JP4210993B2

JP4210993B2 - USB hub device, USB peripheral device and data transmission / reception method

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Publication number: JP4210993B2
Application number: JP2003118814A
Authority: JP
Inventors: 誠材津
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JP2004328262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータなどのユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢと略す）ホスト装置を頂点としたＵＳＢシステムにおけるＵＳＢハブ装置、ＵＳＢ周辺装置及びデータ送受信方法に関し、特にＵＳＢホスト装置を介することなくＵＳＢ周辺装置間で直接にデータ送受信を行うようにしたＵＳＢハブ装置、ＵＳＢ周辺装置及びデータ送受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＵＳＢホスト装置を介することなくＵＳＢ周辺装置間で直接的にデータ送受信を行う方法として、ＵＳＢ規格団体が策定したＵＳＢＯｎ−Ｔｈｅ−Ｇｏ（以下、ＯＴＧと略す）と呼ばれる規格がある。
【０００３】
図１２は、第１の従来技術であり、このＵＳＢＯＴＧ規格に基づき互いに接続されるＵＳＢＯＴＧ装置及びＵＳＢ周辺装置のモデル図を示す。
【０００４】
図１２に示すＵＳＢＯＴＧ装置７１はＵＳＢＯＴＧの機能を搭載する一方のＵＳＢ周辺装置であり、ＯＴＧトランシーバ７１１，ＯＴＧコントローラ７１２，ホストコントローラ７１３及びデバイスコントローラ７１４を備える。また、他方のＵＳＢ周辺装置７２は、トランシーバ７２１及びデバイスコントローラ７２２を備える。ＵＳＢＯＴＧ装置７１はＵＳＢＯＴＧの機能を搭載するので、ＵＳＢホスト装置を介することなくＵＳＢＯＴＧ装置７１とＵＳＢ周辺装置７２とは互いに１対１に接続可能であり、ＵＳＢＯＴＧ装置７１とＵＳＢ周辺装置７２との間でデータ送受信が行われる。
【０００５】
また、第２の従来技術として、特許文献１では、ＵＳＢハブ装置を内蔵するデータ送受信装置が開示される。この特許文献１では、データ送受信装置がＵＳＢホスト装置との切断を検出したとき、データ送受信装置自身がＵＳＢホスト装置として機能し、データ送受信装置の複数のポートに接続する複数のＵＳＢ周辺装置との間でのデータ送受信を提供する技術が提案されている。詳しくは、ＵＳＢハブ装置がＵＳＢホストとの切断を検出すると、これをデータ送受信装置のＣＰＵに通知する。ＣＰＵはこの通知を受けると、ＵＳＢポートに接続するＵＳＢ周辺装置に対応する制御プログラム、すなわちドライバプログラムをロードし、ＵＳＢ周辺装置間のデータ送受信を中継する。
【０００６】
なお、本発明に関連した先行技術文献としては、以下のものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１３４５２８公報
【特許文献２】
特開２０００−１８３９３９公報（請求項１乃至５，図１乃至３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示す第１の従来技術には以下のような問題があった。
【０００９】
このモデルでは、一方のＵＳＢ周辺装置がＵＳＢＯＴＧの機能を搭載することによりＵＳＢＯＴＧ装置７１として動作し、ＵＳＢホスト装置を介することなく一方のＵＳＢ周辺装置（つまり、ＵＳＢＯＴＧ装置７１）と他方のＵＳＢ周辺装置７２との間での直接的なデータ送受信を実現することができるが、従来のようなＵＳＢホスト装置を頂点としたツリー形状のバストポロジーを維持した状態でＵＳＢ周辺装置間でのデータ送受信を行うことができない。その理由は、ＵＳＢＯＴＧはそもそも１対１の通信モデルのみを対象としている規格であるためである。
【００１０】
また、特許文献１に記載される第２の従来技術には以下のような２つの問題があった。
【００１１】
第１の問題点は、データ送受信装置がＵＳＢホスト装置と切断された場合、データ送受信装置に接続されるいずれのＵＳＢ周辺装置も切断されたＵＳＢホスト装置とのデータ送受信を行うことができなくなってしまうことである。これでは、ＵＳＢホスト装置とＵＳＢ周辺装置との間でデータ送受信を行いつつ、他のＵＳＢ周辺装置間での直接のデータ送受信が行えない。この理由は、ＵＳＢホスト装置を介することなくＵＳＢ周辺装置間で直接のデータ送受信を行うためには、すべてのＵＳＢ周辺装置をＵＳＢホスト装置に対し切断しなければならないからである。
【００１２】
第２の問題点は、ＵＳＢ周辺機器間のデータ送受信を中継するデータ送受信装置の規模が大きくなってしまうことである。その理由は、このデータ送受信装置にはＵＳＢハブ装置が内蔵されていることに加えて、データ送受信装置は各ＵＳＢ周辺装置に対応した制御プログラム、オペレーティングシステムなどのソフトウェアを格納するための大容量メモリ、ＣＰＵ、表示部及び入力部などのハードウェアを必要とするからである。
【００１３】
特許文献２の発明では、ＵＳＢデバイス間のデータ転送は、ハブ装置に疑似ホスト機能を搭載し、この疑似ホスト機能が送信元デバイスからのデータを一時的に受信し、そして送信元デバイスに対して送信する方法がとられている。しかしながら、この特許文献２では、ハブ装置配下の複数組みのデバイス間でデータ転送を行いたい場合に、ハブ装置がボトルネックになることが明らかであり、デバイス間での直接のデータ転送をスムーズに行うことができないという問題がある。
【００１４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＵＳＢホスト装置と一部のＵＳＢ周辺装置との間でデータ送受信を行いつつ、他のＵＳＢ周辺装置間で直接的なデータ送受信を行うようにしたＵＳＢハブ装置、ＵＳＢ周辺装置及びデータ送受信方法を提供することを第１の目的とする。
【００１５】
また、本発明は、ＵＳＢ周辺装置間での直接的なデータ送受信を中継する簡単な構成のＵＳＢハブ装置を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＵＳＢハブ装置は、ダウンストリームポートを介して複数のＵＳＢ周辺装置のそれぞれに対してデータ送受信を中継するＵＳＢハブ装置において、任意のダウンストリームポートを互いにダイレクト接続する機能を有するハブリピーターと、ＵＳＢホスト装置からのダイレクト接続リクエストに応じて特定のグループのダウンストリームポートに対して任意に互いにダイレクト接続するようにハブリピーターに指示するハブコントローラとを備えたＵＳＢハブ装置であって、前記ハブリピーターは、ダイレクト接続の対象となっているＵＳＢ周辺装置に対するデータが前記ＵＳＢホスト装置から送られてきた場合に、これにＮＡＫ応答することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
［実施形態１］
以下、本発明のＵＳＢハブ装置、ＵＳＢ周辺装置及びＵＳＢ周辺装置間のデータ送受信方法の第１の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態によるＵＳＢハブ装置の構成図である。図２はＵＳＢハブ装置のハブリピーター１１の構成図であり、図２（ａ）は通常状態におけるハブリピーター１１を示し、図２（ｂ）はダイレクト接続状態におけるスイッチを示す図である。図３は本発明の第１の実施形態によるＵＳＢ周辺装置の構成図であり、図４は本発明の第１の実施形態によるＵＳＢハブ装置、ＵＳＢ周辺装置及びＵＳＢ周辺装置の間で行われるデータ送受信を時系列に示す図である。
【００２１】
図１に示すように、ＵＳＢハブ装置１は、通常、自身が内蔵するハブリピーター１１により、アップストリームポート１５と複数のダウンストリームポート１６−１、１６−２、１６−３、１６−４（場合に応じて、参照番号１６で総称する）との間を双方向に中継する。ＵＳＢハブ装置１はアップストリームポート１５を介してＵＳＢホスト装置３とデータ送受信を行い、ダウンストリームポート１６を介してＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３、２−４（場合に応じて、参照番号２で総称する）のそれぞれとデータ送受信を行う。本実施形態では、４個のダウンストリームポートが配置されるが、５個以上または３個以下のダウンストリームポートであっても良い。
【００２２】
ＵＳＢトランシーバ１３はアップストリームポート１５とのＵＳＢ規格に準拠した電気的インタフェースをとる。ＵＳＢトランシーバ１４−１、１４−２、１４−３、１４−４（場合に応じて、参照番号１４で総称する）はダウンストリームポート１６とのＵＳＢ規格に準拠した電気的インタフェースをとる。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、ハブリピーター１１は、リンクスイッチ１１１と、ダイレクト接続用スイッチ１１２と、リンクスイッチ１１１及びダイレクト接続用スイッチ１１２の動作を制御するＤＣＮコントロールタイマ１１３とを有する。
【００２４】
リンクスイッチ１１１は、ダウンストリームポート１６間でのダイレクト接続中にＵＳＢホスト装置３からＵＳＢハブ装置１へ送信される信号がダイレクト接続の対象であるダウンストリームポート１６へ中継伝送されないようにスイッチ群を有する。ダイレクト接続期間外である通常状態においては、ＤＣＮコントロールタイマ１１３の制御の下で、リンクスイッチ１１１の全てのスイッチはオン状態（接続状態）に設定され、各ダウンストリームポート１６とアップストリームポート１５とは接続状態に設定される。
【００２５】
一方、たとえばダウンストリームポート１６−１、１６−２、１６−３がダイレクト接続の対象でありダウンストリームポート１６−４がダイレクト接続の対象でない場合には、ＤＣＮコントロールタイマ１１３の制御の下でダウンストリームポート１６−１、１６−２、１６−３に対応するリンクスイッチ１１１のスイッチはオフ状態（非接続状態）に設定され、ダウンストリームポート１６−１、１６−２、１６−３のそれぞれとアップストリームポート１５との間の接続は切断される。また、ダウンストリームポート１６−４に対応するリンクスイッチ１１１のスイッチはオン状態に維持され、アップストリームポート１５との間の接続は維持される。
