CN1304970C

CN1304970C - 具有主机/集线器双功能的通用串行总线装置及其控制方法

Info

Publication number: CN1304970C
Application number: CNB2003101142321A
Authority: CN
Inventors: 李启祯; 李允国
Original assignee: Prolific Technology Inc
Current assignee: Prolific Technology Inc
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: CN1614578A

Abstract

根据本发明的通用串行总线(USB)装置包括：一上行端口与一下行端口、一连接检测器、以及一控制器。连接检测器是耦接至上行端口与下行端口，用以检测上行端口与下行端口的连接状况后，产生一检测信号。控制器则根据检测信号，控制USB装置于一主机模式或一集线器模式进行操作。根据本发明的控制方法，先检测上行端口与下行端口的连接状态后，产生一检测信号。然后，根据检测信号，控制器会控制USB装置于一主机模式和一集线器模式中之一的情况下进行操作。

Description

具有主机/集线器双功能的通用串行总线装置及其控制方法

(1)技术领域

本发明有关一种通用串行总线(Universal Serial Bus)(USB)技术，特别是有关一种具有主机/集线器双功能的USB装置及其控制方法。

(2)背景技术

近年来，广泛应用于信息产品中作为通讯连接的界面系统标准当属通用串行总线(Universal Serial Bus，下文简称USB)。藉由USB界面，各个周边设备可以经由USB总线连接至电脑主机，解决以往各种周边设备需以不同规格连接器与电脑主机连接的问题。另外，USB周边装置皆具有随插即用(plug and play)的功能，也即在安装或移除USB周边装置时，无需关闭电脑主机，也无需另行安装驱动程序。

根据USB界面规格，-USB系统包括：USB主机(host)、USB元件(device)和USB总线连接界面(Inter-connection)等所构成。USB主机负责USB总线上数据传送时机与方向，通常设置于电脑主机内。USB元件有分为两种：一为集线器(hub)，提供USB总线新连接点：另一种为功能元件(function)，通常为提供系统服务的周边设备，诸如：鼠标、键盘、打印机、拇指驱动器(thumb drive)等。在习知USB系统中，USB集线器是作为USB功能元件与USB主机间的桥接(bridge)界面，当无USB主机存在的情况下，纵使USB集线器连接有USB功能元件、抑或USB集线器内建有USB功能元件，该USB功能元件仍将无用武之地。

(3)发明内容

因此，本发明的一目的是提供一种具有主机/集线器双功能的USB装置及其控制方法，在无外接USB主机的情况下，藉由本发明的USB装置，仍可以建构独立(stand-alone)的USB系统。

本发明的另一目的是提供具有主机/集线器双功能的USB装置及其控制方法，在有外接USB主机的情况下，本发明的USB装置仍得以桥接于外接USB主机与USB功能元件之间。

为实现上述目的，本发明可藉由提供一种USB装置来完成。根据本发明的USB装置包括：一上行端口与一下行端口、一连接检测器以及一控制器。连接检测器是耦接至上行端口与下行端口，用以检测上行端口与下行端口的连接状况后，产生一检测信号。控制器则根据检测信号，控制USB装置于一主机模式或一集线器模式进行操作。

另外，本发明还提供一种USB装置的控制方法，此USB装置包括一上行端口、一下行端口以及一控制器。根据本发明的控制方法，先检测上行端口与下行端口的连接状态后，产生一检测信号。然后，根据检测信号，控制器控制USB装置于一主机模式和一集线器模式中之一的情况下进行操作。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是显示根据本发明的具有主机/集线器双功能的USB装置一较佳实施例的方块示意图；

图2是显示图1的控制方法流程图；

图3是显示图1的USB装置进入集线器模式的示意图；

图4是显示图1的USB装置进入主机模式的示意图；

图5是显示根据本发明的具有主机/集线器双功能的USB装置另一较佳实施例的方块示意图；

图6是显示图5的控制方法流程图；

图7是显示图5的USB装置进入集线器模式的示意图；以及

图8是显示图5的USB装置进入主机模式的示意图。

(5)具体实施方式

请参照图1，所示是根据本发明的具有主机/集线器双功能的USB装置一较佳实施例的方块示意图。如图1所示，USB装置1包括：一个上行端口(upstream port)10、至少一个下行端口(downstream port)11、一控制器(controller)12、一USB集线器(USB hub)13、一USB主机(USB host)14、一数据缓冲器(data buffer)15以及一连接检测器(connection detector)16等；其中，下行端口11的数量可以是一个、或是多个，图1中虽绘示出三个下行端口11A、11B、11C，也仅供说明之用，并非用以限定本发明。

