DE19845248B4 - Hub für einen universellen seriellen Bus und Verfahren zum Durchführen einer universellen seriellen Busübertragung in demselben - Google Patents

Hub für einen universellen seriellen Bus und Verfahren zum Durchführen einer universellen seriellen Busübertragung in demselben Download PDF

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Abstract

Hub für einen universellen seriellen Bus mit einem vorgeschalteten Anschluß, einer Vielzahl nachgeordneter Anschlüsse, einer Eingangsschaltung, über die an einem der nachgeordneten Anschlüsse empfangene Daten am vorgeschalteten Anschluß reproduziert werden, einer Anschlußwählschaltung zum Auswählen des einen nachgeordneten Anschlusses und einer asynchronen Nachweisschaltung zum Nachweis eines asynchronen Ereignisses in den empfangenen Daten an dem nachgeordneten Anschluß und zum Starten einer Zeitgeberschaltung bei Nachweis eines asynchronen Ereignisses, gekennzeichnet durch eine synchrone Nachweisschaltung zum Nachweis eines synchronen Ereignisses in den am nachgeordneten Anschluß empfangenen Daten und durch eine Ereignis-Ende-Schaltung zum Erzeugen eines simulierten Ereignis-Ende-Signals am vorgeschalteten Anschluß, falls innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach Nachweis des asynchronen Ereignisses kein synchrones Ereignis am nachgeordneten Anschluß nachgewiesen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hub für einen universellen seriellen Bus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Durchführen einer universellen seriellen Busübertragung in einem Hub für einen universellen seriellen Bus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • Ein universeller serieller Bus (USB) ist eine standardmäßige Peripherieschnittstelle zum Anschließen von Personalcomputern an eine große Vielzahl von Geräten, z.B. digitale Telefonleitungen, Monitore, Modems, Mäuse, Drucker, Scanner, Spielcontroller, Tastaturen und andere Peripheriegeräte. Ein USB ersetzt folglich existierende Schnittstellen, wie die seriellen RS-232C-Anschlüsse, parallele Anschlüsse, die PS-2-Schnittstelle und Spiel/MIDI-Anschlüsse.
  • Bei Verwendung eines USB sind alle angeschlossenen Geräte mit einem Personalcomputer über einen einzigen Verbindungstyp mittels einer Stufensterntopologie verbunden. Ein Hauptcontroller des USB ist mit dem Hauptprozessor innerhalb des Personalcomputers gekoppelt. Ein USB-System besitzt nur einen Hauptcontroller, welcher alle Zugriffe auf USB-Resourcen steuert und die Topologie des Busses überwacht. Ein USB-Hub schafft USB-Anschlußpunkte für USB-Geräte. Ein solcher USB-Hub ist in 4 gezeigt. Der Hauptcontroller enthält einen Haupthub, ein USB-System kann jedoch weitere Hubs enthalten, die einfache Einsteckpunkte für Peripheriegeräte schaffen.
  • Insbesondere ist der USB-Hub dafür verantwortlich, Daten sowohl vorgeschaltet als auch nachgeordnet zu übertragen. Alle Datenübertragungen finden zwischen dem Hauptgerät (d.h. dem Personalcomputer) und den individuellen Peripheriegeräten statt. Das Hauptgerät befindet sich immer an der „Wurzel" eines Baums, während sich die Geräte an den „Blättern" eines Baums befinden. An jedem Schnittpunkt befindet sich ein Hub. Gemäß 5A werden, wenn das Hauptgerät Daten an ein Gerät überträgt, Daten durch alle Hubs von einem vorgeschalteten Anschluß (Anschluß 0 in 5A) zu allen nicht-blockierten nachgeordneten Anschlüssen (Anschluß 1 in 4) und zu allen weiteren Hubs und Geräten nachgeordnet übertragen. Andererseits tritt gemäß 5B, wenn Daten von einem Gerät an das Hauptgerät übertragen werden, die vorgeschaltete Übertragung nur auf direktem Weg zu dem Hauptgerät auf. Ein Gerät kann Daten nur bei Empfang eines speziellen Datenpakets, Token genannt, übertragen. Die Geräte können auch so realisiert sein, daß sie Hubfunktionalität aufweisen.