【００２６】
ダイレクト接続用スイッチ１１２は良く知られるマトリクススイッチから構成され、任意のダウンストリームポート１６どうしをダイレクト接続できる機能を有する。通常状態においては、ＤＣＮコントロールタイマ１１３の制御の下で全ての接続ポイントはオフ状態（図２（ａ）において白丸で示す）に設定され、ＵＳＢホスト装置３から送信される信号がダイレクト接続用スイッチ１１２のそれぞれのスイッチを経由して対応するダウンストリームポート１６へ送られるように設定されている。一方、ＵＳＢ周辺装置２−１、２−３間でダイレクト通信しＵＳＢ周辺装置２−２、２−４間でダイレクト通信する場合には、図２（ｂ）に示すように、ＤＣＮコントロールタイマ１１３の制御の下でダイレクト接続用スイッチ１１２の一部のスイッチがオン状態（図２（ｂ）において黒丸で示す）に設定され、ダウンストリームポート１６−１、１６−３間をダイレクト接続し、ダウンストリームポート１６−２、１６−４間をダイレクト接続する。
【００２７】
ＵＳＢホスト装置３はダイレクト接続の対象となる一群のダウンストリームポート１６を指定するダイレクト接続リクエストコマンドを発行し、ハブコントローラ１２は、このダイレクト接続リクエストコマンドに応じて、指定されたダウンストリームポート１６のグループ内で任意に互いにダイレクト接続可能になるようにハブリピーター１１のＤＣＮコントロールタイマ１１３に対して指示を行う。
【００２８】
また、指定されたダウンストリームポート１６に接続するＵＳＢ周辺装置２の中でホストとして機能するＵＳＢ周辺装置２を特定するために、ＵＳＢホスト装置３は、ダイレクト接続におけるＵＳＢホストの権限を与えるＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドを発行し、ＵＳＢハブ装置１を介して特定のＵＳＢ周辺装置２に送付する。
【００２９】
ハブリピーター１１は、ＵＳＢホスト装置３から発行されるフレーム同期用のＳＯＦパケットを検出する機能と、ダイレクト接続の対象となっているダウンストリームポート１６に対して、ダイレクト接続中であることを通知するためのダイレクト接続通知信号（以下、ＤＣＮパケットとする）を送出する機能を有する。
【００３０】
次に、図３に示されるＵＳＢ周辺装置の構成を説明する。図３において、各ＵＳＢ周辺装置２は、通常のＵＳＢ周辺コントローラ２１と、簡易的なＵＳＢホスト装置としての機能を有するＵＳＢホストコントローラ２２と、ダウンストリームポート１６とのＵＳＢ規格に準拠した電気的インタフェースをとるＵＳＢトランシーバ２３と、データ処理を行うコンピュータ回路２４とを有する。
【００３１】
各ＵＳＢ周辺装置２では、ＵＳＢ周辺コントローラ２１またはＵＳＢホストコントローラ２２のいずれか一方のみが動作し、ＵＳＢ周辺装置２がクライエントとして機能する場合には、ＵＳＢ周辺コントローラ２１のみが動作する。例えば、ＵＳＢ周辺装置２がＵＳＢホスト装置３とのデータ送受信を行う通常の場合にはＵＳＢ周辺コントローラ２１のみが動作する。また、ＵＳＢホスト装置３からＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドを受けると、ＵＳＢ周辺コントローラ２１でＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドを認識し、ＵＳＢ周辺コントローラ２１は動作を止めると共にＵＳＢホストコントローラ２２を動作させ、ＵＳＢ周辺装置２は簡易的なＵＳＢホスト装置として機能する。
【００３２】
ＵＳＢ周辺装置２がクライエントとして機能している場合、アップストリームポートを介してＤＣＮパケットを受信すると、ＵＳＢ周辺コントローラ２１でＤＣＮパケットを認識する。また、ホストとして機能しているＵＳＢ周辺装置２でＤＣＮパケットを受信した場合、ＵＳＢホストコントローラ２２でＤＣＮパケットを認識する。
【００３３】
一般的なＵＳＢホスト装置は通常パーソナルコンピュータからなり、ＵＳＢ規格に準拠しているあらゆるＵＳＢ周辺装置との接続及びデータ送受信を行える能力を持っていなければならない。しかしながら、本実施形態において、簡易的なＵＳＢホスト装置として機能するＵＳＢ周辺装置２が他のＵＳＢ周辺装置２とのデータ送受信を行う場合、データ送受信の相手となるＵＳＢ周辺装置２が持つ機能的特徴、たとえばエンドポイント数、エンドポイント番号、各エンドポイントのデータ転送方向、パケットサイズなどが予め分かっている。
【００３４】
そのため、簡易的なＵＳＢホスト装置として機能するＵＳＢ周辺装置２は、一般的なＵＳＢホスト装置に求められるような、新規ＵＳＢ周辺装置を検出した場合のドライバインストール機能（プラグアンドプレイ機能）、複数のトランザクションのスケジューリング機能、フレームコントロール機能、電力の供給・管理機能などのような高度な機能を必要としない。この意味で、ＵＳＢ周辺装置２が有するＵＳＢホストコントローラ２２は、他のＵＳＢ周辺装置との間でデータ送受信が実現できる最低限度の機能を有すればよい。最低限度の機能とは、ＵＳＢシステムにおけるデータ送受信の最小単位であるトランザクションを実行できる能力である。具体的には、トークンパケットの生成及び送信、これに続くデータパケットの生成及び送信並びに受信、そしてハンドシェークパケットの生成及び送信並びに受信などの一連のトランザクション処理と、パケット個々に対するエラーハンドリング機能、トランザクションタイムアウト、シーケンスエラーなどの一連のトランザクション処理に対するエラーハンドリング処理機能である。
【００３５】
なお、ＵＳＢシステムにおけるトランザクション処理、及びこれに係るエラーハンドリング処理の詳細については、ＵＳＢ規格によって定義される。
【００３６】
次に、図１に示されるＵＳＢハブ装置１の動作について説明する。
【００３７】
まず、ＵＳＢホスト装置３からのダイレクト接続の要求を受けていない場合、ＵＳＢハブ装置１は自身が内蔵するハブリピーター１１により、アップストリームポート１５と複数のダウンストリームポート１６との間を双方向に中継する。
【００３８】
その後、ＵＳＢハブ装置１がＵＳＢホスト装置３からのダイレクト接続リクエストコマンドを受けると、このリクエストコマンドはハブリピーター１１を介してハブコントローラ１２に送られ、ハブコントローラ１２はダイレクト接続リクエストコマンドを認識する。次いで、ハブコントローラ１２はダイレクト接続リクエストコマンドで指定されるダウンストリームポート１６のグループ内で任意に互いにダイレクト接続可能になるようにハブリピーター１１のダイレクト接続用スイッチ１１２に対してＤＣＮコントロールタイマ１１３を介して設定指示を行う。ただし、この時点では、あくまでもダイレクト接続の指示を行っただけであって、実際にダイレクト接続されるわけではない。
【００３９】
図４を参照すると、フレーム１において、特定のＵＳＢ周辺装置２にダイレクト接続におけるＵＳＢホストの権限を与えるＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドＲＥＱ１をＵＳＢホスト装置３からＵＳＢハブ装置１へ発行する。ＵＳＢハブ装置１はこのＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドＲＥＱ１を特定されたＵＳＢ周辺装置２に中継伝送する。この第１の実施形態では、ＵＳＢ周辺装置２−１にＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドＲＥＱ１が中継伝送され、ＵＳＢ周辺装置２−１は簡易的なＵＳＢホスト装置として機能する。
【００４０】
次いで、フレーム１において、ＵＳＢホスト装置３からＵＳＢハブ装置１へダイレクト接続リクエストコマンドＲＥＱ２及び付加情報が送出される。リクエストコマンドＲＥＱ２及び付加情報はハブリピーター１１を介してハブコントローラ１２へ送られる。付加情報には、ダイレクト接続対象のダウンストリームポート１６（またはＵＳＢ周辺装置２）のグループ情報及びＵＳＢハブ装置１でのＳＯＦパケット受信からＤＣＮパケット送信までの間隔情報が含まれる。このケースでは、一例として、ダウンストリームポート１６−１、１６−２、１６−３を１つのグループとしてダイレクト接続するようリクエストしている。当然ながら、フレーム１が終了するまではＵＳＢホスト装置３はすべてのＵＳＢ周辺装置２との間で通常のデータ送受信を行うことができる。
【００４１】
ここで、ＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドＲＥＱ１とダイレクト接続リクエストコマンドＲＥＱ２との関係は、リクエストコマンドＲＥＱ１、ＲＥＱ２の発行順序は守る必要はあるが、図４で示したように同一フレームでリクエストコマンドＲＥＱ１、ＲＥＱ２を発行する必要はない。また、ＵＳＢホスト装置３からダイレクト接続リクエストコマンドＲＥＱ２を出力するタイミング、及びＵＳＢホスト権限を与える対象のＵＳＢ周辺装置２の選択はアプリケーションによるものとし、ここで規定されるものではない。
【００４２】
次いで、ダイレクト接続のリクエストを受けた後、ＵＳＢハブ装置１がＵＳＢホスト装置３から発行されるフレーム同期用のＳＯＦパケットを検出すると、フレーム２において、ハブリピーター１１はＳＯＦパケットをすべてのダウンストリームポート１６に中継伝送するとともに、ハブリピーター１１のＤＣＮコントロールタイマ１１３はリセットされカウントを起動する。また、ハブコントローラ１２は間隔情報にもとづきＤＣＮパケット送出時刻を設定し、このＤＣＮパケット送出時刻をＤＣＮコントロールタイマ１１３へ伝える。ＤＣＮコントロールタイマ１１３は、カウント値がＤＣＮパケット送出時刻になった時点で、ダイレクト接続対象に関するグループ情報にしたがってリンクスイッチ１１１及びダイレクト接続用スイッチ１１２へオン・オフ制御信号を送り、リンクスイッチ１１１及びダイレクト接続用スイッチ１１２を所望のオン・オフ状態にする。
【００４３】
