CN204595794U - Usb电脑切换器信号延长器及延长器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)电脑切换器信号延长器及延长器系统，包括一图像信号转换模块，用以将来自一主机的图像信号转换成差动信号；一虚拟USB集线器，用于与该主机通信；一第一虚拟USB设备，用于通过该虚拟USB集线器连接至该主机，且具有与一第一USB设备相同的端点设定数据，该第一USB设备属于一第一类别USB设备；一第二虚拟USB设备，用于通过该虚拟USB集线器连接至该主机，且具有与一第二USB设备相同的端点设定数据，该第二USB设备属于一第二类别USB设备，该第一类别与第二类别彼此相异；以及一微处理器，用于产生该虚拟USB集线器，并因应于通过一收发器所接收的该第一USB设备的端点设定数据与该第二USB设备的端点设定数据，产生该第一虚拟USB设备与该第二虚拟USB设备。

Description

USB电脑切换器信号延长器及延长器系统

技术领域

本实用新型是关于USB电脑切换器信号延长器及延长器系统，尤其是使用主动式虚拟USB技术于KVM延长器的传送端中映射接收端上USB设备的USB设备信号延长器。

背景技术

键盘(keyboard)、图像(video)以及鼠标(mouse)信号延长器(KVMextender)为远距离传送之一一项技术，其主要功能为允许使用者可在远端通过键盘、鼠标以及电脑萤幕显示器操控一电脑主机。图1A所示为现有技术的KVM延长器的系统10示意图。请参阅图1A，系统10包括一第一模块11与一第二模块21，皆作为KVM延长器的用。第一模块11配置于传送端，并通过一图像信号缆线101以及一USB信号缆线102与一电脑主机P1相连接。第二模块21配置于接收端，与一USB键盘D1及一USB鼠标D2相连接，并通过一图像信号缆线103与一显示器C1相连接。第一模块11与第二模块21的间则通过一第五或第六种类网络电缆传输线(CAT5/CAT6)104相连接。

图1B所示为图1A的系统功能框图。请参阅图1B，第一模块11中的USB设备控制器12会模拟成一特定的USB键盘与鼠标的设备，同时耦接一RS485的收发器13。电脑主机P1的图像输出信号依照R、G以及B的三原色的类比信号或其他的数位信号，通过图像转换IC15将图像信号转换成数位的差动(differential)信号。上述两种信号，经过电缆传输线104的四对对绞线，传送至第二模块21。

第二模块21中的USB主控制器22会运行特定的固件做为电脑主机的角色，通过USB集线器24，对所连接的键盘D1与鼠标D2执行列举的程序以及做数据收集、解析的操作。

当图像信号传送至图像转换IC25后，会再度转换回原先R、G以及B的三原色或数位信号，并输出至显示器C1。键盘D1与鼠标D2的操作数据经转换成USB设备控制器12所属的数据后，通过RS485的收发器23传送至RS485的收发器13、USB设备控制器12，最后传送至电脑主机P1。

目前的KVM延长器虽然能连接USB键盘及USB鼠标，但如果使用者想要在第二模块21使用例如USB随身碟、USB印表机、USB光盘驱动器，则通常无法达成，所以附加效益及功能不够完整。另外，复杂功能的键盘、鼠标的原厂驱动程序或应用程序无法在系统10中使用，同时受限于第二模块21内微处理器(未图示)的有限资源及运作的固件程序，亦常无法成功解译最新型的USB键盘及鼠标的包数据，易产生兼容性的问题。

实用新型内容

本实用新型之一实施例公开一种USB电脑切换器信号延长器，包括一图像信号转换模块，用以将来自一主机的图像信号转换成差动信号；一虚拟USB集线器，用于与该主机通信；一第一虚拟USB设备，用于通过该虚拟USB集线器连接至该主机，且具有与一第一USB设备相同的端点设定数据，该第一USB设备属于一第一类别USB设备；一第二虚拟USB设备，用于通过该虚拟USB集线器连接至该主机，且具有与一第二USB设备相同的端点设定数据，该第二USB设备属于一第二类别USB设备，该第一类别与第二类别彼此相异；以及一微处理器，用于产生该虚拟USB集线器，并因应于通过一收发器所接收的该第一USB设备的端点设定数据与该第二USB设备的端点设定数据，产生该第一虚拟USB设备与该第二虚拟USB设备。

在本实用新型之一实施例中，该第一类别USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

在本实用新型之一实施例中，该第二类别USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

在本实用新型之一实施例中，该第一USB设备与该第二USB设备之一包括一USB音效设备，该USB电脑切换器信号延长器还包括一缓冲区以储存与该USB音效设备相关的数据包。

在本实用新型之一实施例中，还包括一存储器，用于储存通过该收发器所接收的该第一USB设备的类别信息与该第二USB设备的类别信息。

本实用新型的又一实施例公开一种USB电脑切换器信号延长器，包括一图像信号转换模块，用以将与一主机的图像信号相关的差动信号转换成该图像信号；一USB主控制器以及一USB集线器，用以耦接一第一USB设备与一第二USB设备，其中该第一USB设备属于一第一类别USB设备，该第二USB设备属于一第二类别USB设备，该第一类别与第二类别彼此相异；以及一微处理器，用于通过该USB主控制器以及该USB集线器列举该第一USB设备以取得该第一USB设备的端点信息与类别信息，以及列举该第二USB设备以取得该第二USB设备的端点信息与类别信息，并通过一收发器传出所取得的该第一USB设备的端点设定数据与类别信息以及该第二USB设备的端点设定数据与类别信息。

在本实用新型之一实施例中，该微处理器用于分析该主机与该第一USB设备或该第二USB设备的间传送的数据包，并借以决定该主机与该第一USB设备或该第二USB设备的间所欲传输的数据量。