  • Während einer Datenübertragung (entweder von dem vorgeschalteten oder einem nachgeordneten Anschluß) blockiert der Hub alle anderen Datenübertragungen an irgendeinem anderen Anschluß des Hubs. Ferner besitzt ein herkömmlicher Hub keine inhärente Token-Nachweisfähigkeit. Folglich vertraut der Hub im wesentlichen darauf, daß ein empfangenes Paket gültig ist, und das Paket wird vorgeschaltet geleitet, wenn es an einem nachgeordneten Anschluß nachgewiesen wird, oder nachgeordnet geleitet, wenn es an dem vorgeschalteten Anschluß nachgewiesen wird. Der Nachweis eines Pakets durch den Hub muß sehr schnell geschehen, so daß der Hub die Datenrichtung bestimmen kann. Gemäß dem USB-Standard müssen Daten durch einen Hub von einem Eingangsanschluß an einen Ausgangsanschluß in weniger als 40 ns wiederholt werden. Folglich muß der Richtungsnachweis eines Pakets sobald wie möglich eintreten, nachdem das erste „Nicht-Ruhe"-Symbol des Pakets nachgewiesen wurde. Erst nachdem die Übertragungsrichtung bestimmt worden ist, kann das Datenpaket nach Gültigkeit befragt werden. Wenn das Datenpaket gültig ist, wird es übertragen, bis ein „Paket-Ende"-Symbol nachgewiesen worden ist, woraufhin die Verbindung abgebrochen und der Nachweis des nächsten Datenpakets erwartet wird.
  • Da jedoch der Hub keine inhärenten Token-Nachweisfähigkeiten besitzt, kann ein Rauschereignis, welches an einem der nachgeordneten Anschlüsse auftritt, nicht vom Beginn einer echten vorgeschalteten Datenübertragung unterschieden werden, und jede nachfolgende vorgeschaltete Datenübertragung von dem nachgeordneten Anschluß wird durch den Hub in Antwort auf das Rauschereignis blockiert. Darüber hinaus werden vorgeschaltete Datenübertragungen auf alle vorgeschalteten Hubs ebenfalls blockiert. Diese „Blockade"-Bedingung bleibt bis zum Ende der gegenwärtigen Rahmenperiode (1 ms) bestehen, wobei der gegenwärtig gewählte Anschluß blockiert wird und Übertragungen an und von sämtlichen Geräten in dem nachgeordneten Zweig dieses Hubanschlusses blockiert werden, bis die Management-Software einschreitet, um die gesamte Verbindung zu reaktivieren.
  • Aus der EP 725 514 A1 ist eine Vorrichtung mit einem Hub zur Anwendung in einem seriellen Netzwerk mit einer Vielzahl von Anschlüssen zum Anschluß von einer oder mehreren Datenverarbeitungsanlagen bekannt. Die Anschlüsse des Netzwerks werden durch die Vorrichtung derart ringförmig geschlossen, daß der letzte der Anschlüsse mit dem ersten der Anschlüsse verbunden ist. Die Vorrichtung ist zur Auflösung von Adressierungskonflikten in dem Netzwerk ausgestaltet, wobei die Anzahl aktiver, benutzter Anschlüsse mit der in einer Gerätestationenliste aufgeführten Anzahl von Gerätestationen verglichen wird.
  • Ein Auftreten von Störimpulsen am Hub wird nicht betrachtet. Wie ein Rauschereignis vom Beginn einer echten Datenübertragung vom Hub, der keine inhärenten Token-Nachweisfähigkeiten besitzt, unterschieden werden kann, ist hier nicht gelöst. Somit kann ein Rauschereignis, das an einem der nachgeordneten Anschlüsse des Hubs auftritt, nicht vom Beginn einer echten vorgeschalteten Datenübertragung unterschieden werden, und jede nachfolgende vorgeschaltete Datenübertragung wird von dem nachgeordneten Anschluß in Reaktion auf das Rauschereignis so lange blockiert, bis die Management-Software einschreitet, um die gesamte Verbindung zu aktivieren.
  • Aus der DE 38 82 970 T2 ist ein Rechner-Verbinder bekannt, der die Übertragung von adressierten Datenpaketen zwischen verschiedenen, frei adressierbaren Datenverarbeitungseinrichtungen prioritätsverteilt. Die Kommunikation der angeschlossenen Geräte untereinander erfolgt mittels speziell formatierter Nachrichten. Eine Zeitgeberschaltung zeigt Fehler im Zeitverlauf bei der Übertragung dieser speziell formatierten Nachrichten an. Des weiteren sind positive und negative Quittungen vorgesehen, die an den ursprünglichen Sender der Nachricht adressiert sind, um anzuzeigen, daß das empfangene Datenpaket verarbeitet wurde (positive Quittung), oder aber, daß das Datenpaket zwar korrekt empfangen wurde, aber nicht verarbeitet werden konnte (negative Quittung).