そのため、ハブリピーター１１は、ダイレクト接続の対象となっている各ダウンストリームポート１６とアップストリームポート１５とのリンクを切断するとともに、ダイレクト接続の対象となっているダウンストリームポート１６のグループ内で任意に互いにダイレクト接続可能にする。この切断動作は、ＵＳＢホスト装置３からＳＯＦパケットにつづく別のパケットが出力された場合に、これをダイレクト接続のサービス対象であるダウンストリームポート１６―１、１６−２、１６−３に伝送してしまうことを防ぐためである。また、ＵＳＢシステムにおけるパケット送受信は、フレームを基本として行われるため、すべてのＵＳＢ周辺機器はＵＳＢホストが発行するＳＯＦパケットに同期して動作する必要がある。なお、この切断動作は、ＳＯＦパケットの中継伝送後に行うＤＣＮパケットの送出後から現フレームの終了までであるダイレクト接続有効期間中に行われる。
【００４４】
したがって、本実施形態のＵＳＢハブ装置１においても、ＵＳＢホスト装置３からのＳＯＦパケットをダイレクト接続の対象となっているダウンストリームポート１６−１、１６−２、１６−３に対しても中継伝送することで、ＵＳＢシステム全体におけるフレーム同期を維持することを保証している。
【００４５】
また、ダウンストリームポート１６―１、１６−２、１６−３を１つのグループとしてダイレクト接続するようリクエストコマンドＲＥＱ２及び付加情報がＵＳＢハブ装置１に送信されるので、ＵＳＢホスト装置３とダイレクト接続対象ではないＵＳＢ周辺装置２−４との間で通信を行うことができる。
【００４６】
図５は、本実施形態のＵＳＢシステムにおけるＳＯＦパケットの伝播の様子を示したモデル図である。ダイレクト接続の設定状況に関係なく、ＳＯＦパケットは、ＵＳＢハブ装置１を含むすべてのＵＳＢ周辺装置２に伝播される。
【００４７】
ＳＯＦパケットをダウンストリームポート１６に中継伝送し終わった段階で、ハブリピーター１１は、ダイレクト接続の対象となっているダウンストリームポート１６―１、１６−２、１６−３に対して、ダイレクト接続中であることを通知するためにＤＣＮパケットを送出する。ここで、ハブリピーター１１はＳＯＦパケット受信からＤＣＮパケット送信までの間隔をＵＳＢホスト装置３から受信した間隔情報にしたがって設定する。この時点で、ダイレクト接続の対象となっているダウンストリームポート１６―１、１６−２、１６−３は、すでにアップストリームポート１５とのリンクを切断されているため、もしＳＯＦパケットにつづいて別のパケットがＵＳＢホスト装置３から発行されていたとしても、ハブリピーター１１からのＤＣＳパケットと衝突することを防ぐことができる。ハブリピーター１１は、ＤＣＮパケットの送出完了までの間に、ダイレクト接続用スイッチ１１２を制御して、ハブコントローラ１２による予め設定された内容にしたがって、当該ダウンストリームポート１６どうしをダイレクト接続する。
【００４８】
一方、ＤＣＮパケットを受信したＵＳＢ周辺装置２−１は、自身のアップストリームポートが他のＵＳＢ周辺装置２とダイレクト接続されていることが保証されている。この時点で、ＵＳＢ周辺装置２−１はＵＳＢホスト機能をイネーブルとして、必要に応じて他のＵＳＢ周辺装置２とのデータ送受信を行うことができる。つまり、ＵＳＢ周辺装置２−１のＵＳＢホストコントローラ２２が動作し、ＵＳＢ周辺装置２−１は簡易的なＵＳＢホスト装置として機能する。
【００４９】
図４を参照すると、フレーム２において、ＵＳＢホスト装置３からＳＯＦパケットが発行された直後にＵＳＢハブ装置１からＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３に対してＤＣＮパケットが発行される。一方、ＵＳＢ周辺装置２−４はＵＳＢホスト装置３からのダイレクト接続リクエストコマンドでの指定を受けていないので、ＵＳＢ周辺装置２−４にはＤＣＮパケットが送信されていない。
【００５０】
ＤＣＮパケットを受信した以降、ＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３のそれぞれは、当該フレームの終了までダイレクト接続有効期間として、ＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３間での直接的なデータ送受信が許される。ただし、ＵＳＢシステムにおける通信モデルでは、必ずホストとして機能するＵＳＢホスト装置とクライアントとして機能するＵＳＢ周辺装置という主従関係の上でデータ送受信が行われるため、完全に自由なデータ送受信が行えるわけではない。したがって、予めどのＵＳＢ周辺装置２がダイレクト接続有効期間中にＵＳＢホストとして動作する権限を持つかどうか決定しておく必要がある。この手続きは、前述したとおりフレーム１でのＵＳＢホスト権限付与リクエストコマンドＲＥＱ１によって事前に行われている。このケースでは一例として、ＵＳＢ周辺装置２−１がＵＳＢホストとしての権限が与えられ、ＵＳＢ周辺装置２−２またはＵＳＢ周辺装置２−３とフレーム２においてデータ送受信する。
【００５１】
さらに、本実施形態では、例えばフレーム３において、ダイレクト接続解除リクエストコマンドＲＥＱ３がＵＳＢホスト装置３からＵＳＢハブ装置１に対して発行される。この場合、ハブリピーター１１を介してハブコントローラ１２にリクエストコマンドＲＥＱ３が送られ、ハブコントローラ１２はダイレクト接続解除リクエストコマンドＲＥＱ３を認識する。この認識に基づき、ハブコントローラ１２の制御の下でハブリピーター１１は、次のフレームからＤＣＮパケットの送出を中止し、ＵＳＢシステムにおけるダイレクト接続が終了する。ここで、ＵＳＢホスト装置３から出力されるダイレクト接続解除リクエストコマンドＲＥＱ３のタイミングは、アプリケーションによるものとし、ここで規定するものではない。
【００５２】
図６はダイレクト接続期間におけるパケットの伝播の様子を示すモデル図である。ダイレクト接続期間（例えばフレーム２またはフレーム３）においては、ダイレクト接続の対象であるＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３の間で、ＵＳＢ周辺装置２−１を一時的なＵＳＢホストとして直接的なデータ送受信がなされる。一方、ＵＳＢホスト装置３、ＵＳＢハブ装置１及びＵＳＢ周辺装置２−４の間では、ダイレクト接続の範囲内のデータ送受信とは独立して、トランザクション、すなわちデータ送受信が行われる。
【００５３】
図７はダイレクト接続期間における否定応答（ＮＡＫ）を示すモデル図である。ダイレクト接続期間中は、ダイレクト接続対象であるＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３とＵＳＢホスト装置３とのリンクが切断される。したがって、もしＵＳＢホスト装置３からＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３のいずれかの装置宛にトランザクションパケットが送信されたとしても、ＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３はトランザクションパケットに応答することができない。ＵＳＢシステムにおいて、無応答はエラーとして解釈されてしまう。これを回避するため、図７に示したように、ダイレクト接続期間中は、ＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３に対してのトランザクションパケットが発行されたことをＵＳＢハブ装置１のハブリピーター１１が検出し、ハブリピーター１１はネガティブアクノレッジメント（ＮＡＫ）ハンドシェークをもって応答する。これにより、ダイレクト接続期間中のＵＳＢホスト装置３における無用なエラー発生を防ぐことができる。
【００５４】
以上のように、この実施形態１によれば、第１の効果として、ＵＳＢホスト装置３と一部のＵＳＢ周辺装置２間の接続を維持したまま、残りのＵＳＢ周辺装置２間で直接的なデータ送受信が実現できる。その理由は、ＵＳＢハブ装置１に任意のダウンストリームポート１６をダイレクト接続できるダイレクト接続用スイッチ１１２を設け、ダイレクト接続用スイッチ１１２の動作により、ダイレクト接続の対象となっている各ダウンストリームポート１６とアップストリームポート１５とのリンクのみが切断され、ダイレクト接続の対象となっていないダウンストリームポート１６とアップストリームポート１５とのリンクの接続は維持されるからである。
【００５５】
また、第２の効果として、ＵＳＢハブ装置１の構成を簡易にすることができる。その理由は、ＵＳＢ周辺装置２に簡易的なＵＳＢホスト機能を設けているからである。
【００５６】
また、第３の効果として、ＵＳＢホスト装置３の負荷を低減することができる。その理由は、ＵＳＢ周辺装置２どうしが互いに直接的にデータ送受信を行うため、ＵＳＢホスト装置３が介在する必要がないためである。
【００５７】
また、第４の効果として、ＵＳＢシステム全体として、スループットが向上する。なぜなら、ＵＳＢ周辺装置２間のデータ送受信をＵＳＢホスト装置３が介在して行うという従来の場合は、一旦ＵＳＢホスト装置３がデータソースのＵＳＢ周辺装置２からデータを受信し、そしてＵＳＢホスト装置３からデータディスティネーションとなる他のＵＳＢ周辺装置２に対してデータを送信するという、２度のデータ送受信処理が必要となり、その分バスのトラフィックを消費することになる。一方、本実施形態によるダイレクト接続によれば、ダイレクト接続の対象となっているＵＳＢ周辺装置２とＵＳＢホスト装置３とのリンクを一時的に切断し、ＵＳＢホスト装置３から独立した形でＵＳＢ周辺装置２間のデータ送受信が行われるためにＵＳＢシステム全体のバストラフィックを全く消費しなくなるからである。
【００５８】
［実施形態２］
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
図８は本発明の第２の実施形態によるＵＳＢハブ装置の構成図であり、図８（ａ）はＵＳＢハブ装置の構成を示す図であり、図８（ｂ）はＵＳＢレシーバの構成図である。
【００６０】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、それぞれのＵＳＢレシーバ１４は、ダウンストリームポート１６との電気的インタフェースをとるためのドライバ及びレシーバを有するドライバ・レシーバ回路１４１と、ダウンストリームポート１６とハブリピーター１１との間をドライバ・レシーバ回路１４１を介して接続するかドライバ・レシーバ回路１４１を介さないで接続するかを選択する選択スイッチ１４２とを有する。また、それぞれのＵＳＢ周辺装置２も同じ機能を有するドライバ・レシーバ回路及び選択スイッチ（図示省略）を備える。
【００６１】
