NO328206B1 - USB-veksler og framgangsmate ved bruk av samme. - Google Patents

Abstract

Det beskrives en anordning ved USB-veksler (1) og framgangsmåte ved bruk av samme for seriell. kommunikasjon mellom en datamaskin (PC1-PC8) og et periferutstyr (PU), hvor USB-veksleren (1) er innrettet for å koples til periferutstyret (PU) ved hjelp av en USB-periferutstyrskontakt og to eller flere datamaskiner (PC1-PC8) ved hjelp av USB-datamaskin-kontakter og opprette forbindelse for kommunikasjon mellom én av datamaskinene (PCI-PC8) og periferutstyret (PU), hvor USB-veksleren (1) er forsynt med en inngang for styresignal eller styringskommando for veksling, og et koplingsmiddel (91-98) tilordnet hver av USB-datamaskinkontaktene, hvor koplingsmiddelet (91-98) er innrettet til å opprette elektrisk forbindelse mellom fire kontaktpunkt i USB-datamaskinkontakten og fire korresponderende kontaktpunkt i USB-periferutstyrskontakten, og at USB-veksleren videre er forsynt med en styreenhet (5, 7) innrettet til å reagere på styresignalet eller styringskommandoen om veksling ved å først frakople den tilkoplede USB-datamaskinkontakt og deretter tilkople en angitt datamaskin (PCI-PC8) for seriell kommunikasjon med periferutstyret.

Description

USB-VEKSLER OG FRAMGANGSMÅTE VED BRUK AV SAMME

Oppfinnelsen angår en USB-veksler for seriell kommunikasjon mellom en datamaskin og periferutstyr, og framgangsmåte ved bruk av samme, hvor USB står for det engelske uttrykket Uni-versal Serial Bus. Nærmere bestemt dreier det seg om en USB-veksler for seriell kommunikasjon mellom en datamaskin og et periferutstyr, hvor USB-veksleren er innrettet for å koples til et periferutstyr ved hjelp av en USB-periferutstyrskontakt og to eller flere datamaskiner ved hjelp av USB-datamaskinkontakter og opprette forbindelse for kommunikasjon mellom én av datamaskinene og periferutstyret, og framgangsmåte ved veksling mellom to eller flere datamaskiner tilkoplet for seriell kommunikasjon mellom én av datamaskinene og et periferutstyr.

USB har gjort det enkelt å bruke mange typer periferutstyr sammen med en datamaskin. Som eksempel på periferutstyr kan nevnes tastatur, pekeredskap, minne, platelager, skriver, nettverksutstyr, skanner, kamera, navigasjonsutstyr, måle-utstyr og instrumenter av mange slag. Brukeren opplever en stor fordel ved at periferutstyr er forsynt med samme type kontakter og ved at periferutstyr kan plugges til en hvilken som helst USB-kontakt på datamaskinen. En annen fordel er at USB-periferutstyr kan plugges til og fra datamaskinen uten at den må startes på nytt for å opprette forbindelse og kommunisere med periferutstyret. Busstrukturen er også en med-virkende grunn til at USB har fått en dominerende posisjon i markedet for periferutstyr. Ved hjelp av en såkalt USB-hub kan flere periferutstyrsenheter koples til én USB-kontakt på datamaskinen.

Selv om USB er ment å kople én eller flere periferutstyrsenheter til en datamaskin, er det også behov for å kople én pe-rif erutstyrsenhet til flere datamaskiner. Det vil si at flere datamaskiner deler en periferutstyrsenhet, for eksempel at to eller flere datamaskiner deler på å bruke en skriver. Deling av periferutstyr er en annen oppgave enn å kople flere USB-perif erutstyrsenheter til en datamaskin. Oppgaven er imidlertid ikke mer uvanlig enn at det er kjent en type USB-enhet for deling av periferutstyr. Slike enheter markedsføres under flere betegnelser, men engelskspråklige betegnelser som USB sharing hub og USB sharing switch er vanlige, og i det føl-gende er en slik enhet kalt en USB-veksler.

En USB-veksler koples til et periferutstyr og to eller flere datamaskiner og oppretter forbindelse for kommunikasjon mellom én av datamaskinene og periferutstyret. De andre datamaskinene som er koplet til USB-veksleren, kan ikke kommunisere med periferutstyret. En bruker kan gi et vekslesignal til USB-veksleren om å opprette forbindelse mellom periferutstyret og én av de andre datamaskinene. Vekslesignal kan kommunisere over USB-forbindelsen mellom datamaskinen som skal bruke periferutstyret, og USB-veksleren. Vekslesignal kan også gis ved hjelp av en manuelt betjent tast eller vender som er integrert i USB-veksleren.