  • Das Auftreten von Rauschereignissen und damit verbundener Störimpulse wird nicht berücksichtigt, sondern ausschließlich die Übertragung definiert aufgebauter Nachrichten betrachtet.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hub für einen universellen seriellen Bus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Durchführen einer universellen seriellen Busübertragung in einem Hub für einen universellen seriellen Bus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zu schaffen, wobei an dem Hub keine signifikanten „Blockade"-Bedingungen durch Rauschereignisse hervorgerufen werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst. Dadurch wird ein Rauschereignis innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer erkannt und die Blockierung des Hubs durch die Erzeugung eines simulierten Ereignis-Ende-Signals schnellstmöglich aufgehoben.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines USB-Systems.
  • 2 zeigt ein Zeitdiagramm der Reaktion des USB-Systems aus 1 auf eine normale universelle Übertragung.
  • 3 zeigt ein Zeitdiagramm der Reaktion des USB-Systems aus 1 auf ein asynchrones Rauschereignis.
  • 4 zeigt eine bekannte Hubschaltung für einen universellen seriellen Bus.
  • 5 zeigt die Funktionsweise der bekannten Hubschaltung aus 4. Gemäß 2 repräsentieren d0_plus- und d0_minus-Bahnen (2A bzw. 2B) Daten am vorgeschalteten Anschluß eines USB-Hubs. Ein Paket wird vorgeschaltet von einem nachgeordneten Anschluß 2 gesendet, wobei die Daten am nachgeordneten Anschluß 2 durch d2_plus- und d_minus-Bahnen (2C bzw. 2D) repräsentiert sind. Wenn das Paket erstmals durch einen asynchronen Detektor für den Anschluß 2 (in 1 als „Asyn_K_det" bezeichnet) nachgewiesen wird, wird ein bs2_asn_k-Signal (2E) über einen Decoder in dem Anschluß 2 aktiviert. Ein bs_de_tsel-Signal (2F) wird durch eine Anschluß-Ablaufsteuereinheit aktiviert, um anzuzeigen, daß eine vorläufige Richtungsauswahl durchgeführt wurde. Währenddessen aktiviert ein Störimpulszähler ein sh_lookfor_k-Signal (2J), welches ein Zeittaktsignal darstellt. Wenn ein synchroner Detektor am Anschluß ausgewählt wird, wird ein t_usd-Signal (2G) aktiviert, und ein wfsop-Signal (2I) wird deaktiviert, wodurch angezeigt wird, daß die Hubwiederholer-Ablaufsteuereinheit sich wesentlich länger in einem Wartezustand für einen Puls befindet. Außerdem wird ein vorläufiges Auswahlsignal ds_tsel deaktiviert. Währenddessen bleibt ein glitch det-Signal (2H) deaktiviert, da ein synchrones k-Signal empfangen wurde (wie durch das aktivierte t_usd-Signal angezeigt wird), bevor der Störimpulszähler ausschaltet.
  • Der Betrieb des Störimpulszählers wird detaillierter für den Fall geschildert, daß ein empfangenes asynchrones k-Signal (3C und 3D) in Antwort auf einen Störimpuls auftritt. Das Zeitdiagramm gemäß 3 (3C und 3D) gibt eine Situation wieder, bei der ein am Anschluß 2 auftretendes asynchrones Signal ein Störimpuls und nicht der Beginn eines Datenpakets ist. Der Störimpuls veranlaßt einen asynchronen Detektor am Anschluß 2, das bs2_asn_k-Signal (3E) als Nachweissignal zu aktivieren, wodurch wiederum ein bs_de_tsel-Signal (3F) aktiviert wird, welches anzeigt, daß die Übertragungsrichtung auf „vorgeschaltet" gesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Zähler für eine vorbestimmte Zeit zu zählen (z.B. 16 Zyklen des 48MHz-Abtasttakts). Ein sh_lookfor_k-Signal (3J) wird aktiviert, während der Störimpulszähler abwärts zählt. Das aktivierte sh_lookfor_k-Signal zeigt somit an, daß der Nachweis eines synchronen k-Signals erwartet wird. Wenn ein synchrones k-Signal vor Überschreitung der vorbestimmten Zeit nachgewiesen wird, wird der Stör+impulszähler zurückgesetzt und das Datenpaket normal verarbeitet. Wenn andererseits die vorbestimmte Zeitdauer überschritten wird, bevor ein synchrones k-Signal nachgewiesen wird, wird ein unsymmetrisches Null-Signal (seo = „single-ended zero") über einen EOP-Einfüger in das d0_plus- und d0_minus-Signal (3A und 3B) eingefügt, gefolgt von einem Ruhe- („idle") Signal (3K), um ein Ende eines Pakets (eop = „end-of-paket") zu simulieren. Hierdurch wird es bei jedem vorgeschalteten Hub ermöglicht, dessen Wahl von diesem Anschluß zu entfernen, falls sich der Störimpuls vorgeschaltet ausgebreitet hat.
