CN1622023A - 一种能离线进行数据交换的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离线进行数据交换的装置和方法，所述装置包括主控制器模块和与之交互数据的存储器模块，与主控制器模块交互数据的功能模块、USB HOST模块、电源管理模块、用户交互模块、智能接口模块；所述方法包括：将需要的进行数据交换的带有USB功能的设备插入USB口，上电进行初始化；主控制器通过电平检测，发现新硬件，提示用户是否安装驱动程序，用户选择需交换的数据后，主控制器将该数据移入存储器进行缓存；再将文件数据传输到相应设备的USB数据接口。本发明实现了各种基于USB接口的设备间数据相互交换，或同其他类型接口的设备间进行数据交换和简单的数据处理功能。

Description

一种能离线进行数据交换的装置和方法

技术领域

本发明涉及智能数据交换技术，特别是涉及基于数据的协议交换的能够离线进行数据交换的装置和方法，属于数据处理交换领域。

背景技术

目前，电子技术随着人们生活的不断提高，得到了空前的推广。各种消费电子产品更是层出不穷，除了功能强大计算机外，移动存储产品如闪存盘，MP3等；办公设备如打印机，投影仪等；家庭设备如电视，音响，机顶盒等都得到了更加广泛的应用。随着这些产品的越来越广泛的应用和普及，人们的生活和办公也更加的便利了。

上述消费电子产品分类广，各自遵从各自的技术标准和数据接口，功能专用但却很难共享，为了统一管理和最大限度的资源共享，人们期望能以互联网的方式进行集中管理，达到资源的共享，目前出现了几种互联方式，分别是有线互联，无线互联和离线互联，以USB总线接口为代表的离线互联模式正在逐步的发展壮大，但是由于USB主、从设备的技术差距较大，加之目前USB协议是基于计算机操作系统之上，USB主控设计基本上用于计算机上，这就造成了基于移动存储的设备交换，特别是像USB闪存盘这样的设备，在脱离计算机(即离线)的情况下数据交换存在明显的不足，具体体现在：(一)脱离计算机，USB闪存盘中的数据无法或很难直接通过打印机直接打印出来；(二)脱离计算机，USB闪存盘里面的PPT文件目前也无法通过投影仪直接显示出来；(三)脱离计算机，USB闪存盘之间，MP3与USB闪存盘之间，MP3之间的数据交换也很难进行；(四)脱离计算机，是否能将USB闪存盘，MP3里面的音频文件在家用音响上进行直接播放，是否能将USB闪存盘里面的图片文件直接在电视上进行浏览，也是大家非常关心的问题；

如果能够有一种技术能有效解决以上的问题，无疑会给用户带来了更大的便利，并推动移动存储产品的不断普及和发展，目前尚未检索到能有效解决上述技术不足的相关文献。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提出了一种离线进行数据交换的装置；同时，本发明还提出了一种能离线进行数据交换的方法。本发明在没有主机系统的情况下，能实现各种基于USB接口的设备间数据相互交换，或各种USB接口的设备同其他类型接口的设备间进行数据交换和简单的数据处理功能。

本发明所述离线进行数据交换的装置，其技术方案是这样的：

一种离线进行数据交换的装置，包括主控制器模块和与之交互数据的存储器模块，还包括与主控制器模块交互数据的功能模块、USB HOST模块、电源管理模块、用户交互模块；

所述主控制器模块，用于控制其它模块进行有效工作，并处理各转换数据的协议转换；

所述USB HOST模块与主控制器模块相连，用于遵从USB1.1协议，提供基于USB接口特性底层数据交互，完成数据串/并，并/串，数据编解码，包校验，解析，及USB总线上的各种控制及状态的检测；完成USB总线的各项请求，中断，错误处理，应答机制等；

所述电源管理模块与主控制器模块相连，用于完成多电源输入控制，各电源口输入电压比较，电源充电及管理的智能控制；

所述用户交互模块与主控制器模块相连，用于提供各种转换模式，文件，电源状态信息，操作的状态显示，以及用户模式，参数的设定选择，开启或结束数据交互操作。

如上所述的离线进行数据交换的装置，还包括USB接口集线器，所述USB接口集线器与所述USB HOST模块相连，接受所述USB HOST模块控制管理，提供多路USB接口以同时供多路USB从设备进行数据交换。

