JP2001142796A - Usbデバイスの通信回復方法および通信回復装置 - Google Patents

Usbデバイスの通信回復方法および通信回復装置

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JP2001142796A
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Hidekazu Ohigata
英一 大日方
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホスト側コンピュータとUSBデバイスとの
間で通信異常が生じた場合、通信異常を検出するととも
にデバイス自らによって通信回復措置をとる。 【解決手段】 ホスト側コンピュータ1とUSBコネク
タ3を介して接続されるUSBデバイス2との間でUS
B通信を行う際、USBデバイス2に、ホスト側コンピ
ュータ1との通信異常を検出する異常検出手段4と、U
SBデバイス2側のUSBコネクタ3に接続される信号
ライン7の電圧を変化させる電圧変化手段5を設け、異
常検出手段4によりホスト側コンピュータ1との通信異
常を検出したときに電圧変化手段5により信号ライン7
の電圧を変化させ、擬似的にUSBコネクタが再接続さ
れた状態を作り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、USBデバイスの
通信回復方法および通信回復装置に関する。さらに詳述
すると、本発明はホスト側コンピュータとUSBデバイ
スとの間における通信破綻処理の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】パーソナルコンピュータ等のホスト側コ
ンピュータ(以下、単に「ホスト」ともいう)と周辺機
器とを接続するインターフェースとして、ユニバーサル
・シリアル・バス(本明細書ではこれを「USB」とい
う)が普及している。USBは、プリンタをはじめマウ
ス、キーボードなどの周辺機器を規格で定められた端子
により接続できるようにし、汎用性を高めている(本明
細書ではこれら周辺機器を一括して「USBデバイス」
という)。
【0003】これらUSBデバイスは、自動的にシステ
ム構成を行うプラグ・アンド・プレイ(PnP)機能を
備えることで、ユーザ自身がホストを周辺機器に合わせ
て設定したりホストを再起動する手間を不要とする。こ
のUSBデバイスをホストに接続した場合、図7に示す
ように、電気的変化を検出したホストがUSBデバイス
の接続を検出し(ステップ11)、USB端子間で電気
通信(以下、「USB通信」という)をし(ステップ1
2)、USBデバイスの種類を認識して対応するドライ
バを組込み、USB通信を行うシステムを確立させる。
そして、通信可能であるかぎり必要に応じてUSBデバ
イスとの通信を繰り返す(ステップ13)。
【0004】一方、ホストがUSB通信中の異常と判断
した場合、ホストは、ホストのUSB制御プログラムが
対応している場合に限られるが、USBデバイスに対し
て通信異常の回復を試みることが可能である。例えば、
ホストのUSB制御プログラムは、USB通信が異常と
判断した場合、バスリセットを発行後、再PnPを試み
るような構成にできる。この試みで通信が回復すればシ
ステムの再確立が可能な場合がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、USB
通信はホスト側から通信を開始する仕様で、USBデバ
イス側から通信を開始することができないようになって
いる。このため、ホストが通信異常と判断した場合、か
つ、デバイス側に原因があると判断できる場合、ホスト
からUSBデバイスに対して通信回復の試みが可能であ
るが、USBデバイス側でホスト側に原因があると判断
できる通信異常に対して、USBデバイスはホスト側が
何らかの手段(例えば人為的にホストを再起動する)で
回復するまで通信ができない。
【0006】また、ホストがUSBデバイス側に原因が
ある通信異常を検出できなくても、USBデバイス自身
が例えばウォッチドックタイマーでUSBデバイス自身
の異常を検出し、USBデバイス自身がUSB通信を含
めて初期化する事で通信の回復を試みる事も考えられる
が、USB通信はホストからUSBデバイスに対しての
一方的な開始方法なので、USBデバイス側からホスト
に対して通信を開始し、USB通信の初期化を実行する
ことができない。つまり、USBデバイスは通信が回復
する可能性が残されているにも関わらずUSBデバイス
側から積極的に通信の回復する措置をとる事ができない
という不具合がある。
【0007】このような場合、USBデバイスのUSB
コネクタからUSBケーブル端子を抜き差しすることに
よって100%ではないが人為的に通信を回復させ得る
