主PC提取其中的指令信息，USB将在添加和取下各种装置时检测和适当配置各装置。主PC自动确定包含驱动器软件和总线带宽的主要资源状况，每个外围装置需要使这些资源无需使用人介入就可使用。使用人利用装备USB的PC就能像插一个灯泡所需那样容易地接入各可兼容的外围装置。

USB可按很多方式按照规定的协议模拟通信链路。主PC发出大量的由外围装置必须响应的请求。这些协议是在USB标准中明确指出的，其记载了所需的硬件和软件。

利用USB的问题在于每个计算机外围装置必须具有能够响应来自主PC的请求的微计算机、微处理器或微控制器(下文通称为“微计算机”)。微计算机必须具有附属到其上的USB逻辑，与其相关联的存储器，以及能够利用对几乎按位和字节电平监测信号的软件处理与主PC的通信。

另一个与使用USB相关的问题是每一微计算机必须根据复杂的规定进行编程，以便利用USB工作。这就要求每个计算机外围装置制造商必须具有或扩大熟悉USB规定的工程师。另一个问题是当前开发鼠标的工程师很少或者不通晓在USB标准中提供的通信协议。因此，他们必须获得完整的一套软件工具、微处理器开发系统，调整系统以及测试系统，不用说还有软件专业知识以实施长约600页的USB规定。

此外，即使简单的USB设计也要花4到6人月的设计时间，在缩短研究开发时间以投入市场的要求下，设计时间的长短就体现为产品的成功与失败。

长久以来这些问题一直困扰着USB。

本发明提供一种可配置的通用串行总线(USB)节点，其包含一其中以一组比特位形式存储有能够配置一连接的状态机的USB可兼容信息的非易失性存储器，以使得计算机外围装置可与装有USB的计算机相兼容。配置USB节点以便在计算机外围装置和装有USB的计算机之间以与USB标准相一致的方式转换信号。

本发明的优点是提供一种简单的易于扩展的节点，用于将来自计算机外围装置的信号以与USB标准相一致的方式转换为由装有USB的计算机可使用的信号。

本发明的另一个优点是提供一种简单易于扩展的节点，其用于以与USB标准相一致的方式将来自装有USB的计算机的信号转换为由计算机外围装置可使用的信号。

本发明的再一个优点是提供一种简单易于扩展的节点，用于以与USB标准相一致的方式响应于来自装有USB的计算机的信号来识别计算机外围装置。

本发明的再一个优点是提供一种简单易于扩展的USB计算机外围装置，其可以与USB标准相一致的方式由一装有USB的计算机可使用。

本发明的再一优点是提供一种简单易于扩展的USB系统。

本领域技术人员通过阅读以下结合附图所作的详细描述，可以清楚地了解本发明的上述及其它优点。

图1是包含典型的USB计算机外围装置的个人计算机系统，以及

图2是在个人计算机系统中的本发明的一般结构。

下面参阅图1，其中示有装有通用串行总线(USB)软件和硬件的主个人计算机或主PC10。图中是按照立式PC表示的，但是本技术领域的技术人员会理解，本发明适用于以按照USB标准可兼容装备的任何计算机。

所示的主PC具有一些连接到其上的外围装置。应当理解，这些外围装置仅是能连接到主PC10上的不同类型装置的一些实例，不是所有这些装置都必须始终必须连接的。

电缆12连接到主PC10上。这一电缆12与其中插座为相同的通用串行总线的所有电缆相同，并且是具有通用串行总线的明显优点之一。主PC10利用电缆12连接到监视器14，监视器通过电缆16以串行方式与键盘18连接。这是一种具有USB的其它关键优点之一的实例，即各外围装置可以是按串联方式的菊花链。监视器14与键盘18的串联非常类似于关于USB的其中一种更一般的配置。此外，电缆20还将键盘18串联到数字化装置22。数字化装置22归入外围多媒体的总的类别，包含扫描器，打印机、绘图仪等。

图1还示有通过电缆24将主PC连接到具有屏幕28的游戏板26。游戏板26利用电缆30串联到指向装置例如鼠标32，其代表包含示踪球和触敏屏的指向装置系列。

鼠标32是具有分别为左键34和右键36的双键式鼠标。具有双键的鼠标例如鼠标32通常称为二维或2D鼠标。

还利用电缆38将鼠标40直接连接到主PC10。鼠标40具有左键42和右键44以及中心键46。具有3键的鼠标称之为三维或3D鼠标。

所示主PC10还利用电缆48连接到其它类型的3D鼠标。滚动鼠标50其特征在于，具有左键52和右键54以及滚轮56。滚轮56旋转以使得在适当的软件程序中的文件能在监视器14的屏幕上上下滚动显示。