在本实用新型之一实施例中，该第一USB设备与该第二USB设备之一包括一USB音效设备，该USB电脑切换器信号延长器还包括一缓冲区以储存与该USB音效设备相关的数据包。

本实用新型的又一实施例公开一种USB电脑切换器信号延长器系统，包括一第一模块，用以与一主机耦接，该第一模块用于产生一相应于该主机的虚拟USB集线器；以及一第二模块，用以与一USB设备耦接，并通过一电缆传输线与该第一模块耦接，该第二模块用于取得该USB设备的类别信息，并列举该USB设备以取得端点信息，以及将该类别信息与端点信息传送至该第一模块。

在本实用新型之一实施例中，该USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

在本实用新型之一实施例中，该第一模块包括一微处理器，该微处理器用于产生该虚拟USB集线器，并因应于该USB设备的端点信息，产生一相应于该USB设备的虚拟USB设备。

在本实用新型之一实施例中，该第二模块包括一微处理器，该微处理器用于分析该主机与该USB设备的间传送的数据包，并借以决定该主机与该USB设备的间所欲传输的数据量。

在本实用新型之一实施例中，该第二模块包括一微处理器，该微处理器用于分析该USB设备的端点信息，并借以决定该USB设备的类别信息。

在本实用新型之一实施例中，该USB设备包括一USB音效设备，该第一模块包括一缓冲区以储存与该USB设备相关的数据包。

在本实用新型之一实施例中，还包括另一第一模块，用以与该主机耦接，该另一第一模块用于产生一相应于该主机的虚拟USB集线器，其中该第二模块包括一相应于该第一模块的第一差动信号切换模块，以及一相应于该另一第一模块的第二差动信号切换模块。

本公开的上述实施例提供一种USB电脑切换器信号延长器，使用主动式虚拟USB的方式在电脑主机的传送端(transmitter site)中映射位于远方接收端(receiver site)上的USB鼠标、USB键盘、USB巨量设备、USB音效以及USB列表机或其他USB设备等。本公开的上述实施提供具有两个独立模块的KVM延长器，其中第一模块耦接于一电脑主机，第二模块耦接一显示器以及USB键盘、USB鼠标、USB巨量设备、USB音效设备以及USB打印机或其他USB设备。第一模块与第二模块间使用第五或第六种类网络电缆传输线(CAT5/CAT6)线材相互连接，其中第一模块可接收电脑主机的图像以及USB信号，并将图像信号经过转换IC以及将USB信号通过例如RS485IC转换后通过第五或第六种类网络电缆传输线内的四对对绞缆线分别载送至第二模块。第二模块除还原图像信号并于显示器显示电脑主机的图像画面外，也能将所连接的USB装置的相关信号转换并传送至第一模块，运用主动式虚拟USB的技术方式，让第二模块所连接的USB设备，与第一模块耦接的电脑主机连结，如同直接连接在电脑主机上。

上文中已经概略地叙述本实用新型的技术特征，为能更佳了解本实用新型，下文中将详细描述构成本实用新型权利要求标的其它技术特征。

就本实用新型所属技术领域中普通技术人员而言，应可了解基于下文中所公开的概念与特定实施例，便能轻易地修改或设计出其它结构而实现与本实用新型相同的目的。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者亦应可了解这类等效的建构并未脱离后附的权利要求所界定的本实用新型精神。