所述USB接口集线器还可以接一个以上的USB接口，用于接口的扩展。

如上所述的离线进行数据交换的装置，所述功能模块包括：音频解码器，图形处理块，GPRS功能块，蓝牙功能块，802.11a/b/g协议功能块，以及自定义功能块。

如上所述的离线进行数据交换的装置，所述存储器模块包括FLASH，SRAM，SDRAM。

如上所述的离线进行数据交换的装置，所述电源管理模块包括分别与智能切换模块相连的太阳能电池，专用电源口，通用USB B口；与所述智能切换模块交互信息的电源充电及管理模块，以及镍氢/镍镉/锂电池。

如上所述的离线进行数据交换的装置，所述用户交互模块包括液晶显示模块和键盘输入模块，所述液晶显示模块提供各种转换模式，文件，电源状态信息，操作的状态显示；所述键盘输入模块提供用户模式，参数的设定选择，开启或结束数据交互操作。

如上所述的离线进行数据交换的装置，还包括与功能模块相连接的智能接口模块，所述智能接口模块包括：计算机串口，软驱/光驱线接口，音频输出接口，VGA/TV输出接口，天线，自定义接口部分。

本发明所述离线进行数据交换的方法，包括如下步骤：

将需要的进行数据交换的带有USB功能的设备插入USB口，上电进行初始化；

主控制器通过电平检测，发现新硬件，提示用户是否安装驱动程序，

驱动程序安装完后，先进行连接并建立起基于USB接口的数据传输通道；

用户选择需交换的数据后，主控制器通过USB HOST将该数据移入存储器进行缓存；再通过USB HOST将文件数据传输到相应设备的USB数据接口。

本发明在没有主机系统的情况下，能实现各种基于USB接口的设备间数据相互交换，或各种USB接口的设备同其他类型接口的设备间进行数据交换和简单的数据处理功能。

附图说明

图1是本发明所述离线数据交换装置的通用功能方框图：

图2是图1中的电源管理模块方框图：

图3是图1中的用户交互模块方框图：

图4是图1中的存储器模块方框图：

图5是图1中的USB接口方框图：

图6是图1中的智能接口方框图：

图7是本发明所述装置用于USB闪存盘直接打印机输出的具体实施例。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出一种智能数据交换装置，主要包括：功能模块1，主控制器模块2，存储器模块3，USB HOST模块4，USB HUB 5，USB接口6，电源管理模块7，用户交互模块8，智能接口模块9。

其连接关系：将USB闪存盘或相关的移动设备插入USB接口6，再连接到USB HUB 5进行数据交互，USB HOST模块4与USB HUB 5相连，并控制数据的交互，读取外部USB设备数据，USB HOST模块4则受控于主控制器模块2，主控制器模块2是本发明所述装置的控制中心，负责协议转换和协调各个模块的工作，主控制器模块2除了连接USB HOST模块4，还分别连接到存储器模块3，功能模块1，电源管理模块7，用户交互模块8，功能模块1则连接到智能接口模块9上。

1>功能模块1：

参见图6，本发明中功能模块1的主要作用是可扩展出多种功能满足目前的各种设备不同接口的互联，又可包括音频解码器11，图形处理块12，GPRS功能块13，蓝牙功能块14，802.11a/b/g功能块15，以及自定义功能块16。

其中音频解码器11可具备MP3解码的功能，对从USB接口设备读回的含MP3数据进行音频的解码，以便送出外部的音频接口，以供音响设备进行播放；

图形处理块12可获取USB接口设备图片数据并进行解码，输出外部接口提供给电视，投影仪；

GPRS功能块13则可提供远距离无线通信，蓝牙功能块14则可提供短距离的无线通信，802.11a/b/g功能块15也是基于无线通信的一种方式提供本发明的无线通信功能，自定义功能块16主要是针对各种新标准模块的对接，如陆续推出的关联应用的关联模块等。

因此，本发明中的功能模块1使得为本发明所述装置能够提供更多的灵活性。

2>主控制器模块2

本发明中主控制器模块2为了完成多种功能以及考虑未来的可扩充性，因此，可选用32位的带ARM内核的处理器，性能高，速度快，核心作用是将控制其它模块进行有效工作，

主控制器模块2的另一个重要作用是处理各转换数据的协议转换，特别是基于USB协议，相关海量存储的各种子类协议，及传输命令等。

3>存储器模块3

参见图4，本发明中存储器模块3又可包括FLASH 31，SRAM 32，SDRAM 33。其中，快闪存储器FLASH 31作为非挥发性存储介质在本发明装置中根据不同的容量，可以为一个或多个，用于在主控制器模块2的控制下，划分多个空间，主要存放BIOS程序(包括具备执行应用程序升级的可执行程序)、本发明装置的应用程序、在线升级程序存放空间、以及液晶显示的字库数据空间；

