CN1685325A - 用于usb连接的接口集成电路设备 - Google Patents
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Abstract
一种具有USB连接的电子装置，含有具有处理器的功能性电路、耦合到处理器的并行地址/数据总线、和具有与所述地址/数据总线平行的USB接口的USB设备控制器电路。该装置包括电学上位于一方面是USB连接与并行地址/数据接口以及另一方面是USB接口之间的接口集成电路。该接口集成电路具有连接到USB总线的外部端子、能够用于USB主机和USB设备的收发的收发器，收发器具有USB接口、主机接口和设备接口。USB接口耦合到USB连接。设备接口连接到外部USB设备控制器电路。主机控制器耦合到主机接口，主机控制器经由并行数据/地址总线耦合到功能性电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将USB连接接口到其他电路的接口集成电路设备。
背景技术
USB是一种用于将外围装置接口到PC(个人计算机)的常用总线。USB术语限定了作为“主机”或者作为“装置”的装置。在USB总线系统中，一个装置(通常为PC)作为“主机”，其它装置作为“设备”。通信在作为主机的装置和同时作为设备的其中一种装置之间进行路由。作为主机的装置控制哪些装置进行通信和何时通信。
在以集成电路实现的USB装置中，一些惯用的方法如下。在一种方法中，装置的功能性电路(其执行一些经由总线可用的功能，例如数码照相机功能)和USB接口完全地集成在同一集成电路中。
在第二种实现方法中，功能性电路增加了用作USB控制器的分离集成电路。在这种方法中，USB控制器处理整个USB协议，功能性电路经由一些标准的装置内接口，例如使用并行地址和数据线的存储器映像接口，接口到USB控制器集成电路。第二种方法具有控制器能够有效地大规模制造以与不同功能性电路一起使用的优点。
在第三种实现方法中，使用了分离的收发器集成电路。在这种方法中，大多数USB控制器功能与功能性电路集成在一起，并且仅USB通信需要的模拟信号处理由收发器集成电路来处理(这里用到的“模拟”一词指的是，不能通过假定信号表示数字1或者数字0来充分描述的信号方式)。在第三种方法中，USB通信的大多数信号临界方式由收发器处理。这减小了必须施加在包括功能性电路和控制器的集成电路上的信号处理需求的严重程度。因此，能够将标准数字电路用于该集成电路。
近期已经发展了既能作为USB主机又能作为USB设备的装置。例如，具有这种功能的数码照相机既可以用作PC外围的设备、又能用作将打印机与USB设备接口进行接口连接的主机。
已知的用于上面提到的传统USB装置的实现方法也已被应用于这种主机/设备装置。特别地，在第三种方法中，收发器集成电路已经被扩展成为一种具有USB接口、主机控制器接口和用于分别连接到主机和设备控制器的从属控制器接口的所谓的OTG(On The Go)。采用这种收发器，USB连接能够接口到传统的主机和设备控制器，以控制USB通信的顺序。
在第二种方法中，主机和设备控制器与收发器电路集成在一起，集成电路提供用于连接到功能性电路的装置内标准接口。因此在主机和设备工作期间，集成电路都能控制USB通信的顺序。现有的非专用于USB的功能性电路能够经由标准接口(例如存储器映像)轻易地接口到USB系统，从而使装置功能可选择地作为主机或者作为设备。在第一种方法中，最后，集成电路可以特别设计为包括收发器、主机控制器、设备控制器、和在既能用作主机又能用作设备的装置中的功能性电路。
所有这些方法具有以下缺点，它们不能充分利用提供了USB设备控制器，而非USB主机控制器的现有集成电路的可利用性。
发明内容
其中，本发明的一个目的是提供这样的USB装置，其能够既能用作主机又能用作设备，并更充分地利用提供了USB设备控制器的现有电路。
其中，本发明的另一个目的是提供一种接口集成电路，其能使具有USB设备作用的现有电路既能用作USB设备又能用作USB主机。
本发明提供一种根据权利要求1的集成电路。这种集成电路包括收发器电路和具有用于装置内部的标准接口和具有用于外部USB设备控制器的连接的USB主机控制器。即，对于主机功能来说，集成电路作为完全的USB接口，然而对于设备功能来说，它仅仅提供了用于其外部端子之间的收发器功能。因此，具有内置设备控制器和标准装置内总线的功能性电路能够经由作为主机和设备的集成电路接口到USB总线。该集成电路支持全新的结构理念，其中存在从功能性电路到USB连接的两个存取路径，即，仅通过USB设备可兼容信号的第一路径，和与第一路径平行的提供用于产生USB主机可兼容信号的非USB标准接口的第二路径。