附图说明

图1A所示为现有技术的键盘、图像以及鼠标信号延长器(KVMextender)的系统框图；

图1B所示为图1A的系统功能框图；

图2所示为本实用新型一实施例的USB电脑切换器信号延长器的系统框图；

图3A所示为本实用新型一实施例的多地址USB设备控制器的框图；

图3B所示为本实用新型一实施例的USB主控制器的框图；

图3C所示为本实用新型一实施例的控制器的框图；

图4A所示为本实用新型一实施例的控制IN传输(主机接收数据)的流程示意图；

图4B所示为本实用新型一实施例的控制OUT传输(主机送出数据)的流程示意图；

图5A所示为本实用新型一实施例的中断IN传输(主机接收数据)的流程示意图；

图5B所示为本实用新型另一实施例的中断OUT传输(主机送出数据)的流程示意图；

图6A所示为本实用新型一实施例的巨量IN传输(主机接收数据)的流程示意图；

图6B所示为本实用新型一实施例的巨量OUT传输(主机送出数据)的流程示意图；

图7A所示为本实用新型一实施例的等时IN传输(主机接收数据)的流程示意图；

图7B所示为本实用新型一实施例的等时OUT传输(主机送出数据)的流程示意图；以及

图8所示为本实用新型一实施例的USB电脑切换器信号延长器的系统框图。

其中，附图标记说明如下：

10键盘、图像以及鼠标信号延长器系统

11 第一模块

12USB设备控制器

13RS485收发器

15图像转换IC

20USB电脑切换器(KVM)信号延长器系统

21第二模块

22USB主控制器

23RS485收发器

24USB集线器

25图像转换IC

31第一模块

32多地址USB设备控制器

33第一收发器

35第一图像信号转换模块

41第二模块

42USB主控制器

43第二收发器

45第二图像信号转换模块

52控制器

80USB电脑切换器(KVM)信号延长器系统

101USB信号缆线

102图像信号缆线

103图像信号缆线

104电缆传输线

321微处理器

325存储器

327USB设备控制高速暂存储存器

328多地址USB设备控制器模块

421微处理器

425存储器

426USB集线器

427USB主控制器高速暂存储存器

428USB主控制器模块

521微处理器

525存储器

C1～C4显示器

D1USB键盘

D2USB鼠标

D3USB巨量设备

D4USB音效设备

F1～F4差动信号切换模块

T1～T4第一模块

P1～P4电脑主机

R第二模块

VU0虚拟USB集线器

VU11虚拟USB设备1

VU12虚拟USB设备2

VU13虚拟USB设备3

VU14第二虚拟USB设备4

具体实施方式

在USB的规范中，明确订立USB周边设备与USB主机的沟通方式。每个USB周边设备都具有一设备地址(device address)以及多个端点地址(endpoint address)。主机与端点的通信，则通过所谓的管线(pipe)所构成的，一旦管线建立好的后，主机就可以根据每个端点的特性做不同目的的传输。所以对于USB的通信，可以将其视为一种虚拟管线的概念，例如在整个USB的通信中包括了一个大的虚拟管线(USB汇流排)以及高达127个小的虚拟管线，而每一个小的虚拟管线可比拟为USB设备。又，每一个小虚拟管线又可再细分为许多的微虚拟管线，这些微虚拟管线可比拟为端点(endpoint)。在一个单独的小虚拟管线内最多可再分割成15组的微虚拟管线(端点)，也就是可对15个输出/入的端点(共30个)定址。

如上所述，USB的间的通信是通过虚拟管线的观念来对应到实际的设备端点缓冲区存储器中，其实践的方式是在每个通信数据包开始的前端，使用一个执照(token)包数据载明接收方的设备地址以及端点地址，接着再传送数据(data)区块，最后再以交握(handshake)包来确定数据传送成功。所以执照、数据、交握是所有标准USB传输的规范。大致上一项USB传输交易(transaction)即由执照、数据、交握包所构成。此外，USB的执照包中定义了4种型态，分别为OUT/IN/SOF/SETUP。如果USB设备收到一个OUT(主机至设备)执照包，则表示该USB设备将会从主机接收到数据；如果收到一个IN(设备至主机)执照包，则表示该USB设备将会传送数据给主机；如果收到一个SOF(start of frame)执照包，则为一个同步信号；如果收到了一个SETUP执照包，则表示主机将会使用endpoint0传送或接收数据。上述4种执照包中OUT/IN/SETUP需要USB设备做进一步的回应及处理，SOF则无。

又，在USB的规范中，多的USB设备装置必须通过集线器(HUB)来与电脑主机相连接，主机对于集线器的下USB设备的通信则必须通过集线器来转送。

当USB主机侦测到有USB设备接入时，USB主机会使用列举(enumerate)的机制来获悉USB设备的总类、性质、特性以及端点所支援的数据传输方式。目前端点数据传输类别共有4种：分别为控制(control)、巨量(bulk)、等时(isochronous)以及中断(interrupt)传输。列举为USB主机要求获得USB设备各种叙述表的一个总称，该等叙述表包括：设备叙述表(device descriptor)、组态叙述(configuration descriptor)、介面叙述表(interface descriptor)与端点叙述表(endpoint descriptor)等等。列举完成的后，主机即会按照组态叙述中所设定的数据传输类别，与USB设备的端点进行数据传送。控制、巨量、等时以及中断等数据传输皆有其标准的方式，所有的传输都有一个数据传输阶段(data stage)以及状态阶段(statusstage)，但控制传输可能无数据传输阶段，而只有状态阶段。在USB的规范中，当USB设备无法来得及处理主机的要求时，可以在数据传输阶段或是状态阶段传送一个NAK(negative acknowledgement；否定应答)信号，此时主机会在固定时间的后，再重复一次相同的传输，此即USB设备流量控制的机制。

图2所示为本实用新型一实施例的USB电脑切换器信号延长器的系统20框图。请参阅图2，系统20包括一第一模块31与一第二模块41，皆作为KVM延长器的用。第一模块31配置于传送端，并与一主机P1耦接。第二模块41则配置于接收端，并与多个USB设备耦接。第一模块31与第二模块41的间通过一电缆传输线104相连接，例如是第五或第六种类(CAT5/CAT6)网络电缆传输线。于本实用新型的实施例中，主机P1包括个人电脑、手提电脑、平板电脑及智慧型手机。USB设备则包括USB人机操作介面装置、USB储存装置、USB印表机或其他USB电子设备。

第一模块31包括一多地址USB设备控制器32、一第一收发器33以及一第一图像信号转换模块35。多地址USB设备控制器32通过一USB信号缆线101与主机P1耦接。第一图像信号转换模块35通过一图像信号缆线102，例如是电脑VGA萤幕图像信号缆线，与主机P1耦接。于此实施例中，第一收发器33包括一RS485收发器。虽以RS485作为传输的媒介界面，但可轻易修改成任一长程的通信界面，而仍有相同的效果。

第二模块41包括一USB主控制器42、一第二收发器43以及一第二图像信号转换模块45。USB主控制器42用于与至少一USB设备相耦接。如本实施例所示，这些USB设备包括USB键盘D1、USB鼠标D2、USB巨量设备如USB储存碟D3、以及USB音效设备D4。第二图像信号转换模块45通过一图像信号缆线103与一显示器C1，例如一电脑VGA显示萤幕，相耦接。于此实施例中，第二收发器43包括一RS485收发器。

于本实用新型的实施例中，第一模块31中的第一图像信号转换模块35将主机P1所输出的VGA图像信号依照R、G、B三原色的类比(analog)信号加以转换成数位差动(differential)信号并混和H、V的水平以及垂直同步信号，通过电缆传输线104中的三对对绞线传送至第二模块41的第二图像信号转换模块45。第二图像信号转换模块45将此数位差动信号再转换并分离成原先的R、G、B三原色的类比信号以及H、V的水平、垂直同步信号，最后将图像输出至显示器C1。