静态存储器SRAM 32能作为数据的高速读取，根据容量的不同，可以为一个或多个，主要用于程序运行空间，交换数据缓冲空间。

同步动态存储器SDRAM 33利于动态数据的存储，根据容量的不同，可以为一个或多个，其主要用于图像处理的数据高速缓存。

4>USB HOST模块4

本发明所述装置中，USB HOST4是同USB接口设备进行数据交互的主要模块，内部遵从USB1.1协议，提供基于USB接口特性底层数据交互，完成数据串/并，并/串，数据编解码，包校验，解析，及USB总线上的各种控制及状态的检测。完成USB总线的各项请求，中断，错误处理，应答机制等。

5>USB HUB 5

本发明中USB HUB 5属于USB集线器，在具体应用中可考虑不要，目前该模块提供多路USB接口以同时供多路USB从设备进行数据交换。

另外现在也有这样的集合体，它包含USB HOST模块4，USB HUB 5并具备他们所有的功能，由于功能原理类似，这里就不重复阐述了。

6>USB接口6

参见图5，考虑到电源功耗和实际运用，只需两路USB接口即可，具体应用中也可一个，这时，USB HUB 5作用没有意义可考虑去掉，因此，提供两路USB A接口以备两路外部USB设备同时交互。

7>电源管理模块7

参见图2，本发明中电源管理模块7中，可包括太阳能电池71，专用电源口72，通用USB B口73，智能切换模块74，电源充电及管理模块75，以及镍氢/镍镉/锂76。

太阳能电池71是一种天然能源电池，借此本发明装置在野外，或太阳光很好的地方，可借用天然的能源通过对可充电电池充电，存储电池能量以备后用。

通用USB B口73可直接与计算机(包括笔记本电脑)USB总线口取电，这里强调仅是从计算机USB总线口取电而不是进行数据交换，有计算机的地方很多，借用计算机USB总线电源，不仅可以起到对本发明装置的直接供电，而且还可以对可充电电池充电，存储电池能量以备后用，另外还提供专门的电源接口，以弥补没有上述条件以及电池电量不足的情况下使用。

电源切换模块74则主要完成多电源输入的问题，内部含有各电源口输入电压比较，按照先取专用电源口72电源，再取通用USB B口73电源，再取太阳能电池71电源的原则，达到有效管理电源输入。

电源充电及管理模块75为保护充电电池的寿命，起到智能控制，如电流控制，电压控制，智能保护的作用。由于是基于USB设备的数据交互，特别是在电池供电状态时，必须有低电压控制的管理问题，通过最低安全电压的比较，是否决定取消或停止USB闪存盘操作，不至于出现USB闪存盘正在操作时，突然掉电而破坏文件或破坏USB闪存盘存储介质的问题。

镍氢/镍镉/锂76可以作为电源离线时本发明装置的供电主体，根据实际情况按照它们镍氢/镍镉容量大，锂体积小的特性选择一种或两种作为可充电电池使用。电源管理模块7供电来源方式很多，可根据实际的应用实例裁剪或增加。

8>用户交互模块8

参见图3，本发明中用户交互模块8又可包括液晶显示模块81和键盘输入模块82，液晶显示模块81提供各种转换模式，文件，电源状态信息，操作的状态显示，键盘输入模块82提供用户模式，参数的设定选择，开启或结束数据交互操作。

9>智能接口模块9

参见图6，本发明中智能接口模块9又可包括：计算机串口91，软驱/光驱线接口92，音频输出接口93，(显示器/电视)VGA/TV输出接口94，天线95，自定义接口96部分。

其中计算机串口91可用于将计算机数据下载到本发明装置的快闪存储器中，以进行最新的软件升级，或进行功能块的系统支持，此项功能还可以用另一种途径实现本发明程序的最新的软件升级功能，具体是USB闪存盘存储升级程序，通过USB接口传输到FLASH31所划分的在线升级程序存放空间，进行程序自动升级。软驱/光驱线接口92便于本发明装置直接与计算机相连，可做到完全替代软驱的功能，具体将结合图7稍后重点说明。

