DE102004059022A1

DE102004059022A1 - Method for extension of Universal Serial Bus (USB)-port of computer unit involves analyzing specific USB data transfer and suitably separates lost and returning unidirectional data transfer

Info

Publication number: DE102004059022A1
Application number: DE200410059022
Authority: DE
Inventors: Horst Brehm
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-14

Abstract

The method involves analyzing specific USB data transfer and suitably separating incoming and returning unidirectional data transfer. The incoming and the returning data transfer is implemented at most by two twisted pair lines whereby the data transfer takes place by means of Low Voltage Differential Signals (LVDS). Independent claims are also included for the following: (A) Electrically programmable logic component; (B) Circuit; and (C) Application for the circuit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen elektrischen Logikbaustein zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle einer Rechnereinheit. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Schaltung.The The present invention relates to a method and an electrical Logic module for extension a USB interface a computer unit. Furthermore, the present invention relates a corresponding circuit.

Ein sogenannter "Universal Serial Bus" (USB, deutsch: universeller, serieller Bus) ist eine preiswerte, serielle Schnittstelle, die bidirektional und isochron arbeitet. Es handelt sich dabei um einen Schnittstellenstandard für einen Anschluss von peripheren Geräten an eine Rechnereinheit bzw. einen Computer in einem Netzwerk. Bei einer Datentransferrate von 12 Mbit/s eignet sich der USB in der Version 1.1 besonders für Peripheriegeräte mit kleinem bis mittlerem Datenaufkommen. In diese Kategorie fallen bspw. eine Tastatur, eine Maus, ein Scanner, ein Drucker, Telefone, ein Joystick oder einfache Wechselplatten und CD-ROM-Laufwerke. Der USB wurde bereits 1993 von Intel und Microsoft sowie Compaq, DEC, IBM PC Company, NEC und Northern Telecom definiert. Der USB ist eine komfortable Alternative zu den seriellen und parallelen Schnittstellen. Der USB besteht aus vielen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die in mehreren Ebenen sternförmig angeordnet sind. Damit ist der USB kein Bus im herkömmlichen Sinn. Die Bezeichnung Bus ist im Bereich der Datenverarbeitung die umgangssprachliche Abkürzung von Datenbus. Ein Datenbus ist ein Leitungssystem mit zugehörigen Steuerungskomponenten, das zum Austausch von Daten und/oder Energie zwischen Hardwarekomponenten dient. Bussysteme finden Anwendung insbesondere innerhalb von Computern und zur Verbindung von Computern mit Peripheriegeräten, aber auch in der Ansteuerung von Maschinen sowie immer häufiger in Automobilen zur Verbindung von elektronischen Einzelsystemen eines Fahrzeugs.One so-called "universal Serial Bus "(USB, German: universal, serial bus) is a cheap, serial Interface that works bidirectionally and isochronously. It deals this is an interface standard for a connection of peripheral devices to a computer unit or a computer in a network. at a data transfer rate of 12 Mbit / s is the USB in the Version 1.1 especially for peripherals with small to medium data volumes. Fall into this category eg a keyboard, a mouse, a scanner, a printer, telephones, a joystick or simple removable disks and CD-ROM drives. The USB was already released in 1993 by Intel and Microsoft as well as Compaq, DEC, IBM PC Company, NEC and Northern Telecom. The USB is a comfortable alternative to serial and parallel Interfaces. The USB consists of many point-to-point connections, the star-shaped in several planes are arranged. Thus, the USB is no bus in the conventional Sense. The term bus is in the field of data processing colloquial abbreviation from data bus. A data bus is a line system with associated control components, the for exchanging data and / or energy between hardware components serves. Bus systems find application, especially within computers and for connecting computers to peripherals, but also in the control of machines as well as increasingly in Automobiles for the connection of individual electronic systems Vehicle.

Der USB ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Bus als kombinierte Stern-Bus-Struktur ausgelegt. An der Spitze steht dabei en sogenannter USB-Hostadapter in einem entsprechenden Computer. Mittels eines USB können bis zu 127 Geräte in Reihe geschaltet werden. USB-Geräte lassen sich sogar bei laufendem Betrieb anschließen und können sofort benutzt werden. Fast alle neueren Recheneinheiten bzw. Computer verfügen über mindestens einen sogenannten USB-Port.Of the USB is as compared to a conventional bus as a combined Star bus structure designed. At the top is the so-called USB host adapter in a corresponding computer. By means of a USB can up to 127 devices be connected in series. USB devices can even be powered up Connect operation and can be used immediately. Almost all newer computing units or computers have at least a so-called USB port.