非ダイレクト接続期間中は、選択スイッチ１４２はａ端子を選択し、ドライバ・レシーバ回路１４１を介してダウンストリームポート１６とハブリピーター１１とは接続する。一方、ダイレクト期間中は、選択スイッチ１４２はｂ端子を選択し、ドライバ・レシーバ回路１４１を介すことなくダウンストリームポート１６とハブリピーター１１とはトランスペアレントに接続する。
【００６２】
これにより、たとえばユニバーサル・アシンクロナス・レシーバ/トランスミッタ（ＵＡＲＴ）やインター・インテグレイテッド・サーキット（Ｉ２Ｃ）などのＵＳＢ規格以外の２線式インタフェースによって、ＵＳＢ周辺装置間のデータ送受信を実現することができる。
【００６３】
【実施例】
次に、本発明の第１の実施形態または第２の実施形態における実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００６４】
［実施例１］
図９は図１または図８で示した単一のＵＳＢハブ装置１に対して複数のダイレクト接続のグループを設定した場合の例を示したモデル図である。なお、ここでのＵＳＢハブ装置の個数及び段数、そしてＵＳＢ周辺装置の数は、一例を示すものであって、限定されるものではない。
【００６５】
第１の実施例では、ダイレクト接続を利用したさまざまなＵＳＢシステムの実施例を説明する。図９に示す第１の実施例では、ＵＳＢホスト装置３からＵＳＢハブ装置１に対して、ＵＳＢ周辺装置２−１、２−２、２−３と、ＵＳＢ周辺装置２−４、２−５と、ＵＳＢ周辺装置２−６、２−７とをそれぞれダイレクト接続グループとして設定している。また、ＵＳＢホスト装置３から、それぞれのグループに対して、１つずつＵＳＢホスト権限を持つＵＳＢ周辺装置を指定することができる。
【００６６】
以上のように、第１の実施例によれば、１個のＵＳＢハブ装置１に接続される複数のダイレクト接続グループを設定することができる。
【００６７】
［実施例２］
図１０は図１または図８で示したＵＳＢハブ装置１をＵＳＢホスト装置３に対し複数個並列に接続した場合の例を示すモデル図である。なお、ここでのＵＳＢハブ装置の個数及び段数、そしてＵＳＢ周辺装置の数は、一例を示すものであって、限定されるものではない。
【００６８】
図１０に示すように、ＵＳＢホスト装置３からそれぞれのＵＳＢハブ装置１−１、１−２、１−３に対して、個別にダイレクト接続を指定している。この場合も、図９に示す実施例と同様にそれぞれのグループに対して、１つずつ個別にＵＳＢホスト権限を持つＵＳＢ周辺装置を指定することができる。
【００６９】
以上のように、この第２の実施例によれば、複数のＵＳＢハブ装置のそれぞれにおいてダイレクト接続グループを設定することができる。
【００７０】
［実施例３］
図１１は図１または図８で示したＵＳＢハブ装置１をカスケード接続した場合の例を示すモデル図である。なお、ここでのＵＳＢハブ装置の個数及び段数、そしてＵＳＢ周辺装置の数は、一例を示すものであって、限定されるものではない。
【００７１】
図１１に示すように、ＵＳＢホスト装置３に対しＵＳＢハブ装置１−１、１−２がカスケード接続される。この実施例において、１段目に位置するＵＳＢハブ装置１−１は、ＵＳＢホスト装置３からの制御により、ダウンストリームポート１６−２、１６−３、１６−４がダイレクト接続に設定される。
【００７２】
図示しているとおり、ダウンストリーム１６−４には、２段目のＵＳＢハブ装置１−２が接続されており、ＳＯＦパケットにつづいて、ＵＳＢハブ装置１−１からＤＣＮパケットが送出される。ＳＯＦパケット及びＤＣＮパケットは、ＵＳＢハブ装置１−２によって、ＵＳＢ周辺装置２−４、２−５、２−６に中継伝送される。そもそもＵＳＢハブ装置とは、基本的にアップストリームポートと各ダウンストリームポートとを単純に中継伝送するものであるため、ＵＳＢハブ装置１−２自体はダイレクト接続が設定されていなくてもこのように動作する。この結果、ＵＳＢ周辺装置２−２、２−３、２−４、２−５、２−６は、カスケード接続されたＵＳＢハブ装置１−１、１−２を介してダイレクト接続できる。また、ＵＳＢハブ装置１−１のダウンストリームポート１６−１、１６−５については、ダイレクト接続の対象外であるため、これに接続するＵＳＢ周辺装置２−１、２−７については、ＵＳＢホスト装置３との間で、通常のＵＳＢシステムにおけるデータ送受信が行われる。この例ではＵＳＢハブ装置１を２段としているが２段に限定するものではない。
【００７３】
以上のように、この第３の実施例によれば、ＵＳＢハブ装置が多段に接続された状態においても、ＵＳＢ周辺装置２間で直接的なデータ送受信が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、このＵＳＢハブ装置の発明によれば、複数のＵＳＢ周辺装置に接続する任意のダウンストリームポートを互いにダイレクト接続する機能を有するハブリピーターと、ＵＳＢホスト装置からのダイレクト接続リクエストに応じて特定のグループのダウンストリームポートに対して任意に互いにダイレクト接続するようにハブリピーターに指示するハブコントローラとを備えるように構成したので、ＵＳＢホスト装置とＵＳＢ周辺装置との間でデータ送受信を行いつつ、他のＵＳＢ周辺装置間で直接的なデータ送受信を行うことができる。
【００７５】
このＵＳＢ周辺装置の発明によれば、クライアントとしてデータの送受信を制御するＵＳＢ周辺コントローラと、ＵＳＢシステムにおけるデータ送受信の最小単位であるトランザクション処理を実行するＵＳＢホスト機能を有し、ＵＳＢホスト装置を介することなく他のＵＳＢ周辺装置と直接にホストとしてデータの送受信を行う場合にＵＳＢ周辺コントローラに代わってデータの送受信を制御するＵＳＢホストコントローラとを備えるように構成したので、ＵＳＢホスト装置とＵＳＢ周辺装置との間でデータ送受信を行いつつ、他のＵＳＢ周辺装置間で直接的なデータ送受信を行うことができる。また、ＵＳＢ周辺装置はＵＳＢホスト機能を有するので、ＵＳＢ周辺装置間での直接的なデータ送受信を中継するＵＳＢハブ装置の構成を簡単にすることができる。
【００７６】
この発明に係るデータ送受信方法は、ＵＳＢホスト装置とＵＳＢ周辺装置の各々との間でデータ送受信を行うステップと、ＵＳＢホスト装置からのダイレクト接続リクエストに応じて特定のＵＳＢ周辺装置に接続するダウンストリームポートを任意に互いにダイレクト接続するステップと、ダイレクト接続に係るＵＳＢ周辺装置間でＵＳＢホスト装置を介することなくデータ送受信を直接に行うステップとを有するようにしたので、ＵＳＢホスト装置とＵＳＢ周辺装置との間でデータ送受信を行いつつ、他のＵＳＢ周辺装置間で直接的なデータ送受信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＵＳＢハブ装置の構成図である。
【図２】ＵＳＢハブ装置のハブリピーターの構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるＵＳＢ周辺装置の構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるＵＳＢハブ装置、ＵＳＢ周辺装置及びＵＳＢ周辺装置の間で行われるデータ送受信を時系列に示す図である。
【図５】第１の実施形態のＵＳＢシステムにおけるＳＯＦパケットの伝播の様子を示したモデル図である。
【図６】第１の実施形態によるダイレクト接続期間におけるパケットの伝播の様子を示すモデル図である。
【図７】第１の実施形態によるダイレクト接続期間における否定応答（ＮＡＫ）を示すモデル図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるＵＳＢハブ装置の構成図である。
【図９】本発明の第１の実施例における複数のダイレクト接続のグループを設定した場合の例を示したモデル図である。
【図１０】本発明の第２の実施例におけるＵＳＢハブ装置をＵＳＢホスト装置に対し複数個並列に接続した場合の例を示すモデル図である。
【図１１】本発明の第３の実施例におけるＵＳＢハブ装置をカスケード接続した場合の例を示すモデル図である。
【図１２】ＵＳＢＯＴＧ規格に基づき互いに接続されるＵＳＢＯＴＧ装置及びＵＳＢ周辺装置のモデル図を示す。
【符号の説明】
１−１，１−２，１−３ＵＳＢハブ装置
２，２―１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７，２−（ｎ−１），２−ｎＵＳＢ周辺装置
３ＵＳＢホスト装置
１１ハブリピーター
１３ＵＳＢトランシーバ
１４，１４−１，１４−２，１４−３，１４−４ＵＳＢトランシーバ
１５アップストリームポート
１６，１６−１，１６−２，１６−３，１６−４ウンストリームポート
２１ＵＳＢ周辺コントローラ
２２ＵＳＢホストコントローラ
２４コンピュータ回路
１１１リンクスイッチ
１１２ダイレクト接続用スイッチ
１１３ＤＣＮコントロールタイマ
１４１ドライバ・レシーバ回路
１４２選択スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a USB hub device, a USB peripheral device, and a data transmission / reception method in a USB system having a universal serial bus (abbreviated as USB) host device such as a personal computer as a vertex, and in particular, a USB peripheral without using a USB host device. The present invention relates to a USB hub device, a USB peripheral device, and a data transmission / reception method that perform direct data transmission / reception between devices.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for directly transmitting and receiving data between USB peripheral devices without going through a USB host device, there is a standard called USB On-The-Go (hereinafter abbreviated as OTG) established by the USB standards organization.