在一个实施例中，连接到集成电路的外部端子的设备接口由至少两个接口组成，包括外部模拟接口(就某种意义来说，USB收发器需要位于这个接口和设备控制器之间)和数字接口(就某种意义来说，收发器不必位于这个接口和设备控制器之间)。因此，该集成电路支持具有和不具有到设备控制器的内置收发器的现有电路。
利用下面的附图将更详细的描述根据本发明的集成电路的这些和其它优点。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的一个集成电路；
图2示出一个USB系统；
图3示出另外一个USB系统。
具体实施方式
图1示意性地示出接口集成电路10，其具有USB连接D+、D-、Vbus、存储器映像接口160和耦合到接口集成电路10的外部端子的USB设备控制器接口140、142和144。而且，虽然未示出，接口集成电路10优选具有电源连接、复位连接和用于产生时钟信号的输入。
接口集成电路10包括USB主机控制器12、OTG USB收发器14、CPU总线接口单元16和OTG(“On The Go”)控制电路18。USB连接的数据线D+、D-耦合到收发器14。OTG控制电路18耦合在USB主机控制器12和收发器14之间。OTG控制电路18包括耦合到USB线路Vbus的电荷泵电路(未示出)，和耦合到OTG-USB线路ID的输入。另外，OTG控制电路18包括用于存储状态信息的寄存器和用于执行OTG-USB主机谈判协议和USB会话请求协议的控制位。USB主机控制器12经由CPU总线接口单元16耦合到存储器映像接口160。收发器14耦合到USB设备控制器接口140、142、144。
接口集成电路10包括耦合到USB主机控制器12的时钟电路120和缓冲存储器电路。存储器映像总线接口160包括并行双向数据线163、地址线164、读/写控制线165、166和耦合到接口集成电路10的外部端子和CPU总线接口单元16的中断线路168。
接口集成电路10提供一种到USB连接的接口，其可以选择性地用于在USB连接D+、D-、Vbus处提供USB主机功能和USB设备功能。ID线路用于向接口集成电路10发送是否需要作为USB主机的操作或者需要作为USB设备的操作的信号。当需要作为USB主机的操作时，接口集成电路10使用内部USB主机控制器12来控制USB通信。当需要作为USB设备的操作时，接口集成电路10优选在某些信号处理之后，将USB通信路由至USB设备控制器接口140、142和144，而将USB控制留给接口集成电路10外部的电路(未示出)。
图2示出了一个其中提供设备功能性的USB系统。USB系统包括用作USB设备的第一装置22(例如数码相机)，和用作USB主机设备的第二装置24(例如PC)。第一装置22包括图1中示出的接口集成电路10和功能性集成电路20。第二装置24具有多个USB端口26a-c(为清晰起见仅示出一个信号线，以表示到每个端口26a-c的连接)，其中之一，这里为26a，经由接口集成电路10的USB连接耦合到第一装置22。其它端口26b-c可以耦合到其它装置(未示出)。
功能性集成电路20包括CPU 200、USB设备控制器202和用于执行某些功能(例如采样和/或存储照相机图像的像素值)的功能性电路204。USB设备控制器202耦合于CPU 200和接口集成电路10的USB设备接口之间。功能性电路204也耦合到CPU 200。CPU 200耦合到存储器映像接口160。在功能性集成电路内部，存储器映像接口160可以耦合到其它单元，例如指令存储器(未示出)、数据存储器(未示出)、功能性电路204和设备控制器202等。
本发明的一个重要方面在于，功能性集成电路20可以是被设计为用作传统的USB设备，即，不作为既可以是USB主机又可以是USB设备的OTG装置的集成电路。通过将这个功能性集成电路20经由接口集成电路10连接到USB连接，这种传统的功能性集成电路能够用于装置22中，其支持OTG，即，其可以既作为USB主机又作为USB设备。在图2中描述了用作USB设备。