另一种利用电缆连接到键盘18上的计算机外围装置是操纵柄控制器60。操纵柄控制器60具有手指控制的触发器66和位于其上的姆指控制的触发器64。操纵柄控制器60还具有一提供关于某些游戏的附加控制信号的减速开关68。操纵柄控制器60归入包含游戏板26的外围多媒体的总的类别。

下面参阅图2，图中表示有一计算机外围装置70，其可以是：功能不变的标准非USB计算机外围装置；具有新功能的标准非USB计算机外围装置；新品种的计算机外围装置；或者输入和输出物理量的部件的总成，例如开关，发光二极管、LED、电位计等。

计算机外围装置70连接到可配置的USB节点72。可配置的USB节点72由常规状态机74和非易失性存储器76构成。当该可配置的USB节点72附加到计算机外围装置70上时形成一USB外围装置78。

例如，一老式的标准非USB计算机外围装置例如一非USB鼠标通过在非USB鼠标的输出端附加该可配置的USB节点将变成一新的USB鼠标。与之相似，一老式的具有滚轮的非USB鼠标可以变换为具有用于新的功能的滚轮的新USB鼠标。例如，该滚轮的新功能可以是快速朝前和朝后移动多媒体视频节目显示。通过适当地配置该可配置的USB节点72并将其附加到该输出端而不是通过硬连接变化或使多媒体软件程序改变来实现这一点。这些变换除了能够形成还没有被开发的新的计算机外围装置以外，还易于使USB简单地可兼容。

再来参阅图2，其中所示的状态机74是一种电路，其利用来自非易失性存储器76的信息和当前的机器状态来确定下一种机器状态是什么样的，以及要提供什么信号或功能。配置状态机74是为了以与USB标准相一致的方式变换在计算机外围装置70和主PC10之间来自传输的信号。

应当指出，非易失性存储器76可以是EPROM,EEPROM、闪速存储器或其它存储器，当电源断开时由于外围装置通常是不带电运来的将不会失去其数据。在其中外围装置可以具有备用电池的应用场合，对于作为日历的功能，总是处于供电状态，可以使用易失性存储器。还应当指出，状态机74可以像非易失性存储器76置于在同一半导体芯片上，或者可以是单独的但连接到半导体芯片上。无论按照哪种配置，该可配置的USB节点72最好位于在对于非易失性存储器76预编程的计算机外围装置70中。

利用常规的编程工具对非易失性存储器76进行预编程，用于对于其中将使用USB节点的特定的计算机外围装置70设定一系列的位。该编程工具是常规的非易失性存储器编程用软件程序，其导引一个不熟悉USB的人员提供一对要按照USB使用的外围装置输入适当的位的说明。这些位组合格式可以在非易失性存储器76中的任何地址，各个位组合格式也可以是非连接的。例如，一种安排可以是如下的：

地址0	B₂	B₁	B₀
地址0	B₂	B₁	B₀	地址1	M₂	M₁	M₀
……	…	…	…	地址1	M₂	M₁	M₀
……	…	…	…	……	…	…	…

其中：

特定的计算机外围装置70 B₂ B₁ B₀

鼠标 0 0 0

操纵柄 0 0 1

示踪球 0 1 0

游戏台 0 1 1

等 … … …

以及对于鼠标

鼠标类型 M₂ M₁ M₀

三键 0 0 0

双键 0 0 1

单键 0 1 0

等 … … …

因此，对于双键鼠标，非易失性存储器76使地址0输入位000，地址1输入位001。连续的地址将输入双键式鼠标的其它功能或特征。例如，鼠标的每次逐渐移动将会在监视器14上反映为每英寸多少点。

在向计算机外围装置70供电或复原时，非易失性存储器76向状态机74输入该组预定的位。这些位使状态机74本身可配置。当主PC10提供交换信号时，状态机74经配置以便提供指示与其连接的计算机外围装置70的属性的返回识别信号和它的输出信号，状态机74本身还经配置，以便取得来自计算机外围装置70的信号并将它们适应地变换，以供主PC10使用。在合适的情况下，状态机70经配置，以便将来自主PC10的信号变换，以供计算机外围装置70使用。