[0003]
FIG. 12 is a first prior art, and shows a model diagram of a USB OTG device and a USB peripheral device connected to each other based on the USB OTG standard.
[0004]
A USB OTG device 71 shown in FIG. 12 is a USB peripheral device having a USB OTG function, and includes an OTG transceiver 711, an OTG controller 712, a host controller 713, and a device controller 714. The other USB peripheral device 72 includes a transceiver 721 and a device controller 722. Since the USB OTG device 71 has a USB OTG function, the USB OTG device 71 and the USB peripheral device 72 can be connected to each other one-on-one without using a USB host device. Data is transmitted to and received from 72.
[0005]
As a second conventional technique, Patent Document 1 discloses a data transmission / reception device incorporating a USB hub device. In this patent document 1, when the data transmission / reception device detects disconnection from the USB host device, the data transmission / reception device itself functions as a USB host device, and is connected to a plurality of USB peripheral devices connected to a plurality of ports of the data transmission / reception device. Technologies that provide data transmission / reception between the two have been proposed. Specifically, when the USB hub device detects disconnection from the USB host, the CPU notifies the CPU of the data transmission / reception device. Upon receiving this notification, the CPU loads a control program corresponding to the USB peripheral device connected to the USB port, that is, a driver program, and relays data transmission / reception between the USB peripheral devices.
[0006]
As prior art documents related to the present invention, there are the following.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-134528 A
[Patent Document 2]
JP 2000-183939 A (Claims 1 to 5, FIGS. 1 to 3)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the first prior art shown in FIG. 12 has the following problems.
[0009]
In this model, one USB peripheral device operates as the USB OTG device 71 by installing the USB OTG function, and one USB peripheral device (that is, the USB OTG device 71) and the other one do not pass through the USB host device. Although direct data transmission / reception with the USB peripheral device 72 can be realized, data between the USB peripheral devices is maintained in a state in which a tree-shaped bus topology with the USB host device as a vertex is maintained. Cannot send / receive. The reason is that USB OTG is a standard that targets only a one-to-one communication model.
[0010]
The second prior art described in Patent Document 1 has the following two problems.
[0011]
The first problem is that when the data transmission / reception device is disconnected from the USB host device, any USB peripheral device connected to the data transmission / reception device cannot transmit / receive data to / from the disconnected USB host device. It is to end. In this case, data transmission / reception between the USB host device and the USB peripheral device cannot be performed, but direct data transmission / reception between other USB peripheral devices cannot be performed. This is because all USB peripheral devices must be disconnected from the USB host device in order to directly send and receive data between the USB peripheral devices without going through the USB host device.
[0012]
The second problem is that the scale of the data transmission / reception apparatus that relays data transmission / reception between USB peripheral devices is increased. The reason is that in addition to the built-in USB hub device in this data transmission / reception device, the data transmission / reception device has a large-capacity memory for storing software such as a control program and an operating system corresponding to each USB peripheral device This is because hardware such as a CPU, a display unit, and an input unit is required.
[0013]
In the invention of Patent Document 2, for data transfer between USB devices, a hub device is equipped with a pseudo host function, and the pseudo host function temporarily receives data from the transmission source device, and The method of sending is taken. However, in Patent Document 2, when it is desired to transfer data between a plurality of sets of devices under the hub device, it is clear that the hub device becomes a bottleneck, and direct data transfer between devices is smoothly performed. There is a problem that can not be done.