Im Bereich der USB-Anwendung wird ein virtueller Kommunikationskanal als sogenannter "Pipe" und ein Gerät als "Knoten" bezeichnet. Der Bus-Teilnehmer ist eine Funktion oder ein Knoten. Eine Adressierung erfolgt bei USB mit sieben Adressenbits und vier sogenannten "Endpoint"-Bits. Formal erhält man damit 127 Geräteadressen mit maximal 15 Unteradressen im Gerät.in the The area of the USB application becomes a virtual communication channel referred to as a so-called "pipe" and a device as a "node". Of the Bus-subscriber is a function or a node. An addressing takes place on USB with seven address bits and four so-called "endpoint" bits. Formally, this gives 127 device addresses with a maximum of 15 subaddresses in the device.

Der USB, der eigentlich kein Bus ist, stellt sich als hierarchischer Sternverteiler oder als Pyramide mit mehreren Ebenen dar. Die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen laufen sternförmig in einem sogenannten Hub zusammen, der ggf. wiederum mit einer Leitung am hierarchisch nächsthöheren Hub angeschlossen ist. Dieses Konzept zieht sich bis zur Spitze der Pyramide durch. Ein Hub ist dabei ein Zwischenverteiler oder Verstärker ohne eigene logische Funktionen. Er dient quasi nur zur Auffächerung der Verbindungsstrecken auf mehrere Geräte und zur Geräteparameterabfrage.Of the USB, which is not really a bus, turns out to be more hierarchical Star distributor or as a multi-level pyramid. The point-to-point connections run star-shaped in a so-called hub together, which in turn, if necessary, with a line at the next higher hierarchical hub connected. This concept extends to the top of the Pyramid through. A hub is an intermediate distributor or amplifier without own logical functions. He serves almost only for fanning the Links to multiple devices and device parameter polling.

Aus Sicht der Geräte ist der Hub ein Konzentrator. Der Rechner, an welchen die Geräte angeschlossen werden sollen, besitzt als einziges Gerät den sogenannten "Roothub" oder "Master", der den gesamten USB steuert. Eine Ringverbindung ist nicht erlaubt.Out View of the devices the hub is a concentrator. The computer to which the devices are connected be the only device has the so-called "Roothub" or "Master", the entire USB controls. A ring connection is not allowed.

Der USB kennt einen isochronen Betrieb, bei dem zyklisch, typischerweise jede Millisekunde, ein Teil der Bandbreite fest für die Übertragung, z.B. von Audio- und Videodaten, reserviert wird. Daneben gibt es eine übliche asynchrone Übertragung.Of the USB knows an isochronous operation in which cyclic, typically every millisecond, part of the bandwidth fixed for transmission, e.g. of audio and video data. There are also a common one asynchronous transmission.

Jede Verbindung zum Gerät wird von einem Rechner (Host) aufgebaut. Der Betrieb selbst wird im sogenannten "Polling-Verfahren" durchgeführt mit entsprechend hoher CPU(Central Processing Unit)-Belastung für die dauernden Abfragen. Dabei wird im Rechner jedoch nur ein einziger sogenannter Interrupt für alle angeschlossenen Geräte benötigt. Unter einem Interrupt ist hierbei eine kurzfristige Unterbrechung eines laufenden Programms oder, genauer gesagt, einer von der CPU abzuarbeitenden Befehlssequenz zu verstehen, um einen anderen Prozess, eine sogenannte Interrupt-Routine, auszuführen.each Connection to the device is built by a host. The operation itself becomes in the so-called "polling method" carried out with accordingly high CPU (Central Processing Unit) load for the continuous queries. It will in the computer, however, only a single so-called interrupt for all connected equipment needed. Under an interrupt here is a short - term interruption of a current program or, more specifically, a command sequence to be processed by the CPU to understand another process, a so-called interrupt routine, perform.

Daten laufen als Pakete über den USB. Noch vor den Daten wird ein sogenannter "Token" mit einer Adresse eines entsprechend ausgewählten Teilnehmers und mit anderen internen Informationen an das Gerät gesendet.dates overflow as packages the USB. Even before the data becomes a so-called "token" with an address a selected one Participant and with other internal information sent to the device.

Jede Übertragung besteht daher im Regelfall aus drei Phasen, dem sogenannten Token, den Daten, und einer sogenannten Handshake-Phase. Dazu wird ein virtueller Kanal, der bereits genannte Pipe, als physikalische Verbindung zwischen den Endpunkten im USB geschaltet. Speziell für eine isochrone Datenübertragung wird ein Zeitmultiplexverfahren angewendet.Every transmission As a rule, therefore, it consists of three phases, the so-called token, the data, and a so-called handshake phase. This will be a virtual channel, the already mentioned pipe, as a physical connection Switched between the endpoints in the USB. Especially for an isochronous data transfer a time division multiplex method is used.