在操作中，第二装置24用作USB主机，选择USB通信将经由端口26a-c中的哪一个发生，以及控制第一装置22是否和以哪个方向接收或者传送数据。收发器14是传统的USB-OTG收发器(USB On TheGo)，其本身是公知的，并在设备控制器202和第二装置24之间接收和传送USB信号。接口集成电路10中的收发器14处理USB信号的“模拟”信号处理，例如主机(第二装置24)存在的模拟探测、数据线D+、D-上的差分信号之间的采样转换为单端数字信号等，以及在传输至主机装置24时将来自设备控制器202的单端信号转换为USB信号。可用于收发器14和USB设备控制器202之间通信的信号线的组合例子是：
OE_Tp_Int_N
VM
VP
RCV
SE0_VM
DAT_VP
VM和VP线路(其是接口集成电路的输出线路)反映了USB连接的D-和D+线路的单端值。在接口集成电路10中的模式选择寄存器(未示出)的内容的控制下，可以控制这些信号线以多种模式中选择出的一种模式进行操作。这些模式包括差分USB信令模式(VP_VM)和单端信令模式(DAT_SE)，和单向双向模式。在第一模式(DAT_SE0)中，如下使用DAT_VP、SE0_VM线路。
-DAT_VP线路用于向收发器发送单端数据，(当OE_TP_INT_N＝低时)，或者从收发器接收单端数据(当OE_TP_INT_N＝高时)。
-SE0_VM管脚用作将收发器的D+/-输出强制置于单端零(SE0)状态，(当OE_TP_INT_N＝低时)，或者表示D+/-线路都为逻辑低(当OE_TP_INT_N＝高时)。
在第二模式(VP_VM)中，如下使用DAT_VP、SE0_VM和RCV管脚。
-DAT_VP管脚用于驱动D+管脚的电平，(当OE_TP_INT_N＝低时)，或者表示D+管脚上的逻辑电平(OE_TP_INT_N＝高)。
-SE0_VM管脚用于驱动D-管脚的电平，(当OE_TP_INT/＝低时)，或者表示D-管脚上的逻辑电平，(当OE_TP_INT/＝高时)。
-RCV管脚始终作为输出，并来自于收发器电路中的不同接收器(未示出)。
在单向模式中，DAT_VP和SE0_VM始终是接口集成电路10的输入。在双向模式中，这些信号的方向(输入或输出)取决于OE_TP_INT_N的值(正如对第一和第二模式的描述)。另外可以使用UART(通用异步接收器/发送器)接口模式，其中DAT_VP和SE0_VP分别用作接收(RXD)线路和发送(TXD)线路。
在功能性集成电路20中，作为传统USB设备控制器的驱动控制器202处理这些信号，并与CPU 200通信，以便从主机装置24通信数据和/或命令，或获取已被发送到主机装置24的数据。在作为设备装置操作期间，无需使用在功能性集成电路20和接口集成电路10之间经由存储器映像接口160的连接。这种情况下，所有用于USB连接的通信经由设备控制器202通过设备控制器接口140传递。
图3示出第一装置22如何可被用作USB主机。这种情况下，接口集成电路10的USB连接耦合到用作USB设备的第三装置30的USB接口32。在这种情况下，当CPU 200执行的计算机程序指示数据或命令需要被写入或读取时，功能性集成电路20中的CPU 200经由存储器映像接口160将信息写入到主机控制器12或从主机控制器12中读取信息。主机控制器12、OTG USB收发器14和OTG(“On The Go”)控制电路18经由作为USB主机的接口集成电路10的USB连接来通信数据和命令。这可以以公知的方式实现。主机控制器12控制调度。OTG控制电路18激活电荷泵，并向接口集成电路的USB连接的Vbus线路提供电源(当作为USB设备操作时实质上不提供这种电源)。当作为USB主机操作时，无需使用设备控制器接口140。所有经由USB连接用于通信的信息，经由存储器映像接口160在功能性集成电路20和接口集成电路10之间传递。
现在将意识到，接口集成电路实现了混合接口，其具有用于部分的可能通信的控制器功能和仅仅用于另一部分的可能通信的收发器功能(分别作为USB主机和USB设备)。而且，对于来自一个USB连接的USB通信来说，在接口集成电路10和功能性集成电路20之间至少提供两个接口，即，一个专用于功能性集成电路20中的USB设备控制器202的接口，和一个通用接口160。因此，虽然功能性集成电路最初被设计为仅仅用作USB设备而不用作USB主机，然而将功能性集成电路20选择性地用作USB主机和USB设备已经成为可能。在接口集成电路10中不需要附加的设备控制器，这减小了接口集成电路10中所需硅面积的量。