此外，第一模块31中的多地址USB设备控制器32将第二模块41所连接的USB键盘D1、USB鼠标D2、USB储存碟D3以及USB音效设备D4等USB设备，以虚拟的方式对所耦接的主机P1模拟及映射出同样的USB设备。虽然此些USB设备并未实质地耦接至主机P1，但对脑主机P1而言就如同是实际地连接上该些USB设备一般。

另一方面，第二模块41内的USB主控制器42对所连接的USB键盘D1、USB鼠标D2、USB储存碟D3以及USB音效设备D4等USB设备扮演USB主机(host)的角色，列举此等USB设备并取得其端点(endpoint)信息。USB主控制器42将该等USB设备的端点信息以既定的通信协定通过第二收发器43、第一收发器33传送至第一模块31，以便让第一模块31能据以建立该USB设备的虚拟USB。此外，USB主控制器42会根据该USB设备的类别(class)，主动取得该类别USB设备所需的信息，并传送至第一模块31的多地址USB设备控制器32加以储存。当主机P1对该USB虚拟设备做所属类别信息查询时，多地址USB设备控制器32能立即加以回应，减少因远程通信所产生效率不彰的问题。此即为本公开的主动式虚拟USB的技术方法。

图3A所示为本实用新型一实施例的多地址USB设备控制器32的框图。请参阅图3A，多地址USB设备控制器32位于第一模块31内，包括一微处理器321、一存储器325、一多地址USB设备控制器模块328以及一USB设备控制高速暂存储存器327。

微处理器321自内部或外部的存储器(例如快闪存储器)载入固件程序，并通过USB设备控制高速暂存储存器327来控制多地址USB设备控制器模块328。多地址USB设备控制器模块328内有独立的USB实体层(S.I.E./PHY)以及收发器(transceiver)来转换、传送以及解译USB电性信号。在USB设备控制高速暂存储存器327中有独立的地址(address)管理器及端点(endpoint)管理器，端点记忆缓冲区则位于存储器325中。

微处理器321用于于多地址USB设备控制器模块328对应的USB设备控制高速暂存储存器327中填入一虚拟集线器VU0的地址及端点等设定参数数据，并模拟成一独立的虚拟USB集线器。主机P1对虚拟USB集线器VU0所发送的USB电性信号皆交由此虚拟USB集线器VU0来接收并做出相对应的正确回馈信息。自此的后，主机P1对第一模块31内的任何USB设备的通信皆会交由虚拟USB集线器VU0来转送及接收。

又，微处理器321依据来自第二模块41内的USB主控制器42所取得的USB设备的端点信息，于存储器325中建立相对应于USB键盘D1、USB鼠标D2、USB储存碟D3以及USB音效设备D4的虚拟USB设备VU11、VU12、VU13以及VU14。主机P1通过虚拟USB集线器VU0对此等虚拟USB设备VU11、VU12、VU13以及VU14通信。

在本实用新型一实施例中，存储器325包括随机存取存储器。又，多地址USB设备控制器32包括例如：现场可编程辑闸阵列(Field-Programmable Gate Arrays,FPGA)晶片、特殊应用积体电路(Application-specific integrated circuit,ASIC)或一系统晶片(System onChip,SOC)。

图3B所示为本实用新型一实施例的USB主控制器42的框图。请参阅图3B，第二模块41内的USB主控制器42包括一微处理器421、一存储器425、一USB主控制器模块428、一USB主控制器高速暂存储存器427以及一USB集线器426。

微处理器421经建构自内部闪存存储器载入固件程序，以模拟USB主机的角色。又，微处理器421通过USB主控制器高速暂存储存器427来控制控制USB主控制器模块428，并对USB集线器426发出USB设备插入或移除的状态侦测命令。当检测到某一USB设备(例如USB键盘D1)插入的事件发生时，微处理器421即会按照标准的列举步骤，对USB键盘D1完成列举的程序，同时赋予USB键盘D1一个实际的设备地址(physical device address)。USB主控制器模块428对列举所取得的USB键盘D1的组态叙述(configuration descriptor)做分析解译，以便解析出所使用端点的基本数据，包括端点号码(endpoint number)、端点地址(endpoint address)、端点传输种类(control/bulk/interrupt/isochronous)，以及端点大小(endpoint package size)。

微处理器421将列举阶段所取得的端点基本数据，通过第二收发器43、第一收发器33传送至第一模块31。在第一模块31中，多地址USB设备控制器32内的微处理器321在USB设备控制高速暂存储存器327填入虚拟USB键盘VU11的预设地址(default address 0)及端点等设定参数数据，据以建立与所列举的USB键盘D1完全相同的端点设定，从而建立该USB设备的虚拟USB设备。多地址USB设备控制器模块328通过虚拟USB集线器VU0向主机P1报告该USB设备插入的事件。

当主机P1收到虚拟USB集线器VU0所产生的状态改变通知数据后，即开始对虚拟USB键盘VU11做列举的程序。主机P1会以标准的列举流程，先传送一控制传输至虚拟USB集线器VU0，即为多地址USB设备控制器32，此控制传输以设定执照包(Setup Token)为起始。该控制传输数据会交由多地址USB设备控制器32中的多地址USB设备控制器模块328来加以解译并与USB设备控制高速暂存储存器327中的地址管理器比对，是否有相对应的地址，如果比对成功，同时再比对端点管理器，是否有相对应的端点地址，如果一切符合，即将该数据包放置到存储器325中相对应的端点记忆缓冲区内，并对微处理器321产生一中断信号。当微处理器321收到此中断信号后，即会对位于存储器325中的端点记忆缓冲区内的所传送的设定数据包(Setup Data Packet)内容来加以分析。