ことが知られている。しかし、通信異常が生じるたびに
ケーブル端子を抜き差しすることは手間を伴う非効率的
な操作である。また、無人で動作している場合、抜き差
しは不可能である。
【0008】そこで、本発明は、ホスト側コンピュータ
とUSBデバイスとの間で通信異常が生じた場合、通信
異常を検出するとともにデバイス自らがホスト側コンピ
ュータに対し通信の回復措置をとることができるUSB
デバイスの通信回復方法および通信回復装置を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、ホスト側コンピュータとU
SBコネクタを介して接続されるUSBデバイスとの間
で行われるUSBデバイスの通信回復方法において、U
SBデバイスにホスト側コンピュータとの通信異常を検
出する異常検出手段と、USBデバイス側のUSBコネ
クタに接続される信号ラインの電圧を変化させる電圧変
化手段を設け、異常検出手段によりホスト側コンピュー
タとの通信異常を検出したときに電圧変化手段により信
号ラインの電圧を変化させ、擬似的にUSBコネクタが
再接続された状態を作り出すようにしたものである。
【0010】本願発明者は、上述の課題解決にあたり、
USBデバイスからケーブル端子を抜き差ししたときの
電気的状態の変化に着目した。USBデバイスは、図2
に示すように電源ライン(Vusb)、グランドライン
(GND)そして2本の信号ライン(D+、D−)の計
4本のラインを必ず備えており、この4本のラインはホ
ストと接続されていて、信号ラインの一方に電圧を印加
している。接続時、この信号ラインは通信ラインとして
機能するが、ケーブル端子を抜くと、あらかじめ接地さ
れているホスト側信号ラインはいずれも電位0となる。
【0011】そこで、本願発明では、通信異常を検出し
たUSBデバイス自らがケーブル端子が抜かれたと同じ
状況を擬似的につくり出すようにしている。このUSB
デバイスは、通信異常を検出すると信号ラインの電圧を
変化させ、その後にその電圧を復帰させる。これによ
り、ホストはホストに異常が生じていない限り信号ライ
ンの電圧変化を検出し、USBデバイスのコネクタが抜
かれ、再接続されたと判断してシステムを確立するため
の通信を開始する。したがって、この通信によってシス
テムが確立されればコネクタの抜き差しを伴わずに通信
を回復させることが可能となる。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載のU
SBデバイスの通信回復方法において、電圧変化手段
は、電源と信号ラインとの間に設けられたスイッチを有
するものであるか、グランドと信号ラインとの間に設け
られたスイッチを有するものであるか、信号ラインを開
閉するスイッチを有するものであるかのいずれかとした
ものである。電源と信号ラインとの間に設けられたスイ
ッチ、あるいは信号ラインに設けられたスイッチは、信
号ラインへの電圧印加を断続させることでライン上での
電圧を変化させる。また、グランドと信号ラインとの間
に設けられたスイッチは、電圧印加されている信号ライ
ンを接地させることでライン上の電圧を変化させる。
【0013】また請求項3記載の発明は、ホスト側コン
ピュータとUSBコネクタを介して接続されるUSBデ
バイスの通信回復装置であって、USBデバイスにホス
ト側コンピュータとの通信異常を検出する異常検出手段
と、USBデバイス側のUSBコネクタに接続される信
号ラインの電圧を変化させる電圧変化手段を備え、異常
検出手段によりホスト側コンピュータとの通信異常を検
出したときに電圧変化手段により信号ラインの電圧を変
化させ、擬似的にUSBコネクタが再接続された状態を
作り出すようにしたものである。
【0014】この場合、通信異常を検出したUSBデバ
イスの通信装置は信号ラインの電圧を変化させ、ケーブ
ル端子が抜かれたと同じ状況を自ら擬似的につくり出
す。ホストはこの信号ラインの電圧変化を検出すること
で、USBデバイスのコネクタが抜かれ、再接続された
と判断してシステムを確立するためPnPを確立する通
信を開始する。したがって、この通信によってシステム
が確立されればコネクタの抜き差しを伴わずに通信を回
復させることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【0016】図1〜図3に、本発明の一実施形態を示
す。図1に示すホスト側コンピュータ1とUSBデバイ
ス2は、それぞれのUSBコネクタ3,3の間をUSB
ケーブル15によって接続され、通信が可能となってい
る。USBデバイス2は、異常検出手段4と、電圧変化
手段5を備え、異常検出手段4によりホスト側コンピュ
ータ1との通信異常を検出したときに電圧変化手段5に
より信号ライン7の電圧を変化させ、擬似的にUSBケ
ーブル15が抜かれ、再接続された状態を作り出すよう
