CN1685326B - 总线连接系统 - Google Patents

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Abstract

以加密狗的形式的总线工作站,与运行有适当的软件的USB装置一起操作。当总线工作站确定总线主机连接到其第一总线通信端口时,其担当为收发器,以允许所述总线主机和连接到其第二总线通信端口的总线装置之间的传统总线通信。当总线工作站确定运行适当软件的总线装置连接到其第一总线通信端口时,其担当为可替换的主机,以允许连接到第一总线通信端口的总线装置和连接到第二总线通信端口的总线装置中间的通信。

Description

总线连接系统
技术领域
本发明涉及总线连接系统,并且特别涉及能够与在总线通信系统中的电子设备一起使用的装置,用以允许该设备担当系统内的主机。
背景技术
通用串行总线(USB)通信系统变为十分普遍。
在USB系统中,将电子设备的许多部件互连是可能的,所述电子设备诸如个人计算机、扫描仪、移动电话、打印机等。在任何系统中,设备的一个部件可总是被指定为USB主机,其控制与所有其他部件或USB装置的连接。个人计算机通常配备有所要求的硬件和软件,使得它们能够担当USB主机,但是其他部件通常不配备所要求的硬件和软件,并因而只能担当USB装置。
但是在不要求对设备进行较大的改变,就能让设备的部件担当USB主机这样的状况是有用的。
发明内容
本发明提供一种在总线通信系统中使用的总线工作站,包括第一通信端口和第二通信端口,并被安排用作在检测到与所述第二通信端口耦合的主机工作站的存在时以第一模式操作以及在检测到与所述第二通信端口耦合的主机工作站的不存在时以第二模式操作,所述总线工作站被安排用作第一操作模式,以传递与所述第二通信端口耦合的所述主机工作站和与所述第一通信端口耦合的装置工作站之间的通信,通过按照所述总线工作站初始化通信所根据的通信协议与所述第一通信端口耦合的所述装置工作站进行通信,所述总线工作站进一步被安排用于作为以所述第二操作模式的可替换的主机工作站进行操作。
根据本发明的一个方面,提供一个优选地以硬件加密狗(dongle)为形式的总线工作站,其可与总线通信装置的总线通信端口连接,使其担当为一个总线主机。在本发明的优选实施例中,尽管本发明还应用于其他总线通信系统,总线工作站运行在USB系统中。
更具体地,本发明的一个方面提供这样的一个总线工作站,当它确定总线主机连接到其第一总线通信端口时,其担当为收发器,以允许所述总线主机和连接到其第二总线通信端口的总线装置之间的传统总线通信;当它确定运行适当软件的总线装置连接到其第一总线通信端口时,其担当为可替换的主机,以允许连接到第一总线通信端口的总线装置和连接到第二总线通信端口的总线装置中间的通信。
附图说明
图1是总线通信系统的示意框图。
图2是显示图1的系统中的硬件和软件的框图。
图3是显示根据本发明的一个方面的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的总线通信系统的示意框图。
系统2包括具有USB端口6的第一USB装置4,第二USB装置8和加密狗10。
在该所说明的实施例中,第一USB装置4是个人数字助理(PDA),但是可以理解,本发明可应用于任何USB装置,比如移动通信装置、数码相机或个人档案夹。
第二USB装置8可以是任何USB装置,包括打印机、鼠标、硬盘或调制解调器。
加密狗10包括具有第一主机端口H1和第二主机端口H2的嵌入式USB主机/装置控制器12,以及低功率微控制器单元(MCU)14。
加密狗10的第一主机端口H1可如图1所示的那样连接到PDA 4的USB端口6。当加密狗10的第一主机端口H1连接到PDA 4的USB端口6时,PDA能有效地担当为USB主机,并且加密狗10的第二主机端口H2就可以有效地作用为PDA 4的主机端口。因此,PDA 4可控制与通过USB总线15连接到加密狗10的第二主机端口H2的任何USB装置的通信。
应当注意到,当第一主机端口H1和第二主机端口H2如这里所示的那样连接到同一USB主机/装置控制器12时,对于MCU 14就可能通过两个独立的USB主机/装置控制器与第一主机端口H1和第二主机端口H2通信,第一主机端口专门与PDA 4通信,并且第二第一主机端口专门与连接的USB装置或装置8通信。