音频输出接口93主要输出模拟的音频信号，可与外部的音响设备相接，外部USB接口设备中的音频数据经过解码后可在家庭音响上进行播放，(显示器/电视)VGA/TV输出接口94主要针对本发明装置的图片信号的输出，外部USB接口设备中的图片，图象数据经过解码后可在外部投影仪，电视上进行显示。天线95则是针对当前的GPRS远距离，蓝牙短距离，802.11a/b/g高速无线通信进行设定，其目的是利于将广泛使用的移动存储设备USB闪存盘的数据通过无线途径进行交互。自定义接口96则是可针对不同的厂商有不同的协议及接口特性而进行设定。智能接口模块9充分利用现今流行的设计技术，如(复杂可编程逻辑驱动器)CPLD技术，(现场可变程门阵列)FPGA技术，充分运用其可在线编程，多种特性IO口标准，管脚自由配置的功能，达到接口灵活的设定和配置。上述各功能块可根据具体的案例进行裁决或添加，达到可靠有效的数据交换目的。

图7为本发明装置工作于离线数据交换原理的一个具体实施案例，为了叙述方便，图7是对图1的适当简化，其工作机理完全等同于图1。

图7中，主要包括专用电源口72液晶显示81、键盘输入82、USB HOST模块4、USB HUB模块5，主控制器模块2、USB接口61、USB接口62、可编程模块16、并口96、FLASH31、SRAM32；其中：专用电源口72对应于图1中的电源管理模块7的部分功能；液晶显示81，键盘输入82对应于图1中的用户交互模块8，可编程模块16，并口96对应于图1中的智能接口模块9的部分功能；

专用电源口72连接专用外部5伏电源，提供本发明装置的供电，再连接到USB接口61，USB接口62，提供外部的USB设备或USB打印机的供电；另一方面通过USB HUB 5给外部的USB设备供电作用。

USB接口1，USB接口62通过USB HUB5连接到USB HOST模块4，再连接到主控制器模块2，并口96连接到可编程模块16，再连接到主控制器模块2，FLASH31，SRAM32，液晶显示81，键盘输入82分别连接主控制器模块2，现分别说明如下：

可编程器件16：选用可编程逻辑芯片，利用其逻辑可编程性，进行逻辑设计，设计出计算机并口逻辑，其IO口的自由分配，电平灵活性，支持3.3V电平信号，同时也可与5V的信号相接，也可进行不同电平的数据交换。

USB HOST模块4主要提供同外部USB设备如USB闪存盘，通信的协议解析，数据交换，能有效的对USB闪存盘数据进行读写。

主控制器模块2是本发明装置的USB闪存盘直接打印机打印的具体实施案例的控制中心，遵循协议转换，协调整体工作，可靠的进行USB闪存盘数据直接输出到打印机打印。可选用ARM内核的CPU芯片，而且并于后期扩展。

USB口61和USB口62为标准的USB A接口，符合USB接口的协议标准，物理电气特性，物理尺寸要求，由四线组成，分别是：+5V，D-，D+，GND。

FLASH31选用通用的NOR结构的FLASH，主要提供程序存储空间。

SRAM32用于对计算机软驱口和USB A口的数据，可提供数据缓存和程序运行空间。保证数据的可靠快速交换。

键盘输入82，由单个按键合并成键盘板，主要由开关键，上，下，确定，退出键组成。完成模式，文件，参数等选定和操作。

液晶显示81，可采用带汉字显示的128*64的液晶显示模块即可，

主要用于显示所要选择的文件目录和文件。以及需选择的模式，参数的显示以及数据，打印机状态的信息的显示等。

并口96为标准的计算机并口，主要功能可直接与带并口的打印机直接相接进行数据传递。

依据图7所示的装置，可以看出，本发明所述离线进行数据交换的方法包括如下的步骤：

将需要的进行数据交换的带有USB功能的设备插入USB口，上电进行初始化；

主控制器通过电平检测，发现新硬件，提示用户是否安装驱动程序后，建立相应的数据传输通道；

用户选择需交换的数据后，主控制器通过USB HOST和USB HUB

将该数据移入存储器进行缓存；再通过USB HOST和USB HUB将文件数据传输到相应设备的USB数据接口。

虽然图7主要是用来说明本发明装置所具有USB闪存盘直接与打印机进行数据交换的具体功能，但是，当通过USB口连接其他的USB外部设备时，其离线进行数据交换的原理是完全一样的。