连接检测器16是与上行端口10和下行端口11A、11B、11C耦接，用以检测上行端口10和下行端口11A、11B、11C的连接状态。若连接检测器16检测到上行端口10或下行端口11A、11B、11C的连接状态有任何异常的话，即以一检测信号161通知控制器12。控制器12是耦接至USB集线器13和USB主机14，根据连接检测器16所传送的检测信号161，控制USB装置1进入一主机模式(Host Mode)或一集线器模式(Hub Mode)。较佳而言，当于主机模式下，控制器12会根据检测信号161先致能USB主机14，使得USB主机14于数据缓冲器15与下行端口11A、11B、或11C之间进行操作；当于集线器模式下，控制器12会根据检测信号161先致能USB集线器13，使得USB集线器13于上行端口10与下行端口11A、11B、或11C之间进行操作。

请参照图2，所示为图1中USB装置1的控制方法流程图。如图2所示，先于步骤20以连接检测器16检测上行端口10与下行端口11A、11B、11C的连接状况，次进行步骤21，判断上行端口10是否有连接至外接主机(externalhost)的情况，通常，此外接主机是内建于个人电脑(personal computer)内。请参照图3所示，USB装置1是以上行端口10连接至一个人电脑2、以下行端口11A连接一功能元件3，则根据发明的控制方法，于步骤21知上行端口10连接至个人电脑2，则不论下行端口11A、11B、11C有否连接至功能元件3，均进行步骤22，由控制器12根据检测信号161致能(enable)USB集线器13、禁能(disabled)USB主机14后，于步骤23进入集线器模式。当于集线器模式下，USB集线器13经致能耦接于上行端口10与下行端口11A、11B、11C之间，若此时有功能元件3连接至下行端口11A(即如图3所示)，则个人电脑2即可以经由USB集线器13对功能元件3进行数据存取(access)操作。

再请参照图2，若于步骤21知上行端口10无连接外接主机(external host)的情况，则会进行步骤24判断下行端口11A、11B、或11C是否有连接至功能元件的情况。请参照图4所示，USB装置1仅以下行端口11A连接功能元件3，则根据本发明的控制方法，于步骤21知上行端口10无连接至个人电脑2，再于步骤24知下行端口11A连接至功能元件3，则会进行步骤25，由控制器12根据检测信号161致能(enable)USB主机14、禁能(disabled)USB集线器13，于步骤26进入主机模式。当于主机模式下，USB主机14经致能耦接于数据缓冲器15和下行端口11A、11B、11C之间，据此，USB主机14即可对连接至下行端口11A的功能元件3进行初始化(initialization)，然后以数据缓冲器15与功能元件3进行数据交换。

若于步骤24检测上行端口10未连接至个人电脑2以及下行端口11A、11B、11C未连接至功能元件3时，则会回复至步骤20。另外，在步骤23进入集线器模式后、抑或在步骤26进入主机模式后，仍会回复至步骤20，以连接检测器16持续对上行端口10和下行端口11A、11B、11C检测连接状况。

请参照图5，所示是根据本发明的具有主机/集线器双功能的USB装置另一较佳实施例的方块示意图。如图5所示，USB装置5包括：一个上行端口(upstream port)50、至少一个下行端口(downstream port)51、一控制器(controller)52、一USB主机(USB host)53、一数据缓冲器(data buffer)54、一封包交换伺服器(packet exchange server)55、一封包处理器(packetprocessor)56以及一连接检测器(connection detector)57等；其中，下行端口51的数量可以是一个或是多个，图5中虽绘示出三个下行端口51A、51B、51C，也仅供说明之用，并非用以限定本发明。