为了允许当PDA 4连接到加密狗10时担当为USB接口,PDA要求进行驱动程序更新。
驱动程序更新是专门针对于所使用的特定的USB驱动程序,并用作为在虚拟硬件抽象层(Virtual HAL)添加软件驱动程序,该软件驱动程序运行在PDA4的现有的USB装置硬件的顶部。
图2是显示图1的系统中的硬件和软件的框图。
如传统那样,USB装置4具有一个操作系统18,主机堆栈20以及装置堆栈和装置硬件22。为了能够担当为USB主机,PDA 4还运行了Virtual HAL驱动程序软件16。当USB装置4运行在Virtual HAL驱动程序软件16时,有时在这里称之为装置上的主机(Host On Device)。
加密狗10包括主机硬件12(即使USB主机控制器)、MCU 14和软主机(Soft Host)固件24。
将在下面更详细地描述的软主机协议层控制装置4和加密狗10通过加密狗连接器28的通信。
图3是说明加密狗10在MCU 14的控制下的操作的流程图。在图3的步骤32通电之后,在步骤34,MCU轮询第一主机端口H1,以确定是否存在到其上的任何连接。如果不存在连接,过程在步骤36结束。
如果存在连接,在步骤38MCU确定是否存在连接到第一主机端口H1的USB主机。如果存在连接到第一主机端口H1的USB主机,那么过程传递到步骤40,其中加密狗10担当为USB收发器。即是,其将在第一主机端口H1和第二主机端口H2直接传递通信,以允许连接的USB主机控制以传统方式与连接到第二主机端口H2的任何USB装置的通信。
如果在步骤38MCU确定连接到第一主机端口H1的是USB装置而不是USB主机,过程传递到步骤41,其中确定否存在连接到第二主机端口H2的USB主机.如果是,那么在步骤42,在USB主机/装置控制器12内的USB装置内核允许连接到第一主机端口H1的USB主机和连接到第二主机端口H2的USB主机之间的传统USB通信.
如果存在连接到第二主机端口H2的USB装置,MCU 14在步骤43枚举第一主机端口H1的USB装置,并且检查是否其是一个运行在Virtual HAL上的装置。如果MCU在步骤43确定连接的装置4没有运行Virtual HAL,就在步骤44中禁止装置4,并且例如将触发一个闪烁LED,信号通知连接的装置4不支持Virtual HAL。
如果MCU在步骤42确定装置4正在运行Virtual HAL,(即是其具有Virtual HAL驱动程序16)在步骤46中,MCU 14将进入运行模式,以允许加密狗10(与装置4一起)担当可替换的USB主机。在这个将在下面详细描述的模式中,加密狗10能控制与连接到第二主机端口H2的USB装置的通信。
在传统的系统中,其中个人计算机是USB主机,主机堆栈通过主机HAL访问下层的USB硬件。类似地,在传统的PDA USB装置中,装置堆栈通过装置HAL访问下层的USB硬件。
但是根据本发明,在软主机系统中,当主机堆栈(或主机工作站驱动程序软件)20需要访问主机硬件12时,它将访问操作细节传送给Virtual HAL驱动程序16。Virtual HAL驱动程序16将这些访问操作细节打包到预定的软主机协议中。当软主机加密狗10在突出的软主机协议包中轮询到一个软主机协议包时,通过现有的USB装置硬件22将其发送出去。
因此,Virtual HAL驱动程序16为主机工作站驱动程序软件仿效主机控制器的存在。即是,从主机堆栈20的角度看,与Virtual HAL驱动程序16的通信与传统系统中的主机HAL的通信没有什么不同。通过Virtual HAL驱动程序16主机堆栈20将看到一个实际的主机硬件。
相反,Virtual HAL驱动程序16为装置控制器(或装置堆栈)22仿效装置控制器的存在。因此,Virtual HAL驱动程序16将翻译主机工作站驱动程序软件20与该装置控制器之间的通信。
软主机协议提供下列访问函数:
-读一个在加密狗主机硬件12中的寄存器
-写一个在加密狗主机硬件12中的寄存器
-读一个在加密狗主机硬件12中的缓冲存储器
-写一个在加密狗主机硬件12中的缓冲存储器
将添加更高级的功能以提高系统的性能,例如读取一个寄存器、将其与一个值做和运算/或运算并将修正的值写回的寄存器的功能。
软主机协议定义运行在Virtual HAL上的主机堆栈20可使用装置控制器硬件访问主机控制器12的硬件的方法。下面详细描述软主机协议。在该描述中,属于“主机加密狗”被用作表示加密狗10,而术语“装置上的主机”被用作指装置4,即是具有USB装置硬件22的嵌入式系统,其运行在VirtualHAL上的主机堆栈20上。