以下是USB闪存盘通过本发明装置直接通过打印机打印文件的具体实施过程：

目前带USB数据接口的打印机比较常见，以此为例着重介绍，图7中，并口96和可编程模块16，只是另一条打印机数据并口的实现途径，这里不重点阐述了。

当用户接上专用电源，通过按本发明装置USB闪存盘直接通过打印机打印具体实施案例的开关机按键，启动本装置，经过初始化后，第一次检测到外部打印机类型，并要求相关驱动，这时，用户可通过另一个USB口插入带有该打印机驱动程序的USB闪存盘，通过键盘设置，并可安装这种打印机的驱动，仅仅安装一次，以后这种型号的打印机则不再需安装驱动程序。当本发明装置安装了打印机的驱动程序后，用户随时都可打印USB闪存盘里面的如WORD，PPT等文件。打印的过程是这样的。用户文件存放在USB闪存盘中，将闪存盘插入本装置的另一个USB口，主控制器模块2通过USB HUB 5接口电平检测，USB HOST模块4的判断并产生中断信号得到有新的USB设备插入，通过枚举各种描述，协议通过，建立数据传输通道，主控制器模块2读取USB闪存盘中的文件及目录信息，并显示在液晶显示屏上，用户通过键盘输入82选择打印文件打印，这时，USB闪存盘的文件数据通过USB HUB5传输到USB HOST模块4，主控制器模块2再将有效的文件数据放入SRAM32进行缓存，再按打印机的控制协议，将文件数据通过USB HOST 4，USB HUB 5传输到打印机的USB数据接口，打印机再将接收的文件数据打印出来。

因此，通过本发明装置USB闪存盘直接打印机打印具体实施案例，打印机在没有计算机参与的情况下，也能将USB闪存盘里面的文件很方便地打印出来了。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1、一种离线进行数据交换的装置，包括主控制器模块和与之交互数据的存储器模块，其特征在于：还包括与主控制器模块交互数据的功能模块、USB HOST模块、电源管理模块、用户交互模块；

所述主控制器模块，用于控制其它模块进行有效工作，并处理各转换数据的协议转换；

所述USB HOST模块与主控制器模块相连，用于遵从USB1.1协议，提供基于USB接口特性底层数据交互，完成数据串/并，并/串，数据编解码，包校验，解析，及USB总线上的各种控制及状态的检测；完成USB总线的各项请求，中断，错误处理，应答机制等；

所述电源管理模块与主控制器模块相连，用于完成多电源输入控制，各电源口输入电压比较，电源充电及管理的智能控制；

所述用户交互模块与主控制器模块相连，用于提供各种转换模式，文件，电源状态信息，操作的状态显示，以及用户模式，参数的设定选择，开启或结束数据交互操作。

2、根据权利要求1所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，还包括USB接口集线器，所述USB接口集线器与所述USB HOST模块相连，接受所述USB HOST模块控制管理，提供多路USB接口以同时供多路USB从设备进行数据交换。

3、根据权利要求1或2所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，所述功能模块包括：音频解码器，图形处理块，GPRS功能块，蓝牙功能块，802.11a/b/g协议功能块，以及自定义功能块。

4、根据权利要求3所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，所述存储器模块包括FLASH、SRAM、SDRAM。

5、根据权利要求1、2或4所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，所述电源管理模块包括分别与智能切换模块相连的太阳能电池，专用电源口，通用USB B口；与所述智能切换模块交互信息的电源充电及管理模块，以及镍氢/镍镉/锂电池。

6、根据权利要求1、2或4所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，所述用户交互模块包括液晶显示模块和键盘输入模块，所述液晶显示模块提供各种转换模式，文件，电源状态信息，操作的状态显示；所述键盘输入模块提供用户模式，参数的设定选择，开启或结束数据交互操作。

7、根据权利要求1所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，还包括与功能模块相连接的智能接口模块，所述智能接口模块包括：计算机串口，软驱/光驱线接口，音频输出接口，VGA/TV输出接口，天线，自定义接口部分。

8、根据权利要求2、4或7所述的离线进行数据交换的装置，其特征在于，所述USB接口集线器还可以接一个以上的USB接口，用于接口的扩展。

9、一种离线进行数据交换的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将需要的进行数据交换的带有USB功能的设备插入USB口，上电进行初始化；

主控制器通过电平检测，发现新硬件，提示用户是否安装驱动程序，

驱动程序安装完后，先进行连接并建立起基于USB接口的的数据传输通道；

用户选择需交换的数据后，主控制器通过USB HOST将该数据移入存储器进行缓存；再通过USB HOST将文件数据传输到相应设备的USB数据接口。

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