Zwei Arten eines Datentransfers sind definiert. Zum einen ein Datenstrom, der sogenannte Stream, der sich als eine unstrukturierte Folge von Bits darstellt und zum anderen Meldungen, sogenannte Messages, mit einer im USB definierten Struktur. Eine verfügbare Bandbreite wird auf die verschiedenen virtuellen Verbindungen, die sogenannten Pipes aufgeteilt, wobei unterschiedliche Datenraten im gemischten Betrieb am USB möglich sind.Two types of data transfer are defined. First, a data stream, the so-called Stream, which presents itself as an unstructured sequence of bits, and secondly messages, so-called messages, with a structure defined in the USB. An available bandwidth is split among the various virtual connections, the so-called pipes, whereby different data rates are possible in mixed operation on the USB.

Zur Verbindung der einzelnen Geräte dient ein vieradriges Kabel. Zwei Adern sind verdrillt und übertragen ein Datensignal in symmetrischer Form, d.h. differential, in einem 3.3-Volt-System. Für eine Stromversorgung der Peripheriegeräte mit nominell 5 Volt kommt das andere Drahtpaar, das unverdrillt ist, zum Einsatz. Wegen der Punkt-zu-Punkt-Topologie entfallen externe Abschlusswiderstände, sogenannte Terminatoren. Diese sind bereits fest in den Geräten eingebaut. Eine Belastung der Datenleitungen durch die Widerstände dient zudem zu einer automatischen Erkennung von im laufenden Betrieb neu hinzugekommenen oder entfernten Geräten.to Connection of the individual devices serves a four-wire cable. Two wires are twisted and transmitted a data signal in symmetric form, i. differential, in one 3.3-volt system. For a power supply of peripherals nominally 5 volts comes the other wire pair that is untwisted is used. Because of the Point-to-point topology eliminates external terminators called terminators. These are already permanently installed in the devices. A burden The data lines through the resistors also serves for automatic detection of newly added or removed devices during operation.

Beim USB wird eine Spannungsdifferenz von etwa 1 Volt zur Signaldarstellung verwendet. Zur weiteren Erläuterungen sei hier auf die USB-Spezifikation (http://www.us.org/developers/docs/) verwiesen.At the USB becomes a voltage difference of about 1 volt for signal display used. For further explanation be here on the USB specification (http://www.us.org/developers/docs/) directed.

Eine Stromversorgung eines Gerätes kann über das Kabel oder lokal erfolgen. Dazu werden die zwei anderen Adern aus dem vieradrigen Kabel verwendet. Die beiden Steckverbinderstifte für die Stromversorgung sind etwas länger als die Anschlussstifte für das Datensignal. Geräte werden je nach Stromverbrauch in "Low Power" oder "High Power" eingeteilt. Beim Einschalten bzw. Einstecken darf hier jedoch kein Gerät mehr als 100 mA ziehen. Wenn genügend Leistung verfügbar ist, darf nach der Identifikation auf einen höheren Verbrauch umgeschaltet werden. Geräte mit geringem Stromverbrauch können somit direkt über den USB versorgt werden. Andere Geräte mit höherem Strombedarf benötigen eine eigene Versorgung, können aber über den USB ein- und ausgeschaltet werden. Für weitere Details sei auch hier auf die bereits erwähnte USB-Spezifikation verwiesen.A Power supply of a device can over the cable or done locally. These are the other two wires used out of the four-wire cable. The two connector pins for the power supply are a little bit longer as the pins for the data signal. equipment are divided into "Low Power" or "High Power" according to power consumption. When switching on or plugging in but no device here pull more than 100 mA. If enough Power available is, may switch to a higher consumption after the identification become. equipment with low power consumption can thus directly over the USB are powered. Other devices with higher power consumption require one own supply, can but about the USB on and off. For more details is also here referred to the already mentioned USB specification.

Eine einzelne Kabelstrecke darf maximal 5 m lang sein. Mit insgesamt sieben zugelassenen Kabelstrecken hintereinander beträgt die größte Entfernung zwischen einem Rechner und einem an den Rechner angeschlossenen Peripheriegerät somit 35 m. Das bedeutet, für eine 30 m lange Verlängerung ist es notwendig, fünf weitere sogenannte Hubs zu verwenden, was sehr unpraktisch und darüber hinaus kostenintensiv ist. Deshalb wäre es wünschenswert, den USB auf eine Länge von 25 bis 30 m zu verlängern. Für eine Anwendung eines USBs bspw. bei einem sogenannten Industrie-Rechner wird meist eine Reichweite von bis zu 40 m benötigt. Bei einem sogenannten Industrie-Rechner handelt es sich im allgemeinen um einen Rechner mit einem abgesetzten Bedienfeld, was bedeutet, dass die Tastatur, die den Rechner ansteuert, in einer Entfernung von etwa 40 m von dem eigentlichen Rechner entfernt lokalisiert sein kann.A individual cable section may be no more than 5 m long. With a total of seven approved cable runs in a row is the largest distance between a computer and one connected to the computer peripheral thus 35 m. That means for a 30 m long extension is it necessary, five to use more so-called hubs, which is very impractical and beyond is expensive. That's why it desirable the USB to a length extend from 25 to 30 m. For one Application of a USB, for example, in a so-called industrial computer Usually a range of up to 40 m is needed. In a so-called Industrial computers are generally a computer with a remote control panel, which means that the keyboard, which drives the computer, at a distance of about 40 m from remote from the actual computer can be located.