  • Folglich muß ein Hubcontroller gemäß 1 nicht auf ein Eingreifen der Management-Software vertrauen, um eine Verbindung, die andernfalls infolge eines Rauschereignisses abgebrochen würde, zu reaktivieren, wodurch die Verfügbarkeit von Geräten in einer USB-Zwischenverbindung erhöht wird.

Claims (11)

  1. Hub für einen universellen seriellen Bus mit einem vorgeschalteten Anschluß, einer Vielzahl nachgeordneter Anschlüsse, einer Eingangsschaltung, über die an einem der nachgeordneten Anschlüsse empfangene Daten am vorgeschalteten Anschluß reproduziert werden, einer Anschlußwählschaltung zum Auswählen des einen nachgeordneten Anschlusses und einer asynchronen Nachweisschaltung zum Nachweis eines asynchronen Ereignisses in den empfangenen Daten an dem nachgeordneten Anschluß und zum Starten einer Zeitgeberschaltung bei Nachweis eines asynchronen Ereignisses, gekennzeichnet durch eine synchrone Nachweisschaltung zum Nachweis eines synchronen Ereignisses in den am nachgeordneten Anschluß empfangenen Daten und durch eine Ereignis-Ende-Schaltung zum Erzeugen eines simulierten Ereignis-Ende-Signals am vorgeschalteten Anschluß, falls innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach Nachweis des asynchronen Ereignisses kein synchrones Ereignis am nachgeordneten Anschluß nachgewiesen wird.
  2. Hub nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hublöschschaltung zum Löschen der Auswahl, wenn das synchrone Ereignis nicht vor dem Ende der vorbestimmten Zeitdauer auftritt, vorgesehen ist.
  3. Hub nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußwählschaltung die Auswahl durch Aktivierung eines Auswahlsignals anzeigt und die Zeitgeberschaltung eine Zählerschaltung ist, wobei ein Zählbetrieb der Zählerschaltung durch Aktivierung des Auswahlsignals initalisiert wird.
  4. Hub nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerschaltung als Antwort auf den Nachweis des synchronen Ereignisses rückgesetzt wird.
  5. Hub nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ereignis-Ende-Schaltung das Ereignis-Ende-Signal an den vorgeschalteten Anschluß als Antwort darauf liefert, daß die Zählerschaltung einen vorbestimmten Zählwert erreicht.
  6. Hub nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung Daten als Antwort auf Zustandsänderungen eines Abtasttaktes abtastet und die Zählerschaltung als Antwort auf die Zustandsänderungen des Abtasttaktes zählt.
  7. Verfahren zum Durchführen einer universellen seriellen Busübertragung in einem Hub für einen universellen seriellen Bus, wobei an einem vorgeschalteten Anschluß zu reproduzierende Daten an einem von einer Vielzahl von nachgeordneten Anschlüssen des Hubs empfangen werden, ein asynchrones Ereignis in den empfangenen Daten für den nachgeordneten Anschluß nachgewiesen wird, der eine nachgeordnete Anschluß ausgewählt wird, eine Zeitdauer von einem Zeitpunkt an, zu dem das asynchrone Ereignis nachgewiesen wird, gemessen wird, ein synchrones Ereignis in den empfangenen Daten für den nachgeordneten Anschluß nachgewiesen wird, ein simuliertes Ereignis-Ende-Signal erzeugt wird, falls das nachgewiesene synchrone Ereignis nicht vor dem Ende der gemessenen Zeitdauer liegt und das simulierte Ereignis-Ende-Signal an den vorgeschalteten Anschluß geliefert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl gelöscht wird, wenn das synchrone Ereignis nicht vor dem Ende der vorbestimmten Zeitdauer auftritt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahlschritt das Aktivieren eines Auswahlsignals anzeigt und der Zeitgeberschritt einen Zählschritt umfaßt, wobei ein Zählbetrieb des Zählschrittes durch Aktivierung des Auswahlsignals initialisiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählbetrieb als Antwort auf den Nachweis des synchronen Ereignisses rückgesetzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ereignis-Ende-Signal an den vorgeschalteten Anschluß als Antwort darauf geliefert wird, daß der Zählbetrieb einen vorbestimmten Zählwert erreicht.
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