在图3的末尾启动软主机协议,此时主机加密狗10已经枚举了连接的装置4,并且连接的装置4被确认为装置上的主机。
在运行模式下,MCU 14设置一个中断管道并为数据在每毫秒枚举Virtual HAL驱动程序16.在装置4和加密狗10中间通信的数据通过软主机协议的方式、以软主机包的协议被发送.如果PDA 4上的主机堆栈20已经通过Virtual HAL驱动程序16发送一个硬件访问请求,当加密狗10的第一主机端口H1通过中断管道轮询其时,Virtual HAL驱动程序16将该请求作为软主机包来发送。
MCU 14将从嵌入式USB主机控制器12的缓冲存储器取回该软主机包,并由此执行硬件访问。如果存在任何返回的数据(读操作),MCU 14通过主机1将对应的数据发送出去。
通信量
主机加密狗10和装置上的主机4使用专门的双向大块管道进行通信。存在四种有效负载。
HRU(主机加密狗请求单元)
由主机加密狗10发送
8字节有效负载的大块包
用作轮询装置上的主机4
可包含中断信息(HRU_IRQ)
主机加密狗10总是在发送HRU之后发送64字节的Bulk-in。
装置上的主机4通过该Bulk-in用NOB或CRP应答。
NOB(非突出业务)
由装置土的主机4发送
8字节有效负载的大块包
当不存在非突出事务时被发送
CRP(通用请求包)
由装置上的主机4发送
16-64字节的大块包
包含先前接收的CRP命令的结果,和最优的数据集合。
ARP(按照请求的)
由主机加密狗10发送
16-64字节的大块包
流程
如所有USB系统那样,传输是由主机的一个动作发起的。在软主机协议的情况下,主机加密狗10总是主机。所有的软主机传输循环用一个如上定义的HUR开始。当前的传输循环必须在主机加密狗10开始下一个传输循环之前完成。
空轮询循环:HRU-NOB
主机加密狗10为突出命令集合轮询装置上的主机4。如果不存在突出命令集合,装置上的主机4用NOB应答。
事务:
主机加密狗10发送BULK-OUT
主机加密狗10发送DATA(HRU)
装置上的主机4发送ACK
主机加密狗10发送BULK-IN
主机加密狗10发送DATA(NOB)
装置上的主机4发送ACK
轮询某物(Poll-Something)循环:HRU-CRP-ARP
主机加密狗10为突出命令集合轮询装置上的主机4。
装置上的主机4通过CRP发送突出命令集合。主机加密狗10执行命令并通过ARP返回结果。
事务:
主机加密狗10发送BULK-OUT
主机加密狗10发送DATA(HRU)
装置上的主机4发送ACK
主机加密狗10发送BULK-IN
主机加密狗10发送DATA(CRP)
装置上的主机4发送ACK
主机加密狗10发送BULK-OUT
主机加密狗10发送DATA(APR)
装置上的主机4发送ACK
中断循环:HRU IRQ-CPR-ARP
主机加密狗10向装置上的主机4警报突出的应将中断。
装置上的主机4判定适当的命令集合并将其通过CRP发送。
主机加密狗10执行命令并通过ARP返回结果。
装置上的主机4必须清除突出中断或禁止HRU_IRQ的生成,否则主机加密狗10将不断发送HRU_IRQ。
事务:
主机加密狗10发送BULK-OUT
主机加密狗10发送DATA(HRU_IRQ)
装置上的主机4发送ACK
主机加密狗10发送BULK-IN
装置上的主机4发送DATA(CRP)
主机加密狗10发送ACK
主机加密狗10发送BULK-OUT
主机加密狗10发送DATA(APR)
装置上的主机4发送ACK
包格式
HRU格式
HRU包含下列信息:
当前帧号
在主机加密狗10中的主机控制器12的Hc中断状态
装置控制器22的中断状态
NOB格式
没有特别的格式要求
CRP和ARP格式
在头部的有效比特是对于CRP是1,对于ARP是0。
CRP可以有16-64字节的大小。总的大小由下列部分组成:
命令集合的数量(每个8字节)
可选的数据集合
在CRP中的最大命令集合数量是8。
数据集合的最大大小是64-(8×命令集合的数量)
单个命令请求包中的多个命令集合允许一系列的硬件访问可在单个包内通信,并因而减少了传输延迟。
命令集合的格式
命令集合是8字节的数据结构。其包含下列信息:
命令集合头部(1字节)
命令集合索引(2字节)
命令集合数据(4字节)
命令集合Aux(1字节)
  OpCode   MCU的操作
  0   从[数据]将[Aux]字节写到[索引]寄存器
  1   从[索引]寄存器读[Aux]字节到[数据]
  2   从数据集合将[数据]字节写到地址位置[索引]
  3   从地址位置[索引]读[数据]字节到数据集合
  4   从[索引]寄存器读[Aux]字节,将其和[数据]作或运算,并写回到[索引]寄存器
  5   从[索引]寄存器读[Aux]字节,将其和[数据]作与运算,并写回到[索引]寄存器
  6   设置轮询率到[索引]
  OpCode   MCU的操作
  7   设置HRU_IRO开/关
  8-15   保留。没有MCU的动作
因此,利用USB装置硬件,虚拟硬件抽象层(Virtual HAL)提供对连接的加密狗上的目标硬件的完全访问。换句话说,现有的USB装置硬件被用作异步微处理器接口总线,以允许USB主机驱动器访问目标硬件。
对Virtual HAL的使用提供硬件加密狗不需要处理USB软件的优点,这使得加密狗的成本低廉,并且主机软件可由USB装置上的嵌入式系统处理。
因此,在本发明的优选实施例中,提供了允许USB装置获得USB主机的功能的加密狗而不用改变现有的硬件。为了实现此,USB装置运行能够由USB装置上的嵌入式系统处理的仿效软件。这提供了硬件加密狗不需要处理USB软件的优点,这使得加密狗的成本低廉。
参考Virtual HAL驱动程序软件允许USB装置与加密狗10联合作用为一个USB主机的系统,在这个问题上描述了本发明。但是,类似结构化的Virtual HAL驱动程序软件能被使用来将多个接口/函数添加到具有USB装置能力的系统。例如,驱动程序软件可允许USB装置通过蓝牙、IrDA、USB-OTG或其他通信协议进行通信。

Claims (5)

1.一种在总线通信系统中使用的总线工作站,包括第一通信端口和第二通信端口,并被安排用作在检测到与所述第二通信端口耦合的主机工作站的存在时以第一模式操作以及在检测到与所述第二通信端口耦合的主机工作站的不存在时以第二模式操作,所述总线工作站被安排用作第一操作模式,以传递与所述第二通信端口耦合的所述主机工作站和与所述第一通信端口耦合的装置工作站之间的通信,通过按照所述总线工作站初始化通信所根据的通信协议与所述第一通信端口耦合的所述装置工作站进行通信,所述总线工作站进一步被安排用于作为以所述第二操作模式的可替换的主机工作站进行操作。
2.根据权利要求1的总线工作站,其中所述总线工作站被安排用于作为以所述第一操作模式的USB收发器进行操作,并以所述第二操作模式的USB主机进行操作。
3.根据权利要求1的总线工作站,其中所述总线工作站还包括与所述第一和第二通信端口耦合的收发器,用于传递与所述第二通信端口耦合的所述主机工作站和以所述第一操作模式的所述装置工作站之间的通信。
4.一种对总线系统中总线工作站进行操作的方法,所述总线工作站被作为在系统软件的控制下的装置工作站,包括与通信端口耦合的装置控制器,所述方法包括
配置操作系统,主机工作站驱动程序软件以及主机仿效软件;
通过主机工作站驱动程序软件以在主机控制器和操作系统之间通信信息;
为主机工作站驱动程序软件仿效主机控制器的存在;
为装置控制器仿效主机工作站驱动程序软件的存在;以及
在主机工作站驱动软件和装置控制器之间传递通信。
5.一种对总线系统进行操作的方法,所述总线系统包括第一总线工作站及第二总线工作站,所述第一总线工作站具有与装置通信端口耦合的装置控制器,所述第二总线工作站进一步包括第二通信端口,所述方法包括
在检测到与所述第二通信端口耦合的主机工作站的存在时,以第一模式操作所述第二总线工作站,以及
在检测到与所述第二通信端口耦合的主机工作站的不存在时,以第二模式操作所述第二总线工作站,以及
在系统软件的控制下,通过配置操作系统,主机工作站驱动程序软件以及主机仿效软件操作所述第一工作站;
通过主机工作站驱动程序软件以在主机控制器和操作系统之间通信信息;
为主机工作站驱动程序软件仿效主机控制器的存在;
为装置控制器仿效主机工作站驱动程序软件的存在;以及
在主机工作站驱动软件和装置控制器之间传递通信。
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