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and performs direct data transmission / reception between other USB peripheral devices while performing data transmission / reception between the USB host device and some USB peripheral devices. A first object is to provide a USB hub device, a USB peripheral device, and a data transmission / reception method.
[0015]
A second object of the present invention is to provide a USB hub device having a simple configuration for relaying direct data transmission / reception between USB peripheral devices.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The USB hub device according to the present invention is: In a USB hub device that relays data transmission and reception to each of a plurality of USB peripheral devices via a downstream port, Instruct the hub repeater to connect directly to any downstream port of a specific group in response to a direct connection request from a USB host device and a hub repeater that has the function of directly connecting any downstream port to each other With a hub controller The hub repeater is characterized in that the hub repeater makes a NAK response to data sent from the USB host device to the USB peripheral device to be directly connected. .
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
[Embodiment 1]
Hereinafter, a first embodiment of a USB hub device, a USB peripheral device, and a data transmission / reception method between USB peripheral devices of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a USB hub device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of the hub repeater 11 of the USB hub device. FIG. 2 (a) shows the hub repeater 11 in a normal state, and FIG. 2 (b) shows a switch in a direct connection state. FIG. 3 is a configuration diagram of a USB peripheral device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is data performed between the USB hub device, the USB peripheral device, and the USB peripheral device according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows transmission / reception in time series.
[0021]
As shown in FIG. 1, the USB hub device 1 normally has an upstream port 15 and a plurality of downstream ports 16-1, 16-2, 16-3, 16-4 ( In some cases, it is relayed bidirectionally. The USB hub device 1 transmits / receives data to / from the USB host device 3 via the upstream port 15, and the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 (in the case) Accordingly, data transmission / reception is performed with each of them. In this embodiment, four downstream ports are arranged, but may be five or more or three or less downstream ports.
[0022]
The USB transceiver 13 has an electrical interface with the upstream port 15 conforming to the USB standard. The USB transceivers 14-1, 14-2, 14-3, and 14-4 (generally referred to by reference numeral 14 in some cases) have an electrical interface with the downstream port 16 that conforms to the USB standard.
[0023]
As shown in FIG. 2A, the hub repeater 11 includes a link switch 111, a direct connection switch 112, and a DCN control timer 113 that controls operations of the link switch 111 and the direct connection switch 112.
[0024]
The link switch 111 sets a switch group so that a signal transmitted from the USB host device 3 to the USB hub device 1 during direct connection between the downstream ports 16 is not relayed to the downstream port 16 to be directly connected. Have. In a normal state outside the direct connection period, all the switches of the link switch 111 are set to an on state (connected state) under the control of the DCN control timer 113, and each downstream port 16 and upstream port 15 Is set to the connected state.
[0025]
On the other hand, for example, when the downstream ports 16-1, 16-2, and 16-3 are targets for direct connection and the downstream port 16-4 is not a target for direct connection, the ports are down under the control of the DCN control timer 113. The switches of the link switch 111 corresponding to the stream ports 16-1, 16-2, 16-3 are set to an off state (non-connected state), and each of the downstream ports 16-1, 16-2, 16-3 The connection with the upstream port 15 is disconnected. Further, the switch of the link switch 111 corresponding to the downstream port 16-4 is maintained in the ON state, and the connection with the upstream port 15 is maintained.
[0026]
The direct connection switch 112 is constituted by a well-known matrix switch, and has a function of directly connecting arbitrary downstream ports 16 to each other. In a normal state, all connection points are set to an off state (indicated by white circles in FIG. 2A) under the control of the DCN control timer 113, and a signal transmitted from the USB host device 3 is a direct connection switch. It is set to be sent to the corresponding downstream port 16 via each of the 112 switches. On the other hand, when direct communication is performed between the USB peripheral devices 2-1 and 2-3 and direct communication is performed between the USB peripheral devices 2-2 and 2-4, as shown in FIG. Under the control, a part of the direct connection switch 112 is set to an ON state (indicated by a black circle in FIG. 2B), and the downstream ports 16-1 and 16-3 are directly connected and down. The stream ports 16-2 and 16-4 are directly connected.
[0027]
The USB host device 3 issues a direct connection request command for designating a group of downstream ports 16 to be directly connected, and the hub controller 12 responds to the direct connection request command with the designated downstream port 16. An instruction is given to the DCN control timer 113 of the hub repeater 11 so that the direct connection can be arbitrarily made within the group.
[0028]
In order to identify the USB peripheral device 2 that functions as a host among the USB peripheral devices 2 connected to the designated downstream port 16, the USB host device 3 gives the USB host authority for direct connection. An authorization request command is issued and sent to a specific USB peripheral device 2 via the USB hub device 1.
[0029]
The hub repeater 11 notifies the function for detecting the SOF packet for frame synchronization issued from the USB host device 3 and the downstream port 16 that is the target of direct connection that direct connection is being performed. A direct connection notification signal (hereinafter referred to as a DCN packet).
[0030]
Next, the configuration of the USB peripheral device shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 3, each USB peripheral device 2 includes an electrical interface that conforms to the USB standard with a normal USB peripheral controller 21, a USB host controller 22 having a function as a simple USB host device, and a downstream port 16. And a computer circuit 24 that performs data processing.
[0031]
In each USB peripheral device 2, only one of the USB peripheral controller 21 and the USB host controller 22 operates, and when the USB peripheral device 2 functions as a client, only the USB peripheral controller 21 operates. For example, in the normal case where the USB peripheral device 2 performs data transmission / reception with the USB host device 3, only the USB peripheral controller 21 operates. In addition, when a USB host authority grant request command is received from the USB host device 3, the USB peripheral controller 21 recognizes the USB host authority grant request command, the USB peripheral controller 21 stops the operation and operates the USB host controller 22, and the USB The peripheral device 2 functions as a simple USB host device.
[0032]
When the USB peripheral device 2 functions as a client, the USB peripheral controller 21 recognizes the DCN packet when receiving the DCN packet via the upstream port. When the USB peripheral device 2 functioning as a host receives a DCN packet, the USB host controller 22 recognizes the DCN packet.
[0033]
A general USB host device is usually a personal computer and must have the ability to connect to and transmit / receive data to / from any USB peripheral device that conforms to the USB standard. However, in this embodiment, when the USB peripheral device 2 that functions as a simple USB host device performs data transmission / reception with another USB peripheral device 2, the functional characteristics of the USB peripheral device 2 that is the partner of data transmission / reception. For example, the number of endpoints, the endpoint number, the data transfer direction of each endpoint, the packet size, etc. are known in advance.
[0034]
Therefore, the USB peripheral device 2 that functions as a simple USB host device has a driver installation function (plug-and-play function) when a new USB peripheral device is detected, as required by a general USB host device, Advanced functions such as transaction scheduling, frame control, and power supply / management functions are not required. In this sense, the USB host controller 22 included in the USB peripheral device 2 only needs to have a minimum function capable of realizing data transmission / reception with other USB peripheral devices. The minimum function is the ability to execute a transaction, which is the minimum unit of data transmission / reception in the USB system. Specifically, a series of transaction processing such as token packet generation and transmission, subsequent data packet generation and transmission and reception, and handshake packet generation and transmission and reception, error handling function for each packet, transaction timeout This is an error handling processing function for a series of transaction processing such as sequence errors.
[0035]
The details of transaction processing in the USB system and error handling processing related thereto are defined by the USB standard.
[0036]
Next, the operation of the USB hub device 1 shown in FIG. 1 will be described.
[0037]
First, when a direct connection request from the USB host device 3 is not received, the USB hub device 1 bidirectionally connects between the upstream port 15 and the plurality of downstream ports 16 by the hub repeater 11 incorporated therein. Relay.
[0038]
Thereafter, when the USB hub device 1 receives a direct connection request command from the USB host device 3, this request command is sent to the hub controller 12 via the hub repeater 11, and the hub controller 12 recognizes the direct connection request command. Next, the hub controller 12 passes the DCN control timer 113 to the direct connection switch 112 of the hub repeater 11 so that it can be directly connected to each other in the group of downstream ports 16 specified by the direct connection request command. Instruct the setting. However, at this point, the direct connection is merely instructed, and the actual direct connection is not made.
[0039]
Referring to FIG. 4, in frame 1, a USB host authority grant request command REQ <b> 1 for giving authority of a USB host in direct connection to a specific USB peripheral device 2 is issued from the USB host device 3 to the USB hub device 1. The USB hub device 1 relays the USB host authority grant request command REQ1 to the specified USB peripheral device 2. In the first embodiment, a USB host authority grant request command REQ1 is relayed and transmitted to the USB peripheral device 2-1, and the USB peripheral device 2-1 functions as a simple USB host device.