微处理器421亦用于根据该USB设备的类别(class)来运作该类别的驱动控制固件，主动取得该类别USB设备所需的信息，并传送至第一模块31的多地址USB设备控制器32加以储存。当主机P1对该USB虚拟设备做所属类别信息查询时，多地址USB设备控制器32便能立即加以回应。

在本实用新型一实施例中，存储器425包括随机存取存储器。又，USB主控制器42包括例如：现场可编程辑闸阵列(field-programmable gatearrays,FPGA)晶片、特殊应用积体电路(application-specific integratedcircuit,ASIC)或一系统晶片(system on chip,SOC)。

图3C所示为本实用新型一实施例的控制器52的框图。请参阅图3C，控制器52包括一微处理器521、一存储器525、详如图3A所示的多地址USB设备控制器模块328与USB设备控制器高速暂存储存器327以及详如图3B所示的USB主控制器模块428、USB主控制器高速暂存储存器427与USB集线器426。

微处理器521整合图3A的微处理器321与图3B的微处理器421的功能，用于如图3A的微处理器321般建立虚拟USB集线器VU0以及虚拟USB设备VU11、VU12、VU13以及VU14，也可如图3B的微处理器421般对USB键盘D1、USB鼠标D2、USB储存碟D3以及USB音效设备D4等USB设备予以列举。又，存储器525用于支援微处理器521的整合功能。因此，在本实用新型之一实施例中，控制器52可配置于图2的第一模块31中，取代多地址USB设备控制器32。在本实用新型的另一实施例中，控制器52可配置于图2的第二模块41中，取代USB主控制器42。此外，多地址USB设备控制器32以及USB主控制器42也可同时分别由控制器52取代，以方便产品料件备料及节省成本。在本实用新型的又一实施例中，第一模块31与第二模块41是整合于一晶片中。

图4A所示为本实用新型一实施例的控制IN传输(主机接收数据)的流程示意图。请参阅图4A，如果分析Setup Data Packet内容为IN(主机接收数据)时，微处理器321会按照图4A来处理控制传输(control transfer)的数据IN转送流程。首先对于主机P1随后所产生的IN Token皆会先暂时以流量管制(flow control)的机制回应NAK(否定应答)。随后立即将该Setup Token以及Setup Data Packet数据，由第一收发器33传送至第二模块41的第二收发器43，最后经转换后交由第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421来接收。微处理器421内部的类别驱动程序对该些控制传输做出分析后，取得设备地址及端点地址，将设备地址改成设备实际地址，再通过USB主控制器模块428以及USB集线器426，将该数据输出至USB键盘D1。通过分析，类别驱动程序可以得知此次需要获取多少数量的数据，通过类别驱动程序中主动机制的设计，在输出Setup执照(token)以及Setup Data Packet后，即开始向USB键盘D1产生INToken直到获得足够数量的数据，然后对USB键盘D1完成状态阶段(Status Stage)，结束该控制传输。该些回馈数量的数据会通过第二收发器43再传送至第一模块31的第一收发器33，经转换后由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收。接收完成的后，在主机P1传送下一个IN执照(Token)至多地址USB设备控制器模块328时，多地址USB设备控制器模块328会将该些数据内容一一回馈给主机P1，最后与主机P1完成Status Stage的交握动作。经过上述一连串的动作，即可以完成控制IN传输的数据转送。

图4B所示为本实用新型一实施例的控制OUT传输(主机送出数据)的流程示意图。请参阅图4B，如果第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321分析Setup Token以及Setup Data Packet的内容为OUT(主机接收数据)时，微处理器321会按照图4B来处理控制传输OUT数据的转送流程。首先微处理器321会对于主机P1所传送的SetupPacket Data作分析，得到主机P1对该控制传输所要输出的数据量，即在存储器325中安排一暂存区来存放随后主机P1所产生的数据量。接着对于主机P1在控制传输中的数据阶段(Data Stage)所传送的每一OUT数据包皆以ACK(肯定应答)回应，并同时将该些OUT Data储存于存储器325的暂存区中。待主机P1进入Status Stage后，对主机P1所产生的IN Token皆会暂时以流量管制的机制回应NAK。微处理器321随即将所收集的Setup Data Packet以及该些OUT Data数据，通过第一收发器33传送至第二模块31的第二收发器43。第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421接收到该些控制传输的数据包后，立即由类别驱动程序针对此Setup Data Packet做出分析，同时通过USB主控制器模块428以及USB集线器426将该些OUT数据输出至USB键盘D1。通过分析可以知道此次需要输出多少数量的数据，通过主动性机制的设计，输出该数量的控制传输OUT数据群包后，然后完成Status Stage阶段。而USB键盘D1对于该控制传输OUT的回应，则会由第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421接收，并通过第二收发器43再传回至第一模块31内的第一收发器33，经转换后由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收，然后在主机P1送出一IN执照(Token)时，以该回馈信息传送给主机P1，最后完成主机端Status Stage的交握动作。经过上述一连串的动作，即可以完成控制传输OUT的数据转送。

经过上述流程后，耦接于第一模块31的主机P1对于远端第二模块41的USB键盘D1的所有列举程序，皆如同发生在第一模块31内虚拟USB键盘VU11与主机P1的间，所以对主机P1而言，该USB键盘D1就如同是耦接在近端第一模块31一般。

当主机P1列举成功USB键盘D1的后，在远端的第二模块41内的USB主控制器42中的421微处理器会以类别驱动程序对USB键盘D1的组态叙述表(configuration descriptor)做分析，经过分析的后可以获知该USB设备所属的类别(class)，按照不同的类别，以及端点叙述表(endpointdescriptor)中的数据输、出入方向，随即以不同的方式，主动地对该设备类别(class)的端点(endpoint)作相对应的操作。以上述的USB键盘D1而言，经分析组态叙述(configuration descriptor)的后，可发现为人机介面操作(Human Interface Device，HID)，其主要的端点为控制(control)以及中断(interrupt)两类。控制传输即为上述图4A、图4B说明的列举流程，以下将以USB键盘D1来说明本公开对端点中断传输(Interrupt Transfer)的处理方式。