如图1中所示，接口集成电路10优选还提供有包括模拟USB信号线路142、144的第三接口142、144(如D+和D-，其实现与具有集成了USB收发器的设备控制器的功能性集成电路的接口)。在作为设备操作的情况下，接口集成电路10的USB收发器14将模拟信号从USB连接D+和D-传递到接口142、144。因此，接口集成电路10提供用于不同类型的功能性集成电路、具有和不具有用于其设备控制器的内置收发器。
虽然如示出的，所有的功能性电路优选集成于功能性集成电路20中，然而应当这样理解，在不脱离本发明的情况下，接口集成电路10可以与分布在大量集成电路上的功能性电路结合使用，且功能性电路实际上可以包括分立的组件。而且，设备控制器202的功能可以部分地或全部由CPU 200实现。此时，取决于操作模式(主机或设备)，CPU 200经由并行接口160或经由专用USB接口140、或142、144，来通信USB信息。
应当注意，接口集成电路10允许具有不同速度的模式的混合使用。USB通信由其能够以所谓的全速模式和所谓的高速模式(后者更快)发生。给定模式的操作需要支持以相关模式的速度进行操作的主机装置和设备装置。在功能性电路的控制下，接口集成电路10可以被设计为作为以不同速度模式中可选择的一种的主机进行操作，和作为以由设备控制器202选择的模式中的设备进行操作。因此，能够彼此独立地选择分别作为设备和主机操作期间的速度。
Claims (6)
1.一种用于将USB连接接口到其它电路的接口集成电路设备，该接口集成电路包括：
-用于连接到USB总线的第一外部端子；
-能够用于USB主机和USB设备收发的收发器，该收发器具有USB接口、主机接口和设备接口，USB接口耦合到第一外部端子；
-耦合到设备接口用于连接到外部USB设备控制器的的第二外部端子；
-耦合到主机接口的主机控制器，主机控制器具有并行数据/地址总线；
-耦合到并行数据/地址总线的第三外部端子。
2.根据权利要求1的集成电路设备，其中设备接口包括模拟USB设备接口和收发数字USB设备接口，其分别用于连接到不具有和具有外部收发器的外部USB设备控制器。
3.一种具有USB连接的电子装置，该电子装置包括具有处理器的功能性电路、耦合到处理器的并行地址数据总线、和具有与所述地址/数据总线平行的USB接口的USB设备控制器电路，该装置包括电学上位于一方面是USB连接与并行地址/数据接口以及另一方面是USB接口之间的接口集成电路，该接口集成电路包括：
-用于连接到USB连接的第一外部端子；
-能够用于USB主机和USB设备的收发的收发器，收发器具有USB接口、主机接口和设备接口，USB接口耦合到第一外部端子；
-连接到所述功能性电路中的USB设备控制器电路的设备接口；
-耦合到主机接口的主机控制器，该主机控制器经由并行数据/地址总线耦合到处理器。
4.根据权利要求3的电子装置，其中，当作为USB主机操作时，该装置被配置成在第一速度模式下经由USB连接、使用来自所述主机控制器的USB通信，当作为USB设备操作时，在由设备控制器决定的不同于所述第一速度模式的第二速度模式下，经由USB连接使用USB通信。
5.一种电子系统，包括一个或多个USB总线连接、主机装置和设备装置，主机和设备装置中的至少其中之一包括具有处理器的功能性电路、耦合到处理器的并行地址数据总线、具有与所述地址/数据总线平行的USB接口的USB设备控制电路，该装置包括电学上位于一方面是USB连接与并行地址/数据接口以及另一方面是USB接口之间的接口集成电路，该接口集成电路包括：
-用于连接到USB总线连接的第一外部端子；
-能够用于USB主机和USB设备的收发的收发器，该收发器具有USB接口、主机接口和设备接口，USB接口耦合到第一外部端子；
-连接到外部USB设备控制器电路的设备接口；
-耦合到主机接口的主机控制器，主机控制器经由并行数据/地址总线耦合到处理器。
6.一种集成于USB系统中的接口的操作方法，该方法包括：
-接收包含接口集成电路的装置将作为USB主机还是作为USB设备进行操作的选择；
-以接口集成电路中的收发器来收发USB信号；
-当选择USB主机操作时，以接口集成电路中的主机控制器，经由收发器对USB通信排列顺序，并经由并行地址数据接口将USB收发数据通信到集成电路外部的功能性电路、或从集成电路外部的功能性电路中通信USB收发数据，以及
-当需要进行USB设备控制器操作时，将USB信号从收发器传递到集成电路外部的功能性电路中的设备控制器。
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