Es gibt bereits mehrere Lösungen, wie eine Verlängerung eines USB realisiert werden kann.It already gives several solutions, like an extension a USB can be realized.

Zum einen gibt es eine von der kanadischen Firma ICRON vorgeschlagene Lösung, die technisch jedoch sehr aufwendig ist da sie einen u-Prozessor und einen sehr komplexen Logikbaustein verwendet. Die Verlängerung der USB findet dabei auf Protokollebene statt.To the There is one proposed by the Canadian company ICRON Solution, which is technically very complicated because it has a u-processor and used a very complex logic device. The extension the USB takes place at the protocol level.

Eine von der deutschen Firma Citron vorgeschlagene Lösung benötigt über einen zusätzlichen Datenkanal einen Steuerbit.A The solution proposed by the German company Citron requires an additional data channel a tax bill.

In einer Diplomarbeit der Universität Basel wird ferner eine USB-Verlängerung mit einer galvanischen Trennung vorgeschlagen. Dabei wird ein differentieller USB von Seiten des Rechners bzw. des Hosts durch einen Transceiver in drei sogenannte CMOS-Signale (RCV, VP, VM) umgewandelt. Diese drei Signale gelangen über ein Leitungstreiber und ein sechs-adriges Twisted-Pair Kabel auf die Gegenseite der Verlängerung. Dort angelangt, wird das Signal durch einen Optokoppler galvanisch getrennt und wieder an einen USB-Transceiver geleitet. Dieser generiert aus den drei Signalen wieder ein differentielles USB-Signal und speist damit einen internen Hub, an welchen ein USB-Gerät angehängt wird. Eine Richtungsumschaltung wird in einer programmierbaren Logik realisiert. Diese Logik überwacht die drei Signale RCV, VP und VM, um die Buszustände "start-of-frame" und "end-of-paket" zu detektieren und den korrespondierenden Transceiver auf Senden oder Empfangen zu schalten.In a diploma thesis of the university Basel will also be a USB extension proposed with a galvanic isolation. It becomes a differential USB from the computer or the host through a transceiver converted into three so-called CMOS signals (RCV, VP, VM). These three Signals pass over a line driver and a six-core twisted-pair cable the opposite side of the extension. Once there, the signal is galvanic by an optocoupler disconnected and back to a USB transceiver directed. This generates from the three signals again a differential USB signal and thus feeds an internal hub to which a USB device is attached. Direction switching is implemented in programmable logic. This logic monitors the three signals RCV, VP and VM to detect the bus states "start-of-frame" and "end-of-packet" and the corresponding one Transceiver to send or receive to switch.

Bei dieser vorgeschlagenen Lösung wird eine hohe Anzahl von sogenannten Twisted-Pair-Kabeln bzw. Leitungen benötigt. Darüber hinaus sind zusätzliche Steuersignale erforderlich. Dadurch ergibt sich ein sehr kostenintensives Verbindungskabel.at this proposed solution is a high number of so-called twisted pair cables or lines needed. About that addition are additional Control signals required. This results in a very costly Connection cable.

Es wäre nunmehr wünschenswert eine kostengünstige Lösung ohne Verwendung von Software bereitzustellen, die mit einer geringen Anzahl an Twisted-Pair-Leitungen auskommt und auch in Alleinstellung verwendbar ist.It would be now desirable a cost-effective solution without using software that comes with a low Number of twisted-pair cables and also in isolation is usable.

Vor dem Hintergrund der bekannten genannten Lösungen schlägt die vorliegende Erfindung nunmehr ein Verfahren zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle eines Rechners in einem Netzwerk mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, einen Logikbaustein mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, eine Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 und eine Verwendung der Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 vor.Against the background of the known solutions mentioned, the present invention now proposes a method for extending a USB interface of a computer in a network with the features according to claim 1, a logic module with the features of claim 10, a circuit with the features of claim 14 and a use of the circuit with the features of claim 16 before.

Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle einer Rechnereinheit in einem Netzwerk bereitgestellt, bei dem ein USB spezifischer Datentransfer analysiert und in einen hin- und einen rücklaufenden unidirektionalen Datentransfer geeignet separiert wird. Dabei wird bspw. der hin- und rücklaufende Datentransfer durch maximal zwei sogenannte Twisted-Pair-Leitungen realisiert. Als Twisted-Pair-Leitungen werden in der Computertechnik Leitungs- bzw. Kabeltypen verstanden, bei denen die beiden Adern eines Adernpaares miteinander verdrillt bzw. verseilt oder verdreht sind. Zusätzlich zu den Aderpaaren können weitere Elemente im Kabel vorhanden sein, wie beispielsweise Beidrähte als elektrische Masseleitung, Fülladern aus Kunststoff oder Trennelemente aus Kunststoff.According to claim 1 is a procedure for renewal a USB interface of a computer unit provided in a network, where a USB specific data transfer is analyzed and put into one back and one returning unidirectional data transfer is properly separated. It will For example, the back and forth Data transfer implemented by a maximum of two so-called twisted pair cables. Twisted-pair cables are used in computer technology to or cable types understood in which the two wires of a wire pair twisted together or twisted or twisted. In addition to the wire pairs can more Elements may be present in the cable, such as bevy wires as electrical grounding line, filling cores made of plastic or separating elements made of plastic.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der hin- und rücklaufende Datentransfer mittels sogenannter differentieller Signale niederer Spannung, insbesondere sogenannter LVDS (Low Voltage Differential Signal).In another possible embodiment the method according to the invention the return journey takes place Data transfer by means of so-called differential signals lower Voltage, in particular so-called LVDS (Low Voltage Differential Signal).

Die sogenannten "Low Voltage Differential Signals" (LVDS) sind im IEEE-Standard für skalierbare, kohärente Schnittstellen bzw. Interfaces (SCI) definiert. LVDS beschreibt kleine differentielle Signale (250 bis 400 mV Hub), eine Datenrate von etwa 500 MBit/s je Signalpaar (250 MHz). Bei einem LVDS ist die Verlustleistung gering. Das eigentliche Übertragungsmedium, z.B. Kabel oder Leiterbahnen ist dabei nicht spezifiziert.The so-called "low Voltage Differential Signals "(LVDS) are in the IEEE standard for scalable, coherent Interfaces or interfaces (SCI) defined. LVDS describes small differential signals (250 to 400 mV hub), a data rate of about 500 Mbps per pair of signals (250 MHz). For a LVDS is the Power loss low. The actual transmission medium, e.g. electric wire or conductor tracks is not specified.

Mit Hilfe von LVDS ist eine Übertragung von elektrischen Signalen über große Distanzen möglich.With Help from LVDS is a transmission from electrical signals over size Distances possible.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Analyse des USB-spezifischen Datentransfers und zur Separierung des Datentransfers in einen hin- und rücklaufenden Datentransfer ein elektrisch programmierbarer Logikbaustein verwendet. Einen derartigen Logikbaustein bezeichnet man auch als EPLD. Ein EPLD ist ein löschbarer programmierbarer Logikbaustein (erasable programable logic device). Das EPLD ist erhältlich in einem 20-poligen DIL (Dual In Line-)-Gehäuse mit acht Eingängen und neun Leitungen, welche wahlweise als Eingang oder als Ausgang programmiert werden können und sogenannte TTL (Transistor-Transistor-Logik-)-kompatible Signale verarbeiten.In another possible embodiment the method according to the invention is used to analyze the USB-specific Data transfers and to separate the data transfer into a and returning Data transfer uses an electrically programmable logic device. Such a logic device is also referred to as EPLD. An EPLD is an erasable programmable logic device (erasable programmable logic device). The EPLD is available in a 20-pin DIL (Dual In Line) package with eight inputs and nine lines, either as input or as output can be programmed and so-called TTL (Transistor Transistor Logic) compatible signals to process.

Ferner kann der Logikbaustein eine sogenannte DPLL zur Synchronisation des Datentransfers umfassen.Further can the logic device a so-called DPLL for synchronization of the data transfer.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, ein USB-Signalende zu erkennen und dies als zusätzlichen Digitalzustand zu übertragen. In der USB-Spezifikation wird das Signalende als EOP (End of Packet) und der elektrische Zustand der USB-Leitung als "single-ended zero" beschrieben. Dieser sogenannte "dritte" digitale Zustand kann dabei dadurch gekennzeichnet werden, dass er mit einer Frequenz übertragen wird, die im "normalen," USB-Spektrum nicht vorkommt.In another possible embodiment the method according to the invention it is intended to have a USB signal end to recognize and this as additional Digital state to transmit. In the USB specification, the signal end is called EOP (End of Packet) and the electrical state of the USB line is described as a "single-ended zero". This so-called "third" digital state can be characterized in that it transmits with a frequency will not work in the "normal," USB spectrum occurs.

Ferner ist es denkbar, eine sogenannte Plausibilitätsüberwachung des USB-Datentransfers vorzunehmen, was dadurch realisiert werden kann, das bei einer Fehlererkennung eine automatische Rückstellung des Datenverkehrs erfolgt. Das bedeutet, dass bei Erkennung eines Fehlers die Schaltung automatisch zurückgesetzt wird, ohne dass zusätzlich Signalübertragungen notwendig wären.Further It is conceivable, a so-called plausibility monitoring of USB data transfer make what can be realized by the error detection an automatic reset of the traffic. This means that when detecting a Error the circuit is automatically reset without additional signal transmissions would be necessary.