连接检测器57是与上行端口50和下行端口51A、51B、51C耦接，用以检测上行端口50和下行端口51A、51B、51C的连接状态。若连接检测器57检测到上行端口50或下行端口51A、51B、51C的连接状态有任何异常的话，即以一检测信号571通知控制器52。控制器52是耦接至USB主机53、封包交换伺服器55以及封包处理器56，根据连接检测器57所传送的检测信号571，控制USB装置5进入主机模式或集线器模式。较佳而言，当于主机模式下，控制器52会根据检测信号571先致能USB主机53，使得USB主机53于数据缓冲器54与下行端口51A、51B、或51C之间进行操作；当于集线器模式下，控制器52会根据检测信号571先致能USB主机53、封包交换伺服器55与封包处理器56，使得封包处理器56耦接于上行端口50与数据缓冲器54之间进行操作，也使USB主机53耦接于数据缓冲器54与下行端口51A、51B、或51C之间，而封包交换伺服器55耦接于封包处理器56与USB主机53之间，以在上行端口50与下行端口51A、51B、51C间进行交换数据封包，至于如何交换数据封包，则将于下文详述。

请参照图6，所示为图5中USB装置5的控制方法流程图。如图6所示，先于步骤60以连接检测器57检测上行端口50与下行端口51A、51B、51C的连接状况，次进行步骤61，判断上行端口50是否有连接至外接主机(externalhost)的情况，通常，此外接主机是内建于个人电脑(personal computer)内。请参照图7所示，USB装置5是以上行端口50连接个人电脑6、以下行端口51A连接功能元件7，则根据本发明的控制方法，于步骤61知上行端口50连接至个人电脑2，则不论下行端口51A、51B、51C有否连接至功能元件3，均进行步骤62致能USB主机53、封包交换伺服器55以及封包处理器56后，于步骤63进入集线器模式。

图5所示的USB装置5并无USB集线器的设置，故于集线器模式下，控制器52即需要要提供集线器(hub)功能中与外接主机(即图7所示个人电脑6)沟通的机制；换言之，在集线器模式下，由控制器52提供集线器特有的状态与控制指令，使外接主机得以配置规划(configure)集线器功能，并能个别地监控下行端口51A、51B、51C。当于集线器模式下，若个人电脑6欲对功能元件7写出数据时，会传送数据写出封包(OUT packet)予封包处理器56，由封包处理器56将数据写出封包内的数据撷取出来，并储存至数据缓冲器54内。同时，封包处理器56通过信号线561通知封包交换伺服器55，再由封包交换伺服器55通过信号线551通知USB主机53，由USB主机53自数据缓冲器54将储存数据读取出来，并回复原来的数据写出封包后，传送给功能元件7。在此期间，若个人电脑6欲持续对功能元件7传送数据写出封包，而使得数据缓冲器被54填满时，则封包处理器56需负责回复个人电脑6还未准备妥当，无法接受(not acknowledge；NAK)后续的数据写出封包，直到数据缓冲器已有空间，可再接受来自个人电脑6的数据，或个人电脑6已经传送完毕所有的数据为止。

当于集线器模式下，若个人电脑6欲自功能元件7读取数据时，会传送出一数据读取封包(IN packet)予封包处理器56。封包处理器56根据数据读取封包，通过信号线561通知封包交换伺服器55，再由封包交换伺服器55通过信号线551通知USB主机53，由USB主机53回复原来的数据读取封包后，传送给功能元件7。然后，由功能元件7根据数据读取封包提供数据予USB主机53，并储存至数据缓冲器54内。同时，USB主机53以信号线552通知封包交换伺服器55，并由封包交换伺服器55通过信号线562通知封包处理器56至数据缓冲器54读取所需数据后，传送至个人电脑6处。当功能元件7还未提供数据至数据缓冲器54内储存期间，个人电脑6仍可能会持续传送数据读取封包(IN packet)予封包处理器56，此时即由封包处理器56负责回复个人电脑6数据还未准备妥当，无法回复(not acknowledge；NAK)所需的数据，直至所需数据已储存至数据缓冲器54内为止。