[0040]
Next, in frame 1, the direct connection request command REQ 2 and additional information are sent from the USB host device 3 to the USB hub device 1. The request command REQ2 and additional information are sent to the hub controller 12 via the hub repeater 11. The additional information includes group information of the direct connection target downstream port 16 (or USB peripheral device 2) and interval information from SOF packet reception to DCN packet transmission in the USB hub device 1. In this case, as an example, the downstream ports 16-1, 16-2, and 16-3 are requested to be directly connected as one group. Naturally, the USB host device 3 can perform normal data transmission / reception with all the USB peripheral devices 2 until the frame 1 is completed.
[0041]
Here, regarding the relationship between the USB host authority grant request command REQ1 and the direct connection request command REQ2, the issue order of the request commands REQ1 and REQ2 needs to be kept, but as shown in FIG. 4, the request command REQ1, There is no need to issue REQ2. The timing for outputting the direct connection request command REQ2 from the USB host device 3 and the selection of the USB peripheral device 2 to which the USB host authority is given are determined by the application, and are not specified here.
[0042]
Next, after receiving the direct connection request, when the USB hub device 1 detects the SOF packet for frame synchronization issued from the USB host device 3, in the frame 2, the hub repeater 11 sends the SOF packet to all downstream ports. 16, the DCN control timer 113 of the hub repeater 11 is reset and starts counting. Further, the hub controller 12 sets a DCN packet transmission time based on the interval information, and informs the DCN control timer 113 of this DCN packet transmission time. The DCN control timer 113 sends an on / off control signal to the link switch 111 and the direct connection switch 112 according to the group information regarding the direct connection object when the count value reaches the DCN packet transmission time, and the link switch 111 and the direct connection The connection switch 112 is set to a desired on / off state.
[0043]
Therefore, the hub repeater 11 disconnects the link between each downstream port 16 and the upstream port 15 that are the targets of the direct connection, and is arbitrarily selected within the group of the downstream ports 16 that are the targets of the direct connection. Can be connected directly to each other. In this disconnection operation, when another packet following the SOF packet is output from the USB host device 3, it is transmitted to the downstream ports 16-1, 16-2, 16-3 which are the services of direct connection. This is to prevent that. Further, since packet transmission / reception in the USB system is performed on a frame basis, all USB peripheral devices need to operate in synchronization with the SOF packet issued by the USB host. This disconnection operation is performed during the direct connection valid period from the time when the DCN packet is transmitted after the relay transmission of the SOF packet to the end of the current frame.
[0044]
Therefore, also in the USB hub device 1 of this embodiment, the SOF packet from the USB host device 3 is relayed to the downstream ports 16-1, 16-2, 16-3 that are the targets of direct connection. This guarantees that the frame synchronization in the entire USB system is maintained.
[0045]
Further, since the request command REQ2 and the additional information are transmitted to the USB hub device 1 so as to directly connect the downstream ports 16-1, 16-2, and 16-3 as one group, the USB host device 3 and the direct connection target It is possible to communicate with a USB peripheral device 2-4 that is not.
[0046]
FIG. 5 is a model diagram showing how the SOF packet propagates in the USB system of this embodiment. Regardless of the setting status of the direct connection, the SOF packet is propagated to all the USB peripheral devices 2 including the USB hub device 1.
[0047]
When the SOF packet has been relayed and transmitted to the downstream port 16, the hub repeater 11 is directly connected to the downstream ports 16-1, 16-2, and 16-3 to be directly connected. A DCN packet is sent out to notify that it is. Here, the hub repeater 11 sets an interval from SOF packet reception to DCN packet transmission according to the interval information received from the USB host device 3. At this point, the downstream ports 16-1, 16-2, and 16-3 that are the targets of the direct connection have already been disconnected from the upstream port 15, so if the SOF packet is different. Even if the packet is issued from the USB host device 3, it can be prevented from colliding with the DCS packet from the hub repeater 11. The hub repeater 11 controls the direct connection switch 112 until the transmission of the DCN packet is completed, and directly connects the downstream ports 16 according to the contents set in advance by the hub controller 12.
[0048]
On the other hand, the USB peripheral device 2-1 that has received the DCN packet is guaranteed that its upstream port is directly connected to another USB peripheral device 2. At this point, the USB peripheral device 2-1 can enable the USB host function and perform data transmission / reception with other USB peripheral devices 2 as necessary. That is, the USB host controller 22 of the USB peripheral device 2-1 operates, and the USB peripheral device 2-1 functions as a simple USB host device.
[0049]
Referring to FIG. 4, in frame 2, immediately after the SOF packet is issued from the USB host device 3, the DCN packet is issued from the USB hub device 1 to the USB peripheral devices 2-1, 2-2, and 2-3. The On the other hand, since the USB peripheral device 2-4 has not been designated by the direct connection request command from the USB host device 3, no DCN packet is transmitted to the USB peripheral device 2-4.
[0050]
After receiving the DCN packet, each of the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3 has the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3 as the direct connection valid period until the end of the frame. Direct data transmission and reception between them is allowed. However, in the communication model in the USB system, data transmission / reception is performed based on a master / slave relationship between a USB host device that always functions as a host and a USB peripheral device that functions as a client. Therefore, it is necessary to determine whether it has the authority to advance any USB peripheral device 2 operates as a USB host in direct connection lifetime. This procedure is performed in advance by the USB host authority grant request command REQ1 in the frame 1 as described above. In this case, as an example, the USB peripheral device 2-1 is given authority as a USB host, and transmits / receives data to / from the USB peripheral device 2-2 or the USB peripheral device 2-3 in the frame 2.
[0051]
Further, in the present embodiment, for example, in the frame 3, a direct connection release request command REQ3 is issued from the USB host device 3 to the USB hub device 1. In this case, a request command REQ3 is sent to the hub controller 12 via the hub repeater 11, and the hub controller 12 recognizes the direct connection release request command REQ3. Based on this recognition, the hub repeater 11 stops sending the DCN packet from the next frame under the control of the hub controller 12, and the direct connection in the USB system is terminated. Here, the timing of the direct connection release request command REQ3 output from the USB host device 3 depends on the application, and is not specified here.
[0052]
FIG. 6 is a model diagram showing a state of packet propagation in the direct connection period. In the direct connection period (for example, frame 2 or frame 3), the USB peripheral device 2-1 is temporarily connected to the USB peripheral device 2-1, 2-2, 2-3 that is the target of direct connection. Direct data transmission / reception. On the other hand, between the USB host device 3, the USB hub device 1, and the USB peripheral device 2-4, a transaction, that is, data transmission / reception is performed independently of data transmission / reception within the range of direct connection.
[0053]
FIG. 7 is a model diagram showing a negative response (NAK) in the direct connection period. During the direct connection period, the link between the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3 and the USB host device 3, which are direct connection targets, is disconnected. Therefore, even if a transaction packet is transmitted from the USB host device 3 to any one of the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3, the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2 -3 cannot respond to transaction packets. In the USB system, no response is interpreted as an error. In order to avoid this, as shown in FIG. 7, during the direct connection period, the USB hub device 1 indicates that a transaction packet has been issued to the USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3. Hub repeater 11 detects and responds with a negative acknowledgment (NAK) handshake. Thereby, it is possible to prevent an unnecessary error from occurring in the USB host device 3 during the direct connection period.
[0054]
As described above, according to the first embodiment, as a first effect, the connection between the USB host device 3 and some USB peripheral devices 2 is maintained, and the remaining USB peripheral devices 2 are directly connected. Data transmission / reception can be realized. The reason is that a direct connection switch 112 capable of directly connecting an arbitrary downstream port 16 to the USB hub device 1 is provided, and the operation of the direct connection switch 112 causes each downstream port 16 to be directly connected to This is because only the link with the upstream port 15 is disconnected, and the link connection between the downstream port 16 and the upstream port 15 that is not the target of direct connection is maintained.
[0055]
As a second effect, the configuration of the USB hub device 1 can be simplified. This is because the USB peripheral device 2 has a simple USB host function.
[0056]
As a third effect, the load on the USB host device 3 can be reduced. The reason is that the USB peripheral devices 2 directly transmit and receive data to each other, so that there is no need for the USB host device 3 to intervene.
[0057]
As a fourth effect, the throughput of the entire USB system is improved. This is because in the conventional case where the USB host device 3 performs data transmission / reception between the USB peripheral devices 2, the USB host device 3 once receives data from the USB peripheral device 2 as the data source, and then the USB host device 3. Therefore, two data transmission / reception processes of transmitting data to another USB peripheral device 2 serving as a data destination are required, and bus traffic is consumed accordingly. On the other hand, according to the direct connection according to the present embodiment, the link between the USB peripheral device 2 and the USB host device 3 to be directly connected is temporarily disconnected, and the USB peripheral is independent from the USB host device 3. This is because data transmission / reception between the devices 2 is performed, so that the bus traffic of the entire USB system is not consumed at all.