Ferner ist es möglich eine automatische Erkennung und Anpassung einer Datentransfergeschwindigkeit vorzunehmen. Dabei kann es sich um sogenannte Low-Speed-Anwendungen oder sogenannte Full-Speed-Anwendungen handeln. Eine USB-Low-Speed-Übertragung erfolgt dabei mit 1,5 MBit, während eine Full-Speed-Übertragung mit 12 MBit erfolgt.Further Is it possible an automatic detection and adjustment of a data transfer speed make. These can be so-called low-speed applications or so-called full-speed applications. A USB low-speed transmission takes place at 1.5 Mbps, while a full-speed transmission with 12 MBit.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Synchronisation des Datentransfers eine sogenannte digitale phasenrastende Schleife (Digital Phase Locked Loop, DPLL) verwendet.In another possible embodiment the method according to the invention is used to synchronize the data transfer a so-called digital phase-locked loop (DPLL).

Die Bezeichnung "Schleife" steht dabei für eine sogenannte "Regelschleife". Die DPLL ist demnach eine Regelschaltung, bei der eine Regelung durch eine konstante ("eingerastete") Phase erfolgt. Beim Einsatz einer derartigen volldigitalen PLL ist ein programmierbarer Zähler und ein einfacher Automat zur Auswertung vorgesehen. Derartige digitale PLL sind im allgemeinen einfach aufgebaut und stabil.The Designation "loop" stands for a so-called "control loop". The DPLL is accordingly a control circuit in which a control by a constant ("locked") phase takes place. At the Use of such a fully digital PLL is a programmable counter and a simple machine for evaluation provided. Such digital PLLs are generally simple and stable.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfasst die Erfindung ferner einen elektrisch programmierbaren Logikbaustein zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle einer Rechnereinheit in einem Netzwerk, wobei der Logikbaustein als Funktionsblöcke mindestens eine Analyseeinheit zur Analyse eines bidirektionalen USB-Datentransfers, eine Umsetzungseinheit eines bidirektionalen USB-Datentransfers in einen hin- und rücklaufenden unidirektionalen Datentransfer und eine Steuereinheit zur Ansteuerung von zum Datentransfer eingesetzten integrierten Schaltkreisen umfasst.In addition to the method according to the invention, the invention further comprises an electrically programmable logic module for extending a USB interface of a computer unit in a network, wherein the logic module as function blocks at least one analysis unit for analyzing a bidirectional USB data transfer, a conversion unit of a bidirectional USB data transfer into one back and forth unidirectional data transfer and a control unit for controlling integrated data used for data transfer th circuits.

Bei dem erfindungsgemäßen Logikbaustein kann es sich dabei um einen bereits erwähnten löschbaren programmierbaren Logikbaustein handeln, nämlich ein EPLD (Erasable Programable Logic Device).at the logic module according to the invention can this is an already mentioned erasable programmable logic device act, namely an EPLD (Erasable Programmable Logic Device).

In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Logikbausteins benötigt der Logikbaustein maximal zwei sogenannte Twisted-Pair-Leitungen zum unidirektionalen Datentransfer.In a possible embodiment the logic module according to the invention needed The logic module has a maximum of two so-called twisted pair cables for unidirectional data transfer.

Ferner ist es denkbar, dass der Logikbaustein eine Erkennungs- und eine Übertragungseinheit zur Erkennung eines USB-Signalendes und zur geeigneten Übertragung dieses Zustandes umfasst.Further It is conceivable that the logic device is a recognition and a transmission unit to detect a USB signal end and for appropriate transmission This condition includes.

Darüber hinaus ist es möglich, dass der Logikbaustein eine Plausibilitätsüberwachungseinheit für einen USB-Datentransfer aufweist.Furthermore Is it possible, that the logic module is a plausibility monitoring unit for a USB data transfer having.

Die vorliegende Erfindung umfasst darüber hinaus eine Schaltung zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle einer Rechnereinheit, die mindestens einen USB-Transceiver, mindestens einen erfindungsgemäßen Logikbaustein und zwei Verbindungsleitungen für eine unidirektionale Datenübertragung umfasst.The The present invention also includes a circuit for renewal a USB interface of a computer unit, the at least one USB transceiver, at least one logic module according to the invention and two Connecting cables for a unidirectional data transfer includes.