再请参照图6，若于步骤61知上行端口50无连接外接主机的情况，则进行步骤64判断下行端口51A、51B、或51C是否有连接至功能元件的情况。请参照图8所示，USB装置5仅以下行端口51A连接功能元件7，则根据本发明的控制方法，于步骤61知上行端口50无连接至个人电脑6，再于步骤64知下行端口51A连接至功能元件7，则会进行步骤65致能USB主机53后，于步骤66进入主机模式。当于主机模式下，USB主机53经致能耦接于数据缓冲器54和下行端口51A、51B、51C之间，据此，USB主机53即可对连接至下行端口51A的功能元件7进行初始化(initialization)，然后以数据缓冲器54与功能元件7进行数据交换。

若于步骤64检测上行端口50未连接至个人电脑6、以及下行端口51A、51B、51C未连接至功能元件7时，则会回复至步骤60。另外，在步骤63进入集线器模式后、抑或在步骤66进入主机模式后，仍会回复至步骤60，以连接检测器57持续对上行端口50和下行端口51A、51B、51C检测连接状况。

据此，本发明具有主机/集线器双功能的USB装置及其控制方法，在无外接USB主机的情况下，藉由本发明的USB装置，仍可以建构独立(stand-alone)的USB系统，对外接的或者内建的USB功能元件进行操作与存取。再者，本发明具有主机/集线器双功能的USB装置及其控制方法，在有外接USB主机的情况下，本发明的USB装置仍得以桥接于外接USB主机与USB功能元件之间。

因此，当以本发明的主机/集线器双功能的USB装置连接外接USB主机时，即已提供集线器功能，可供连接功能元件，故毋须针对个别功能元件提供外接USB集线器，可大幅减省使用成本。另外，无外接USB集线器的设置，更使整体机构愈加精简，方便携带，而提升产品的可携带性(portable)。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims

1.一种通用串行总线(USB)装置，包括：

一上行端口与一下行端口；

一连接检测器，耦接至该上行端口与该下行端口，用以检测该上行端口与该下行端口的连接状况，当检测到上行端口有连接，产生一与集线器模式相关的检测信号，当检测到与下行端口有连接，产生一与主机模式相关的检测信号；

一控制器，根据该检测信号，控制该USB装置于一主机模式和一集线器模式中之一的情况下进行操作。

2.如权利要求1所述的USB装置，其特征在于还包括：

一数据缓冲器；

一USB主机，当于该主机模式下，该控制器致能该USB主机耦接于该数据缓冲器与该下行端口之间；以及

一USB集线器，当于该集线器模式下，该控制器致能该USB集线器耦接于该上行端口与该下行端口之间。

3.如权利要求1所述的USB装置，其特征在于还包括：

一数据缓冲器；

一USB主机，当于该主机模式与该集线器模式下，该控制器致能该USB主机耦接于该数据缓冲器与该下行端口之间；

一封包处理器，当于该集线器模式下，该控制器会致能该封包处理器耦接于该上行端口与该数据缓冲器之间；

一封包交换伺服器，当于该集线器模式下，该控制器致能该封包交换伺服器耦接于USB主机与该封包处理器之间，使该封包交换伺服器控制该USB主机与该封包处理器，进行封包交换。

4.一种USB装置的控制方法，该USB装置包括一上行端口、一下行端口以及一控制器；该控制方法包括下列步骤：

(a)检测该上行端口与该下行端口的连接状态，当检测到上行端口有连接，产生一与集线器模式相关的检测信号，当检测到与下行端口有连接，产生一与主机模式相关的检测信号；以及

(b)根据该检测信号，该控制器控制该USB装置于一主机模式和一集线器模式中之一的情况下进行操作。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤(b)还包括：

当于该主机模式下，该控制器致能一USB主机耦接于一数据缓冲器与该下行端口之间；以及

当于该集线器模式下，该控制器致能一USB集线器耦接于该上行端口与该下行端口之间。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤(b)还包括：

当于该主机模式与该集线器模式下，该控制器致能一USB主机耦接于一数据缓冲器与该下行端口之间；

当于该集线器模式下，该控制器致能一封包处理器耦接于该上行端口与该数据缓冲器之间；

当于该集线器模式下，该控制器致能一封包交换伺服器耦接于该USB主机与该封包处理器之间，使该封包交换伺服器控制该USB主机与该封包处理器，进行封包交换。