[0058]
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0059]
FIG. 8 is a configuration diagram of a USB hub device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration of the USB hub device, and FIG. 8B is a configuration diagram of a USB receiver. is there.
[0060]
As shown in FIGS. 8A and 8B, each USB receiver 14 includes a driver / receiver circuit 141 having a driver and a receiver for electrically interfacing with the downstream port 16, and a downstream. A selection switch 142 that selects whether the port 16 and the hub repeater 11 are connected via the driver / receiver circuit 141 or not via the driver / receiver circuit 141 is provided. Each USB peripheral device 2 also includes a driver / receiver circuit and a selection switch (not shown) having the same functions.
[0061]
During the non-direct connection period, the selection switch 142 selects the a terminal, and the downstream port 16 and the hub repeater 11 are connected via the driver / receiver circuit 141. On the other hand, during the direct period, the selection switch 142 selects the b terminal, and the downstream port 16 and the hub repeater 11 are transparently connected without passing through the driver / receiver circuit 141.
[0062]
Thus, data transmission / reception between USB peripheral devices can be realized by a two-wire interface other than the USB standard, such as a universal asynchronous receiver / transmitter (UART) or an inter-integrated circuit (I2C).
[0063]
【Example】
Next, examples of the first embodiment or the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0064]
[Example 1]
FIG. 9 is a model diagram showing an example in which a plurality of direct connection groups are set for the single USB hub device 1 shown in FIG. 1 or FIG. Note that the number of USB hub devices and the number of stages and the number of USB peripheral devices here are merely examples, and are not limited.
[0065]
In the first embodiment, various USB system embodiments using direct connection will be described. In the first embodiment shown in FIG. 9, USB peripheral devices 2-1, 2-2, 2-3 and USB peripheral devices 2-4, 2-5 are connected from the USB host device 3 to the USB hub device 1. USB peripheral devices 2-6 and 2-7 are set as direct connection groups. Further, from the USB host device 3, one USB peripheral device having a USB host authority can be designated for each group.
[0066]
As described above, according to the first embodiment, a plurality of direct connection groups connected to one USB hub device 1 can be set.
[0067]
[Example 2]
FIG. 10 is a model diagram showing an example in which a plurality of USB hub devices 1 shown in FIG. 1 or FIG. 8 are connected to the USB host device 3 in parallel. Note that the number of USB hub devices and the number of stages and the number of USB peripheral devices here are merely examples, and are not limited.
[0068]
As shown in FIG. 10, the USB host device 3 individually designates direct connection to the respective USB hub devices 1-1, 1-2, and 1-3. In this case, as in the embodiment shown in FIG. 9, a USB peripheral device having a USB host authority can be individually designated for each group.
[0069]
As described above, according to the second embodiment, a direct connection group can be set in each of a plurality of USB hub devices.
[0070]
[Example 3]
FIG. 11 is a model diagram showing an example when the USB hub device 1 shown in FIG. 1 or FIG. 8 is cascade-connected. Note that the number of USB hub devices and the number of stages, and the number of USB peripheral devices here are merely examples, and are not limited.
[0071]
As shown in FIG. 11, the USB hub devices 1-1 and 1-2 are cascade-connected to the USB host device 3. In this embodiment, in the USB hub device 1-1 located in the first stage, the downstream ports 16-2, 16-3, and 16-4 are set to direct connection under the control of the USB host device 3.
[0072]
As illustrated, the downstream 16-4 is connected to the second-stage USB hub device 1-2, and a DCN packet is sent from the USB hub device 1-1 following the SOF packet. The SOF packet and the DCN packet are relayed and transmitted to the USB peripheral devices 2-4, 2-5, and 2-6 by the USB hub device 1-2. In the first place, the USB hub device basically simply relays and transmits the upstream port and each downstream port. Therefore, the USB hub device 1-2 itself does not have a direct connection in this way. Operate. As a result, the USB peripheral devices 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6 can be directly connected via the cascaded USB hub devices 1-1, 1-2. Further, since the downstream ports 16-1 and 16-5 of the USB hub device 1-1 are not subject to direct connection, the USB peripheral devices 2-1 and 2-7 connected thereto are connected to the USB host. Data transmission / reception in the normal USB system is performed with the device 3. In this example, the USB hub device 1 has two stages, but is not limited to two stages.
[0073]
As described above, according to the third embodiment, direct data transmission / reception between the USB peripheral devices 2 is possible even when the USB hub devices are connected in multiple stages.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of the USB hub device, a hub repeater having a function of directly connecting arbitrary downstream ports connected to a plurality of USB peripheral devices and a direct connection request from the USB host device. And a hub controller that instructs the hub repeater to arbitrarily connect directly to the downstream ports of a specific group, so that data is transmitted and received between the USB host device and the USB peripheral device. However, direct data transmission / reception can be performed between other USB peripheral devices.
[0075]
According to the invention of the USB peripheral device, it has a USB peripheral controller that controls data transmission / reception as a client, and a USB host function that executes transaction processing, which is the minimum unit of data transmission / reception in the USB system, via the USB host device In the case where data is directly transmitted / received as a host to / from another USB peripheral device, a USB host controller that controls data transmission / reception instead of the USB peripheral controller is provided. Data can be directly transmitted and received between other USB peripheral devices while data is transmitted to and received from each other. Further, since the USB peripheral device has a USB host function, the configuration of the USB hub device that relays direct data transmission / reception between the USB peripheral devices can be simplified.
[0076]
The data transmission / reception method according to the present invention includes a step of performing data transmission / reception between a USB host device and each of the USB peripheral devices, and a downstream connected to a specific USB peripheral device in response to a direct connection request from the USB host device Since the step of directly connecting the ports to each other and the step of directly transmitting / receiving data between the USB peripheral devices related to the direct connection without going through the USB host device, the USB host device and the USB peripheral device Data can be directly transmitted and received between other USB peripheral devices while transmitting and receiving data.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a USB hub device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a hub repeater of a USB hub device.
FIG. 3 is a configuration diagram of a USB peripheral device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing, in time series, data transmission / reception performed between the USB hub device, the USB peripheral device, and the USB peripheral device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a model diagram showing how a SOF packet propagates in the USB system of the first embodiment.
FIG. 6 is a model diagram showing a state of packet propagation in the direct connection period according to the first embodiment.
FIG. 7 is a model diagram showing a negative response (NAK) in a direct connection period according to the first embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of a USB hub device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a model diagram showing an example when a plurality of direct connection groups are set in the first exemplary embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a model diagram showing an example in which a plurality of USB hub devices according to the second embodiment of the present invention are connected in parallel to a USB host device.
FIG. 11 is a model diagram showing an example in which the USB hub devices in the third embodiment of the present invention are cascade-connected.
FIG. 12 is a model diagram of a USB OTG device and a USB peripheral device connected to each other based on the USB OTG standard.
[Explanation of symbols]
1-1, 1-2, 1-3 USB hub device
2,2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 2- (n-1), 2-n USB peripheral device
3 USB host device
11 Hubby Peter
13 USB transceiver
14, 14-1, 14-2, 14-3, 14-4 USB transceiver
15 upstream port
16, 16-1, 16-2, 16-3, 16-4 downstream port
21 USB peripheral controller
22 USB host controller
24 Computer circuit
111 Link switch
112 Direct connection switch
113 DCN control timer
141 Driver / Receiver Circuit
142 selection switch

Claims

In a USB hub device that relays data transmission and reception to each of a plurality of USB peripheral devices via a downstream port,
A hub repeater having a function of directly connecting an arbitrary downstream port to each other;
A USB hub device comprising a hub controller that instructs the hub repeater to arbitrarily connect directly to downstream ports of a specific group in response to a direct connection request from a USB host device ,
The hub repeater responds to a NAK when data for a USB peripheral device to be directly connected is sent from the USB host device .

2. The hub repeater relays a frame synchronization SOF packet issued from the USB host device to all USB peripheral devices after receiving a direct connection request from the USB host device. The USB hub device described.

The hub repeater disconnects a link between an upstream port connected to the USB host device and a downstream port connected to a specific group of USB peripheral devices after completing the relay transmission of the SOF packet. The USB hub device according to claim 2.

The hub repeater, after completing the relay transmission of the SOF packet, sends a DCN packet indicating that the direct connection is valid to the USB peripheral device targeted for direct connection. 2. The USB hub device according to 2.