にしている。
【0017】図1および図2に示すように、ホスト1と
USBデバイス2を接続するUSBケーブル15は低速
用と高速用で、例えば高速用はシールド線が必要だが低
速用は無くてもいいなど、若干の違いがあるが、電源ラ
イン10(Vusb)と、グランドライン11(GN
D)と、2つの信号ライン7,7(D+,D−)の4本
は共通で備える。図中では高速・低速両方共通に備える
4本のラインを示し、USBケーブル15と呼称する。
USBコネクタ3は、それぞれのラインに対応して配列
された計4個の接続端子を備える。また、ホスト1およ
びUSBデバイス2における両USBコネクタ3,3
は、一般的に使用される端子付のUSBケーブル15に
よって接続する。
【0018】ホスト1とUSBデバイス2との間で指令
や信号のやりとりを行うための信号ライン7,7は、U
SBの仕様では、図示するようなD+とD−の2本のラ
インによって構成されている。そして、USBデバイス
2が高速仕様(12Mbps)か低速仕様(1.5Mb
ps)かによって信号ライン7,7のいずれをUSBデ
バイス2側でプルアップする。例えば高速仕様である本
実施形態のUSBデバイス2では、図1、図2に示すよ
うにUSBデバイス2内おいてD+側の信号ライン7が
電源6によってプルアップされ、D−側の信号ライン7
には何も接続されていない。一方、ホスト1内では、信
号ライン7,7はD+側、D−側ともプルダウンされて
接地状態にあり、電位が0となっている。
【0019】また、4本のライン中、電源ライン10は
ホスト1からUSBデバイス2に電源を供給するライン
として用いられる。さらに、グランドライン11はそれ
ぞれが接地されている。
【0020】異常検出手段4は、ホスト1との通信異常
を検出するとともに、ホスト1との通信ができるかどう
かを通信手順に基づいて定め得るよう設けたものであ
り、例えば本実施形態では少なくとも1つのCPU12
とUSB−IC13および特に図示しないメモリや所定
の制御ないし演算プログラムによって実現されている。
USBを制御する回路によって構成されたUSB−IC
13は、両信号ライン7,7における信号通信を監視
し、あるいはホスト1から受け取った信号をCPU12
に伝送する。なお、本実施形態では便宜上、USB−I
C13をCPU12とは別に図示しているが、実際の構
成はこのように互いを独立して設けてもよいし、あるい
はUSB−IC13をCPU12に内蔵させてワンチッ
プ化しても構わない。
【0021】電圧変化手段5は、USBデバイス2側の
信号ライン7の電圧を変化させるよう設けたものであ
る。例えば本実施形態では、CPU12からの信号に応
じてプルアップ用の電源6から信号ライン7への電源供
給を断続させるスイッチ8を備える。このスイッチ8
は、図示するように電源6と信号ライン7との間に配置
されていて、CPU12からの命令を受けてスイッチ端
子を開閉させる。信号ライン7に接続される電源6は
3.3V電源である。また、電源6と信号ライン7の間
にはUSB仕様で決められている1.5kΩ±5%の抵
抗14を配置している。
【0022】以上のように構成したUSBデバイス2に
よれば、ホスト1との間でUSB通信の異常が生じた場
合にも、異常検出手段4や電圧変化手段5の作用によっ
て以下のようにホスト1とのUSB通信を自己の機能に
よって積極的に回復させることができる(図1)。
【0023】まず、ホスト1とUSBデバイス2との間
でUSB通信を開始する場合、USBデバイス2のスイ
ッチ8を閉じ、電源6を接続し、2本の信号ライン7,
7のうち所定の側(本実施形態ではD+側)に3.3V
の電圧を印加する。ホスト1はD+側の信号ライン7に
電圧が印加されていることを検出し、接続されているU
SBデバイス2が高速仕様であると判断する。そして、
ホスト1とUSBデバイス2との間で以下に示すように
USB通信を行う(図3)。
【0024】USBデバイス2は、ホスト1から命令
(コマンド・データ)を受け(ステップ1)、返信デー
タが不要であれば命令実行後ホスト1からの次の命令を
待つ(ステップ2)。一方、返信データが必要な場合、
USBデバイス2は返信データをセットし(ステップ
3)、セットした返信データをホスト1が取得するのを
待つ(ステップ4)。返信データが正しく取得されれば
ホスト1の次の命令を待つが(ステップ2)、ホスト1
との間でUSB通信の異常が生じている場合はこのデー
タが正しく取得されたという情報は得られない。この場
合は、CPU12で通信異常を認識し、通信破綻処理を
開始する(ステップ5)。
【0025】本実施形態での通信破綻処理は、USBデ
バイス2側から回復措置をとることによって行う。この
場合、USBデバイス2のCPU12が、スイッチ8に
対し、接点を開きその後に再び閉じるよう命令信号を出