图5A所示为本实用新型一实施例的中断IN传输(主机接收数据)的流程示意图。请参阅图5A，当第二模块41内的USB主控制器42中的微处理器421以类别驱动程序对USB键盘D1的组态叙述表(configurationdescriptor)做分析的后，如若发现其中有中断(interrupt)输入时即会按照图5A的流程来处理。对于为中断传输的端点会有一项轮询时间(intervaltime)的设定，主机P1会按照此设定，每到一个轮询时间后即会对中断传输的端点产生一个中断传输要求，根据该特性主动式类别驱动程序经分析该USB设备的组态叙述表后，即会开始按照组态叙述表中所设定的轮询时间开始不断地对该USB设备的中断传输端点输出中断传输IN执照(Token)传输。一旦USB键盘D1有回复此中断传输数据后，该中断传输回复数据内容，会通过第二收发器43传送至第一模块31的第一收发器33，经转换后由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收。当主机P1对虚拟USB键盘VU11发出中断传输IN时，该中断传输IN回复数据即会传送回主机P1。

图5B所示为本实用新型另一实施例的中断OUT传输(主机接收数据)的流程示意图。请参阅图5B，当主机P1对虚拟USB键盘VU11发出中断传输OUT执照(Token)的传输时，此OUT执照(Token)以及OUT数据包(Data Packet)的传输要求皆会由第一模块31的多地址USB设备控制器32来接收并以ACK回复主机P1。当结束该中断OUT传输后，该中断传输OUT的内容，由微处理器321通过第一收发器33传送至第二模块43的第二收发器43，经转换后由第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421接收，该中断OUT传输的数据包，立即由类别驱动程序在下一次对USB键盘D1发出中断传输OUT时输出。由上述图5A、图5B的说明，足以说明远端第二模块41的USB键盘D1可由近端第一模块31所耦接的主机P1做正常的列举程序的外，USB键盘D1的操作数据也可正常传送至主机P1。

主机P1对于其它USB设备如USB鼠标D2(其数据传输方式为中断传输)、USB储存碟D3(巨量传输)以及USB音效D4(等时传输)等设备，皆能按照上述图4A、图4B的说明，完成远端USB设备的列举，其中USB鼠标D2与USB键盘D1为同一类别的设备，自可依照上述图5A、图5B的说明，将远端USB鼠标D2，由虚拟USB鼠标VU12映射至主机P1。

USB储存碟D3(巨量传输)属储存类别(USB mass storage class)的设备，所使用的基本传输方式为巨量(bulk)传输，而其所使用的数据传输协定(protocol)，有数种不同的种类，以目前市场多数的USB储存碟而言，该类型设备所使用的传输协定为BOT(Bulk Only Transport)，现以图6A、图6B来说明KVM延长器如何让主机P1达成对USB储存碟D3要求读取数据的流程。

图6A所示为本实用新型一实施例的巨量IN传输(主机接收数据)的流程示意图。请参阅图6A，当主机P1需要对USB储存碟D3读取或写入数据时，皆会以下列三个阶段完成:(1)CBW(Command Block Wrapper)数据输出；(2)Data Packets数据输出/输入；以及(3)CSW(Command StatusWrapper)数据输入等来完成。根据此原则，当主机P1送出CBW的巨量传输OUT时，该数据由第一模块31的多地址USB设备控制器32来接收并由其中的微处理器321来加以判断。当判断为CBW包，并且为要求输入时，除对于主机P1后续所要求的巨量传输IN则暂时持续地回复NAK，同时将该CBW数据包由第一模块31内的第一收发器33传送至第二模块41的第二收发器43，经转换后由第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421接收。该CBW数据包立即由类别驱动程序来加以判断及处理，并分析欲读取的数据长度。接着将该CBW数据包输出至USB储存碟D3，并依照主机P1所要求的输入数据位元组数量，对USB储存碟D3产生巨量传输IN的要求。待读取完成所需要的数据量后，读取CSW，接着将该些回馈数量的数据包以及CSW，通过第二收发器43传回至第一模块31的第一收发器33。经转换后由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收，然后一一回复给主机P1，最后输出CSW，完成主机P1需要对USB储存碟D3数据读取的完整流程。

图6B所示为本实用新型一实施例的巨量OUT传输(主机送出数据)的流程示意图。请参阅图6B，当主机P1需要对USB储存碟D3写入数据而送出CBW的巨量传输OUT时，该CBW数据由第一模块31的多地址USB设备控制器32来接收并由其中的微处理器321来加以判断。当判断为CBW包，并且为要求输出时，则开始对于主机P1后续所传送的巨量传输OUT数据持续地回复ACK并予以接收，同时将该CBW数据封以及巨量传输OUT数据包暂存于存储器335中。当主机P1输出一巨量传输IN要求读取CSW时，则暂时持续地回复NAK，同时将该CBW及巨量传输OUT数据包群，由第一模块31内的第一收发器33传送至第二模块41的第二收发器43，经转换后由第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421接收。该些数据包立即由类别驱动程序来加以判断及处理并分析欲写入的数据数量，接着将该CBW以及巨量传输OUT数据包群输出至USB储存碟D3，然后对USB储存碟D3产生巨量传输IN的要求，读取CSW数据包。接着将该CSW的数据包，通过第二收发器43传回至第一模块31的第一收发器33，经转换后由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收，然后输出CSW巨量传输IN数据包回复主机P1，完成主机P1需要对USB储存碟D3数据写入的完整流程。