Ferner ist es denkbar, dass die Schaltung mindestens einen LVDS-Transmitter und mindestens einen LVDS-Receiver aufweist und die zwei Verbindungsleitungen zur Übertragung von LVDS geeignet sind.Further It is conceivable that the circuit has at least one LVDS transmitter and at least one LVDS receiver and the two connection lines for transmission of LVDS are suitable.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung der beschriebenen Schaltung zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle einer Rechnereinheit, wobei eine Reichweite eines USB-Signals größer 20 m, bspw. 40 m, gefordert wird. Es ist denkbar, diese Schaltung bei einem sogenannten Industrie-Rechner mit einem abgesetzten Bedienfeld zu verwenden.Furthermore The present invention also relates to the use of the described circuit for extension a USB interface of a computer unit, with a range a USB signal greater than 20 m, eg 40 m, is required. It is conceivable to include this circuit a so-called industrial computer with a remote control panel to use.

Das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren ist fehlertolerant. Fehler in einem USB-Signal werden erkannt, bspw. aufgrund fehlender Flankenwechsel. Die unidirektionale Datenübertragung setzt sich bei Fehlererkennung selbst zurück und ermöglicht damit ohne zusätzliche Steuersignale einen Neustart einer Datenübertragung bzw. eines Datentransfers. Als eine sogenannte Stand-Alone-Lösung ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Verlängerung einer USB-Schnittstelle für jeden PC (Personal Computer) geeignet.The The method proposed by the invention is fault-tolerant. error in a USB signal are detected, for example, due to missing edge change. The unidirectional data transmission resets itself in error detection and thus allows without additional Control signals a restart of a data transfer or a data transfer. As a so-called stand-alone solution is the inventive method for extension a USB interface for any PC (personal computer) suitable.

Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beiliegenden Zeichnung.Further Advantages and embodiment of the invention will become apparent from the following Description of the attached drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The Invention is based on an embodiment schematically shown in the drawing and is below under Referring to the drawings described in detail.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung. 1 shows a schematic representation of a possible embodiment of a circuit according to the invention.

In 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt. Über die hier dargestellte Schaltung 1 soll ein Rechner 10 mit einem Endgerät 21 elektrisch verbunden werden. Dabei ist das Endgerät 21 dazu geeignet, über einen USB mit dem Rechner 10 verbunden zu werden. Bei dem Endgerät 21 kann es sich dabei um ein sogenanntes Peripheriegerät handeln, wie beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, ein Scanner, ein Drucker, ein Telefon, ein Joystick oder um eine Wechselplatte. An dem Rechner 10 wird zunächst über eine USB-Verbindung ein USB-Transceiver 11 angeschlossen. Bei der USB-Verbindung handelt es sich dabei um eine bidirektionale Verbindung. Im Rechner 10, an welchen das Endgerät 21 angeschlossen wird, ist der sogenannte "USB-Roothub" lokalisiert. Der USB-Roothub steuert den gesamten USB. Die Entfernung zwischen Rechner 10 und dem USB-Transceiver 11 beträgt maximal 5 m, solange kein weiterer Hub zwischengeschaltet ist. Der USB-Transceiver 11 ist ferner mit einem Logikbaustein 12 verbunden. Bei dem Logikbaustein 12 kann es sich dabei um ein EPLD handeln. Dabei werden zwischen USB-Transceiver 11 und EPLD 12 bereits erwähnte TTL-Signale übertragen. Der Logikbaustein EPLD 12 ist weiter mit einem LVDS-Sender 13 und einem LVDS-Empfänger 14 verbunden. Auch hier werden jeweils TTL-Signale übertragen. Der LVDS-Sender 13 ist weiter über ein Kabel 15, welches eine Länge bis zu 30 m haben kann, mit einem weiteren LVDS-Empfänger 16 verbunden. Der LVDS-Empfänger 14 ist ebenfalls über ein Kabel 17, welches eine Länge von bis zu 30 m haben kann, mit einem weiteren LVDS-Sender 18 verbunden. Über die Kabel 15 und 17 werden jeweils LVDS-Signale zwischen LVDS-Empfänger und LVDS-Sender übertragen. Wie bereits erwähnt, ist mit Hilfe von LVDS eine Übertragung von elektrischen Signalen über große Distanzen möglich. Der LVDS-Empfänger 16 und der LVDS-Sender 18 sind wiederum mit einem Logikbaustein 19, beispielsweise einem weiteren EPLD jeweils über eine unidirektionale Leitung verbunden. Dabei werden zwischen LVDS-Empfänger 16 und dem EPLD 19 TTL-Signale übertragen. Gleiches gilt für eine Übertragung zwischen dem EPLD 19 und dem LVDS-Sender 18. Der EPLD 19 ist ferner mit einem weiteren USB-Transceiver 20 gekoppelt, wobei auch hier TTL-Signale übertragen werden. Letztlich ist der USB-Transceiver 20 mit dem eigentlich an den Rechner anzuschließenden Endgerät 21 über eine normale USB-Verbindung verbunden. Durch Zwischenschalten der beiden Logikbausteine EPLD 12 und 19 ist es möglich, den USB-spezifischen Datentransfer in einen hin- und rücklaufenden unidirektionalen Datentransfer zu separieren und dadurch eine Übertragung mittels LVDS-Signalen zu ermöglichen. Durch die Übertragung von LVDS-Signalen ist es weiterhin möglich, große Distanzen zu überbrücken.In 1 a possible embodiment of a circuit according to the invention is shown. About the circuit shown here 1 should a calculator 10 with a terminal 21 be electrically connected. Here is the terminal 21 suitable for this via a USB with the computer 10 to be connected. At the terminal 21 it may be a so-called peripheral device, such as a keyboard, a mouse, a scanner, a printer, a telephone, a joystick, or a removable disk. On the calculator 10 First, a USB transceiver is connected via a USB connection 11 connected. The USB connection is a bidirectional connection. In the calculator 10 to which the terminal 21 is connected, the so-called "USB Roothub" is located. The USB roothub controls the entire USB. The distance between computers 10 and the USB transceiver 11 is a maximum of 5 m, as long as no further hub is interposed. The USB transceiver 11 is further with a logic device 12 connected. In the logic module 12 it can be an EPLD. It will be between USB transceiver 11 and EPLD 12 already mentioned TTL signals transmitted. The logic module EPLD 12 is on with an LVDS transmitter 13 and an LVDS receiver 14 connected. Again, each TTL signals are transmitted. The LVDS transmitter 13 is still over a cable 15 , which may have a length of up to 30 m, with another LVDS receiver 16 connected. The LVDS receiver 14 is also via a cable 17 , which may have a length of up to 30 m, with another LVDS transmitter 18 connected. About the cables 15 and 17 In each case, LVDS signals are transmitted between LVDS receivers and LVDS transmitters. As already mentioned, transmission of electrical signals over long distances is possible with the help of LVDS. The LVDS receiver 16 and the LVDS transmitter 18 are in turn with a logic device 19 For example, a further EPLD ver¬ over a unidirectional line ver prevented. Thereby are between LVDS receivers 16 and the EPLD 19 Transmit TTL signals. The same applies to a transfer between the EPLD 19 and the LVDS transmitter 18 , The EPLD 19 is also connected to another USB transceiver 20 coupled, where also TTL signals are transmitted. Ultimately, the USB transceiver 20 with the actually to be connected to the computer terminal 21 connected via a normal USB connection. By interposing the two logic modules EPLD 12 and 19 It is possible to separate the USB-specific data transfer into a one-way and return unidirectional data transfer, thereby enabling transmission by means of LVDS signals. By transmitting LVDS signals, it is still possible to bridge large distances.