す。スイッチ8がこの命令を受けて接点を開けると、D
+信号ライン7への3.3V電圧の印加は中止され、ホ
スト1側で接地されているD+信号ライン7の電位が0
となるので、ホスト1はD+、D−の両信号ライン7,
7とも電位が0であると判断する。つまり、ホスト1は
あたかもUSBデバイス2のUSBコネクタ3が抜か
れ、何も接続されていないのと同様の状態であると判断
する。
【0026】ここでスイッチ8を閉じるとD+側信号ラ
イン7に再び3.3V電圧が印加され、ホスト1はこの
電圧を検出する。これにより、ホスト1は何も接続され
ていなかった端子にUSBデバイス2が新しく接続され
たと同じように判断する(ステップ6)。この場合、ホ
スト1はUSBデバイス2に対しPnPを確立するため
の通信をしてシステムの確立を図る(ステップ7)。し
かしながら、これによってもホスト1とのUSB通信が
回復しない場合は、USBデバイス2は動作停止処理を
する(ステップ8)。この場合、自己の回復措置によっ
ては通信が回復しなかったので、外的サポートを受ける
まで動作停止状態のまま待機する。
【0027】一方、ステップ7でPnPが正常に行われ
れば、ホスト1からの命令(コマンド・データ)を受信
する(ステップ9)。命令に対する返信が不要であれば
ホスト1からの次の命令を待ち(ステップ10)、必要
であれば返信データを送信して取得を待つ(ステップ1
1,12)。返信データが正しく取得されたことが確認
できれば通常動作へ復帰するが(ステップ13)、確認
できなければステップ8と同様に動作停止処理をする
(ステップ14)。
【0028】以上説明したとおり、本実施形態のUSB
デバイス2は、通信異常が生じた場合に信号ライン7を
断続し、ホスト1に対してあたかもUSBデバイス2の
USBコネクタ3が抜き差しされたかのようにみせかけ
る自己回復機能を備えている。このため、USBデバイ
ス2は通信異常時に自動的かつ積極的に自己回復処置を
とることができる。したがって、通信異常時にUSBデ
バイス2のUSBコネクタ3を抜き差しする必要がな
い。また、無人で動作している場合の自己回復も可能と
なる。
【0029】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態では信号ライン7への電圧印
加を断続する場合について説明したが、信号ライン7に
電圧変化を生じさせる手段は特にこれに限定されること
はない。その他の例としては、図4に示すようにスイッ
チ8の配置を変えるものがある。この場合は、USBデ
バイス2内のD+信号ライン7に3.3V電圧が常に印
加されるが、この電源6とUSBコネクタ3の間に配置
したスイッチ8によってD+信号ライン7を断続するこ
とができる。したがって、通信異常が生じた場合にスイ
ッチ8を開け、ホスト1側のD+信号ライン7の電位を
変化させることができる。
【0030】また、図1に示したように電源6と抵抗1
4との間に配置したスイッチ8を、図5に示すように抵
抗14と信号ライン7との間に配置してもよい。このよ
うに配置したスイッチ8によっても、信号ライン7に印
加される電源電圧を断続させ、信号ライン7の電圧を変
化させることができる。
【0031】あるいは、図6に示すように、信号ライン
7とグランド9との間にスイッチ8を設けるようにして
もよい。この場合は、通信異常が生じた場合にのみ信号
ライン7を接地状態とし、これによって信号ライン7の
全体の電位を0とすることができる。つまり、上述の各
図の場合は信号ライン7に印加される電源電圧を断続す
るが、図6に示す回路のように信号ライン7を接地させ
るかどうかをスイッチ8によって切り換えるようにして
も信号ライン7の電圧を変化させることができる。この
場合は、ホスト1内で接地されている信号ライン7を、
USBデバイス2内においても積極的に設置させること
が可能となる。
【0032】また、上述の実施形態ではCPU12の命
令を受けて開閉動作する電子スイッチなどのスイッチで
回路の一部を断続させる場合を説明したが、このための
手段も特に限定されない。例えば、電子スイッチとして
はトランジスタ、アナログスイッチ、FETなどを使用
することができる。また、スイッチは、リレーのように
電気・磁気的に接点を開閉させるものであってもよい。
【0033】さらには、上述のように回路の一部を寸断
する機能を、プルアップ用の電源6をオン・オフさせる
機能にとって代えることもできる。電源6を適宜オフと
することにより、D+側信号ライン7の電位を変化させ
ることができる。
【0034】また上述の実施形態では、USB−IC1
3とCPU12の実際の構成は互いが独立していてもよ
いし、あるいはUSB−IC13をCPU12に内蔵さ
せてワンチップ化してもよいと説明したが、これら以外
の構成とすることもできる。例えば、電圧変化手段5、
USB−IC13およびCPU12のすべてを互いに独