为了运行，安排计算机系统主机10关于仅长度不同的各种USB电缆的连接点。USB将使高达127个的计算机外围装置70能同时在主机10上运行。例如监视器14和键盘18的其它外围装置用作附加的现场插头；或者为用作为例如为鼠标32、40或50的指向装置，例如操纵柄控制器等的游戏机的集线器。基本上，使用人插入电缆和外围装置，并且接通时不必进一步调节将能适当地生效作用。

在运行时，在供电的过程中，对于特定的计算机外围装置70按照适当要求配置与该装置相关联的可配置的USB节点本身，以便形成USB外围装置78。例如，利用已供电的主PC10和监视器14，电源将提供到键盘18并使其接通并配置该键盘的可配置的USB节点72。利用该用作集线器的键盘18，数字化装置和操纵柄控制器60也被接通。于是适应地配置数字化装置22的可配置的USB节点72和操纵柄控制器60的可配置的USB节点72。

响应于来自主PC10的交换信号，监视器14、键盘18、数字化装置22和操纵柄控制器60将作为系统中通信的起点根据USB协议标准反过来识别主PC10。利用所配置的状态机74响应于关于特定的计算机外围装置70的适当的USB识别信号就可实现这一点。在利用操纵柄控制器60、操纵柄62、姆指控制的触发器64，手指控制的触发器和减速开关68将向在操纵柄控制器60中的状态机74发送各种信号。状态机74将以与USB标准相一致的方式将操纵柄的角度设定值、手指和姆指控制的触发器64和66的开关闭合以及减速开关68的电阻设定件为USB协议信号。这些信号将通过键盘18和监视器14反送到主PC10，在其中将它们进行处理，以便作用于监视器14的图像。

如果希望改变操纵柄控制器60的操作，对非易失性存储器76编程或重新编程以便配置状态机74是简单的事，从而变换操纵柄控制器中的非USB部分其中的信号。例如，如果希望交换姆指控制的触发器64和手指控制的触发器66的作用，只不过非易失性存储器76需要适当地编程或重新编程，而不是改变操纵柄控制器60硬连线。

即使该操纵柄控制器60属于反馈型，主PC10将反过来向状态机74提供USB协议信号。配置状态机74以便将来自主PC10的USB信号转换为强制操纵柄62适当地移动。例如，对于战斗机驾驶游戏，使用人通过控制柄62会感受飞机的颠簸。

对本技术领域的技术人员很明显，可配置的USB节点72提供了一种在各计算机外围装置中间的通用转换器，以及提供功能变换的通信的通用串行总线，以及还能对各种功能改进。因此，具有新输出的新的计算机外围装置或具有标准输出的非USB计算机外围装置可以变成USB可兼容的。此外，USB节点72可以取得非USB计算机外围装置的标准输出以及变换标准输出为不同的输出以便输入到主PC10。

尽管结合特定最佳实施方式已对本发明进行了介绍，但应理解，根据上述说明，对本技术领域的技术人员来说很明显可进行很多替换，改进和变化。因此，希望将所有这些替换、改进和变化都包含在由所提出的权利要求的构思和范围内。在这里所述的或在附图中表示的所有的转换都应理解为意在说明和非限定的。

Claims

1、一种通用串行总线节点，用于由装有通用串行总线的计算机连接计算机外围装置，包含：

存储器，利用与通用串行母线和计算机外围装置相关的信息可编程；以及

电路装置，连接到所述存储器响应于用于配置所述电路装置的所述信息，以便能够以与通用串行总线标准相一致的方式由计算机外围装置向装有通用串行总线的计算机提供信号。

2、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，其中所述电路装置响应于用于配置所述电路系统的来自所述存储器的所述信息，具有以与通用串行总线标准相一致的方式响应来自装有通用串行总线的计算机的信号的能力。

3、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，其中的电路装置响应于用于配置所述电路系统的来自所述存储器的所述信息，具有以与通用串行总线标准相一致的方式识别连到装有通用串行总线的计算机的计算机外围装置的能力。

4、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，其中所述存储器是非易失性存储器。

5、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，其中所述电路装置是一状态机。

6、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，包含一计算机外围装置和其中对所述存储器编程以使所述电路装置在所述计算机外围装置和装有通用串行总线的计算机之间能够通信。