Claims

Procedure for extending a USB interface a computer unit in which a USB specific data transfer analyzed and. in a one-way and a returning unidirectional data transfer is properly separated.

The method of claim 1, wherein the reciprocating Data transfer is realized by a maximum of two twisted pair lines.

Method according to one of claims 1 or 2, in which the and returning Data transfer by means of differential signals of low voltage, especially LVDS.

Method according to one of claims 1, 2 or 3, wherein for the analysis of the USB specific data transfer and for the separation of the data transfer in a return and a returning data transfer an electrically programmable logic module ( 12 . 19 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, in a USB signal end is detected and transmitted as an additional digital state.

The method of claim 5, wherein the additional digital state transmitted via a non-specific USB frequency becomes.

Method according to one of the preceding claims, in which has a plausibility check of the USB data transfers done by that with an error detection an automatic reset he follows.

Method according to one of the preceding claims, in an automatic detection and adjustment of the data transfer speed takes place.

Method according to one of the preceding claims, in to synchronize the data transfer a digital phase-locking Loop (Digital Phase Locked Loop) is used.

Electrically programmable logic module for extension a USB interface of a computer unit, at least the following function blocks includes: an analysis unit for analyzing a bidirectional USB data transfer, a Implementation unit of a bidirectional USB data transfer into one back and one returning unidirectional data transfer and a control unit for control of integrated circuits used for data transfer.

Logic component according to Claim 10, in which the logic module maximum of two twisted pair cables for unidirectional data transfer needed.

Logic module according to claim 10 or 11, which is a Detection and transmission unit to detect a USB signal end and for appropriate transmission This condition includes.

Logic module according to one of claims 10 to 12, which is a plausibility monitoring unit for one USB data transfer includes.

Circuit for extending a USB interface of a computer unit, the at least one USB transceiver ( 11 . 20 ), at least one logic module ( 12 . 19 ) according to one of claims 10 to 13 and two connecting lines for a unidirectional data transmission.

Circuit according to Claim 14, comprising at least one LVDS transmitter ( 13 . 18 ) and at least one LVDS receiver ( 14 . 16 ) and in which the two connection lines are suitable for transmission of LVDS.

Use of the circuit according to claim 14 or 15 for extension a USB interface of a computer unit, with a range a USB signal greater than 20m is required.