按照图6A、图6B的说明，第二模块41的USB储存碟D3可以完整地让远端的主机P1完成正确的数据读取以及写入。除USB储存碟为巨量传输外，USB列表机亦为巨量传输的设备，依照图4A、图4B的说明以及图6A、图6B的基本原则，修改主动式的程序，而也能加入对于USB列表机的支援。

USB音效设备为声音类别(audio class)，此类设备使用等时传输(Isochronous Transfer)，其代表为USB扬声器(Isochronous Out)以及USB麦克风(Isochronous In)。此类别的设备，最大的特性为为每隔一轮询时间(interval time)即会产生一等时In或等时Out的传输，每一个等时In或等时Out并无主机与设备间的状态阶段(Status Stage)，纯粹只有数据阶段(Data Stage)。在本实用新型的KVM延长器的系统中，依照设计分别会有第一模块31端的主机P1对虚拟USB音效设备VU14的轮询周期以及第二模块41主动式类别驱动程序对USB音效设备D4的轮询周期，此二者间存在一时间差异常数A，此差异常数A为0～1ms(毫秒,0.001秒)的间，且又再经过第二收发器43、第一收发器33的传送接收，又产生另一时间差异常数B。时间差异常数A+时间差异常数B的总和则介于1～2ms，意谓主机P1实际收到USB音效设备D4的等时In数据包与实际USB音效设备D4所发生的数据包有1～2数据包数量的差异，因此在第一模块31端需要一个至少能容纳2笔数据量的先进先出的环状缓冲区(FIFO ringbuffer)，同时采用当缓冲区满溢时，则将第一个缓冲数据去除，其后数据往前递补的方式，故称的为递补式缓冲区。通过此特殊设计主机P1与USB音效设备D4的间存在一常数延迟时间的效应，其值最大为2ms，但不会丢失数据，以电脑目前每秒60张画面(fps)的设计而言，每一画面的停格时间为16ms，故即使是有2ms的声音延迟，但对于人类听觉及视觉的同步上，并不会有显著的差异。

图7A所示为本实用新型一实施例的等时IN传输(主机接收数据)的流程示意图。请参阅图7A，当主动式类别驱动程序依据组态叙述(configuration descriptor)中所设定轮询时间(interval time)对USB音效设备D4持续产生等时传输IN的执照(Token)包。当USB音效设备D4产生一等时传输IN数据包(Data Packet)时，该等时传输IN数据包通过第二收发器43传送至第一模块31的第一收发器33，经转换后由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收，并存放至第一模块31中的递补式缓冲区内。当主机P1对虚拟USB音效设备VU14产生一等时传输IN的执照(Token)包时，即将递补式缓冲区中第一个等待的数据输出至主机P1。

图7B所示为本实用新型一实施例的等时OUT传输(主机送出数据)的流程示意图。请参阅图7B，当主机P1依据组态叙述(configurationdescriptor)中所设定轮询时间(interval time)对虚拟USB音效设备VU14持续产生等时传输OUT的执照(Token)包，以及等时传输OUT数据包时，该等时传输OUT的执照(Token)包，以及等时传输OUT数据包由第一模块31的多地址USB设备控制器32内的微处理器321来接收。即通过第一模块31内的第一收发器33传送至第二模块41的第二收发器43，经转换后由第二模块41的USB主控制器42内的微处理器421接收，并存放至第二模块41中的递补式缓冲区内，当主动式类别驱动程序依据组态叙述(configuration descriptor)中所设定轮询时间(interval time)对USB音效设备D4产生等时传输OUT的执照(Token)包时，即将递补式缓冲区中第一个等待的数据输出至USB音效设备D4。

按照图7A、图7B的说明，第二模块41端的USB音效设备D4可以完整地让远端的主机P1完成正确的数据读取以及写入。

图8所示为本实用新型一实施例的USB电脑切换器信号延长器的系统80框图。请参阅图8，系统80包括多个第一模块T1、T2、T3、T4以及单一第二模块R，以主动式虚拟USB技术将第二模块R端的USB设备同时让该多个第一模块T1、T2、T3、T4同时分享使用。

第一模块T1、T2、T3、T4的构造与图2所示的第一模块31相类同，且第二模块R的构造与图2所示的第二模块41相类同，惟第二模块R中则包括与第一模块T1、T2、T3、T4相对应数量的差动信号切换模块DF1、DF2、DF3、DF4。第一模块T1、T2、T3、T4通过电缆传输线104(例如CAT5信号线)与相对应的差动信号切换模块DF1、DF2、DF3、DF4相接，该对应的差动信号切换模块DF1、DF2、DF3、DF4则通过图像信号缆线103与显示器C1、C2、C3、C4端口相接。差动信号切换模块DF1、DF2、DF3以及DF4则由第二模块R的USB主控制器42内的微处理器421来控制。

当第二模块R欲与第一模块T1相连接时，则只需控制将差动信号切换模块DF1打开，将其它差动信号切换模块DF2、DF3以及DF4关闭，即可依照图2实施例的说明，以主动式虚拟USB技术将第二模块R，接收端上所有USB设备映射至第一模块T1，而让主机P1来使用。

同理，主机P2、主机P3以及主机P4可依照相同原则与远端第二模块R的连接。当远端第二模块R与其中第一模块T1相连接时，主机P1可通过第一模块T1中虚拟USB装备与远端第二模块R中的相对应的USB设备相互通信。但主机P2、主机P3以及主机P4亦有可能在此时欲与远端第二模块R中的相对应的USB设备通信，此时相应的第一模块T2、第一模块T3以及第一模块T4会以NAK的回应，暂时回馈给相对应的主机P2、P3以及P4，待远端第二模块R切换并实质连结时，该对应第一模块才会将该通信传送至远端第二模块R。