7、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，包含一计算机外围装置和其中对所述存储器编程，以使所述电路装置能够变换在所述计算机外围装置和装有通用串行总线的计算机之间的通信。

8、根据权利要求1所述的通用串行总线节点，包含计算机外围装置和装有通用串行总线的计算机，其中：

装有所述通用串行总线的计算机询问所述计算机外围装置用以识别；

所述电路装置识别连到所述装有通用串行总线的计算机的所述计算机外围装置；

所述装有通用串行总线的计算机响应于所述电路装置；

所述电路装置响应于所述计算机外围装置；以及

所述计算机外围装置以完全与通用串行总线标准相一致的方式为所述电路装置提供信号，以便向所述装有通用串行总线的计算机提供信号。

9、一种使计算机外围装置能与装有通用串行总线的计算机可使用的方法，包含：

起动一具有与通用串行总线标准相关的信息的经编程的存储器并向其提供相关的配置信号；

配置电路装置连接到用于接收所述配置信号的所述存储器，以便能够以与通用串行总线标准相一致的方式接收来自计算机外围装置的信号和将所述信号提供到装有通用串行总线的计算机。

10、一种通用串行总线节点，用于使计算机外围装置能由装有通用串行总线的计算机使用，包含：

非易失性存储器，利用与通用串行总线和计算机外围装置相关的信息可编程；以及

状态机，连接到所述存储器响应于用于配置所述状态机的所述信息，其具有以与通用串行总线标准相一致的方式由计算机外围装置向装有通用串行总线的计算机提供信号的能力。

11、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述状态机响应于用于配置所述状态机的来自所述存储器的所述信息，具有以与通用串行总线标准一致的方式响应来自装有通用串行总线的计算机的信号的能力。

12、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述状态机响应于用于配置所述状态机的来自所述存储器的所述信息，具有以与通用串行总线标准相一致的方式识别连到装有通用串行总线的计算机的计算机外围装置。

13、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述非易失性存储器是EEPROM。

14、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述非易失性存储器是闪速存储器。

15、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，包含计算机外围装置，以及其中对所述非易失性存储器进行编程配置所述状态机，以便能在所述计算机外围装置和装有通用串行总线的计算机之间进行通信。

16、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，包含计算机外围装置，以及其中对所述非易失性存储器进行编程，以便配置所述状态机，以便根据所述计算机外围装置变换通信，并且在所述计算机外围装置和装有通用串行总线的计算机之间保证经变换的通信。

17、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述计算机外围装置是一指向装置。

18、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述计算机外围装置是一游戏机。

19、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，其中所述计算机外围装置是多媒体外围装置。

20、根据权利要求10所述的通用串行总线节点，包含计算机外围装置和装有通用串行总线的计算机，其中：

所述装有通用串行总线的计算机询问所述计算机外围装置用以识别；

所述状态机识别连到所述装有通用串行总线的计算的所述计算机外围装置；

所述装有通用串行总线的计算机响应于所述状态机；

所述状态机响应于所述计算机外围装置；及

所述计算机外围装置以与通用串行总线标准相一致方式向所述状态机提供信号并提供到所述装有通用串行总线的计算机。

21、一种用于使计算机外围装置由装有通用串行总线的计算机可使用的方法，包含：

起动具有与通用串行总线标准相关的预编程的数据位的用于计算机外围装置的预编程非易失性存储器和提供用于配置所述状态机的所说数据位；

配置所述状态机，以便提供和接收来自计算机外围装置的信号，以与通用串行总线标准相一致的方式将所述信号转换为通用串行总线信号送到装有通用串行总线的计算机和由其接收。

22、一种通用串行总线节点，用于使计算机外围装置由装有通用串行总线的计算机使用，包含：

非易失性存储器，利用与通用串行总线和计算机外围装置相关的数据位可编程；以及

状态机，连接到所述存储器，响应于用于配置所状态机的信号，能够以与通用串行总线标准相一致的方式将来自计算机外围装置的信号转换为通用串行总线信号，提供到装有通用串行总线的计算机，以及将来自装有通用串行总线的计算机的通用串行总线信号转换为用于计算机外围装置的信号。

23、根据权利要求22所述的通用串行总线节点，其中所述状态机响应于来自所述存储器的用于配置所述状态机的所述信息，能够以与通用总线串行总线标准相一致的方式识别连到装有通用串行总线的计算机的计算机外围装置。