立させた構成としてもよいし、電圧変化手段5をUSB
−IC13へ取り込みCPU12との2チップ構成とし
てもよい。または、電圧変化手段5をCPU12へ取り
込みUSB−IC13との2チップ構成とすることもで
きる。さらには、USB−IC13をCPU12へ取り
込むとともに電圧変化手段5を外付けにした構成とする
こともできる。
【0035】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
1記載のUSBデバイスの通信回復方法によると、異常
検出手段によりホスト側コンピュータとの通信異常を検
出したときに電圧変化手段により信号ラインの電圧を変
化させ、擬似的にUSBコネクタが再接続された状態を
作り出すことができる。これにより、ホストが信号ライ
ンの電圧変化を検出し、システムを確立するためのPn
Pのための通信を開始するので、コネクタの抜き差しを
伴わずに通信を回復させることが可能となる。また、無
人で動作している場合の自己回復も可能となる。
【0036】また請求項2記載のデバイスの通信回復方
法では、電源と信号ラインとの間に設けられたスイッ
チ、信号ラインに設けたスイッチ、グランドと信号ライ
ンとの間に設けたスイッチのいずれによっても信号ライ
ン上の電圧を変化させることができる。
【0037】請求項3記載のUSBデバイスの通信回復
装置によると、異常検出手段によりホスト側コンピュー
タとの通信異常を検出したときに電圧変化手段により信
号ラインの電圧を変化させ、擬似的にUSBコネクタが
再接続された状態を作り出すことができる。これによ
り、ホストが信号ラインの電圧変化を検出し、システム
を確立するためのPnPのための通信を開始するので、
コネクタの抜き差しを伴わずに通信を回復させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すUSBデバイスの通
信回復装置の概略回路図である。
【図2】USBコネクタ付近の回路接続の様子を示す図
である。
【図3】本実施形態におけるUSB通信およびその回復
の流れを示すフローである。
【図4】本発明の他の実施形態を示すUSBデバイスの
通信回復装置の概略回路図である。
【図5】本発明の他の実施形態を示すUSBデバイスの
通信回復装置の概略回路図である。
【図6】本発明の他の実施形態を示すUSBデバイスの
通信回復装置の概略回路図である。
【図7】ホスト側における従来のUSB通信異常の回復
処理を示すフローである。
【符号の説明】
1 ホスト側コンピュータ 2 USBデバイス 3 USBコネクタ 4 異常検出手段 5 電圧変化手段 6 電源 7 信号ライン 8 スイッチ 9 グランド

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホスト側コンピュータとUSBコネクタ
    を介して接続されるUSBデバイスとの間で行われるU
    SBデバイスの通信回復方法において、上記USBデバ
    イスに上記ホスト側コンピュータとの通信異常を検出す
    る異常検出手段と、上記USBデバイス側のUSBコネ
    クタに接続される信号ラインの電圧を変化させる電圧変
    化手段を設け、上記異常検出手段により上記ホスト側コ
    ンピュータとの通信異常を検出したときに上記電圧変化
    手段により上記信号ラインの電圧を変化させ、擬似的に
    上記USBコネクタが再接続された状態を作り出すよう
    にしたことを特徴とするUSBデバイスの通信回復方
    法。
  2. 【請求項2】 上記電圧変化手段は、電源と上記信号ラ
    インとの間に設けられたスイッチを有するものである
    か、グランドと上記信号ラインとの間に設けられたスイ
    ッチを有するものであるか、上記信号ラインを開閉する
    スイッチを有するものであるかのいずれかであることを
    特徴とする請求項1記載のUSBデバイスの通信回復方
    法。
  3. 【請求項3】 ホスト側コンピュータとUSBコネクタ
    を介して接続されるUSBデバイスの通信回復装置であ
    って、上記USBデバイスに上記ホスト側コンピュータ
    との通信異常を検出する異常検出手段と、上記USBデ
    バイス側のUSBコネクタに接続される信号ラインの電
    圧を変化させる電圧変化手段を備え、上記異常検出手段
    により上記ホスト側コンピュータとの通信異常を検出し
    たときに上記電圧変化手段により上記信号ラインの電圧
    を変化させ、擬似的に上記USBコネクタが再接続され
    た状態を作り出すようにしたことを特徴とするUSBデ
    バイスの通信回復装置。
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