虽然上述实施例以四个独立第一模块为例，但可增加差动信号切换模块的数量而达成高于四个第一模块的架构。

本公开的上述实施例提供一种USB信号延长器(KVM extender)，使用主动式虚拟USB的方式在电脑主机的传送端(transmitter site)中映射位于远方接收端(receiver site)上的USB鼠标、USB键盘、USB巨量设备、USB音效以及USB列表机或其他USB设备等。本公开的实施例能够让一个USB设备，如USB键盘、USB鼠标等不同的装置能同时出现在两台主机以上的装置表中，通过虚拟切换的方式，让USB键盘、USB鼠标切换至不同的电脑主机时，无需等待设备列举的耗时动作，而能立即使用。此外，在电脑装置表中所出现的USB键盘、USB鼠标与实际的USB键盘、USB鼠标设备一致，而无任何差异，因而原厂所提供的驱动程序依然可以运作。

本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而本实用新型所属技术领域中具有通常知识者应了解，在不背离后附权利要求所界定的本实用新型精神和范围内，本实用新型的教示及公开可作种种的替换及修饰。

此外，本案的权利范围并不局限于上文公开的特定实施例的系统、装置、方法或步骤。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者应了解，基于本实用新型教示及公开系统、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发者，其与本案实施例公开者是以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，也可使用于本实用新型。因此，以下的权利要求是用以涵盖用以此类系统、装置、方法或步骤。

Claims (17)

1.一种USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，包括：

一图像信号转换模块，用以将来自一主机的图像信号转换成差动信号；

一虚拟USB集线器，用于与该主机通信；

一第一虚拟USB设备，用于通过该虚拟USB集线器连接至该主机，且具有与一第一USB设备相同的端点设定数据，该第一USB设备属于一第一类别USB设备；

一第二虚拟USB设备，用于通过该虚拟USB集线器连接至该主机，且具有与一第二USB设备相同的端点设定数据，该第二USB设备属于一第二类别USB设备，该第一类别与第二类别彼此相异；以及

一微处理器，用于产生该虚拟USB集线器，并因应于通过一收发器所接收的该第一USB设备的端点设定数据与该第二USB设备的端点设定数据，产生该第一虚拟USB设备与该第二虚拟USB设备。

2.如权利要求1的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该第一类别USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

3.如权利要求1的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该第二类别USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

4.如权利要求1的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该第一USB设备与该第二USB设备之一包括一USB音效设备，该USB设备信号延长器还包括一缓冲区以储存与该USB音效设备相关的数据包。

5.如权利要求1的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，还包括：

一存储器，用于储存通过该收发器所接收的该第一USB设备的类别信息与该第二USB设备的类别信息。

6.一种USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，包括：

一图像信号转换模块，用以将与一主机的图像信号相关的差动信号转换成该图像信号；

一USB集线器，用以耦接一第一USB设备与一第二USB设备，其中该第一USB设备属于一第一类别USB设备，该第二USB设备属于一第二类别USB设备，该第一类别与第二类别彼此相异；以及

一微处理器，用于通过该USB集线器列举该第一USB设备以取得该第一USB设备的端点信息与类别信息，以及列举该第二USB设备以取得该第二USB设备的端点信息与类别信息，并通过一收发器传出所取得的该第一USB设备的端点设定数据与类别信息以及该第二USB设备的端点设定数据与类别信息。

7.如权利要求6的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该第一类别USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

8.如权利要求6的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该第二类别USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

9.如权利要求6的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该微处理器用于分析该主机与该第一USB设备或该第二USB设备的间传送的数据包，并借以决定该主机与该第一USB设备或该第二USB设备的间所欲传输的数据量。

10.如权利要求6的USB电脑切换器信号延长器，其特征在于，其中该第一USB设备与该第二USB设备之一包括一USB音效设备，该USB设备信号延长器还包括一缓冲区以储存与该USB音效设备相关的数据包。

11.一种USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，包括：

一第一模块，用以与一主机耦接，该第一模块用于产生一相应于该主机的虚拟USB集线器；以及

一第二模块，用以与一USB设备耦接，并通过一电缆传输线与该第一模块耦接，该第二模块用于取得该USB设备的类别信息，并列举该USB设备以取得端点信息，以及将该类别信息与端点信息传送至该第一模块。

12.如权利要求11的USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，其中该USB设备包括一USB键盘、一USB鼠标、一USB巨量设备、一USB音效设备以及一USB打印机的至少其中之一。

13.如权利要求11的USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，其中该第一模块包括一微处理器，该微处理器用于产生该虚拟USB集线器，并因应于该USB设备的端点信息，产生一相应于该USB设备的虚拟USB设备。

14.如权利要求11的USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，其中该第二模块包括一微处理器，该微处理器用于分析该主机与该USB设备的间传送的数据包，并借以决定该主机与该USB设备的间所欲传输的数据量。

15.如权利要求11的USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，其中该第二模块包括一微处理器，该微处理器用于分析该USB设备的端点信息，并借以决定该USB设备的类别信息。

16.如权利要求11的USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，其中该USB设备包括一USB音效设备，该第一模块包括一缓冲区以储存与该USB设备相关的数据包。

17.如权利要求11的USB电脑切换器信号延长器系统，其特征在于，还包括：

另一第一模块，用以与该主机耦接，该另一第一模块用于产生一相应于该主机的虚拟USB集线器，

其中该第二模块包括一相应于该第一模块的第一差动信号切换模块，以及一相应于该另一第一模块的第二差动信号切换模块。