Brukere opplever ofte at kjente USB-vekslere fører til at datamaskinen som USB-veksleren veksler til, ikke får kontakt med periferutstyret. Problemet løses ved å starte den aktuel-le datamaskinen og periferutstyret på nytt. Slik omstart er tidkrevende og en stor ulempe for brukere som har hver sin datamaskin og eksempelvis skal veksle mellom å bruke et USB-koplet presentasjonsutstyr i et møte eller en konferanse. Problemet synes å øke med kabellengden mellom datamaskinen og periferutstyret, og problemet oppstår selv om kabellengden er kortere enn maksimallengden som er gitt av spesifikasjonen for USB.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste en av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående be-skrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en anordning ved en USB-veksler for seriell kommunikasjon mellom en datamaskin og et periferutstyr, hvor USB-veksleren er innrettet for å koples til et periferutstyr ved hjelp av en USB-periferutstyrskontakt og to eller flere datamaskiner ved hjelp av USB-datamaskinkontakter og opprette forbindelse for kommunikasjon mellom én av datamaskinene og periferutstyret, hvor USB-veksleren er forsynt med en inngang for styresignal eller styringskommando for veksling, og et koplingsmiddel tilordnet hver av USB-datamaskinkontaktene, hvor koplingsmidlet er innrettet til å opprette elektrisk forbindelse mellom fire kontaktpunkt i USB-datamaskinkontakten og fire korresponderende kontaktpunkt i USB-periferutstyrskontakten, og at USB-veksleren videre er forsynt med en styreenhet innrettet til å reagere på styresignalet eller styringskommandoen om veksling ved å først frakople den tilkoplede USB-datamaskinkontakt og deretter tilkople en angitt datamaskin for seriell kommunikasjon med periferutstyret.

Koplingsmidlet utgjøres i én utførelse av et firepolet relé.

I én utførelse utgjøres styrekontakten og grensesnittet for styrekommandoen av USB-type.

I én utførelse utgjøres styrekontakten og grensesnittet for styrekommando én av typen RS-232, RS-485, RS-422, MIL-ST-188, EIA 530 eller andre egnede typer.

I et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en framgangsmåte ved veksling mellom to eller flere datamaskiner tilkoplet for seriell kommunikasjon mellom én av datamaskinene og et periferutstyr, hvor framgangsmåten omfatter trinnene: - å kople datamaskinene og periferutstyret til en USB-veksler ved hjelp av USB-datamaskinkontakter, henholdsvis en USB-perif erutstyrskontakt ; og - å sende et styresignal eller en styrekommando for veksling mellom en første datamaskin og en andre datamaskin til en styreenhet i USB-veksleren, hvor signalet eller kommandoen påvirker et koplingsmiddel tilordnet hver av USB-datamaskinkontaktene, og hvor styreenheten ved mottak av signalet frakopler den tilkoplede USB-datamaskinkontakt på alle fire USB-ledere før veksling til den andre USB-datamaskinkontakt finner sted.

For enkelthetsskyld vil koplingsmidlet i det etterfølgende bli omtalt som relé.

I bruk vil således maksimalt ett av reléene være aktivert slik at kun én av flere tilkoplete datamaskiner kan kommunisere med et tilkoplet periferutstyr. Ved veksling mellom tilkoplede datamaskiner deaktiveres først alle reléene slik at ingen av datamaskinene har kontakt med periferutstyret, deretter aktiveres ett av reléene slik at det skapes forbindelse mellom USB-periferuststyrskontakten og ønsket USB-datamaskinkontakt .

Anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse løser problemene som det antas er årsaken til ovennevnte problemer med kjente vekslere. Problemene er antatt å være knyttet til spenningsforskjeller mellom USB-spenning og/eller USB-signaler fra den ene datamaskinen og til den neste. Det antas også at problemene blir tydeligere ved lange USB-ledninger.

Søker kjenner ikke til at det er gjort noen analyser av hva som egentlig forårsaker problemene med kjente USB-vekslere, men en mulig forklaring kan være som følger: USB forutsetter at det kun er én datamaskin på bussen. Strengt tatt er ikke det sant; ifølge USB-standarden skal det bare være én USB-"host", og det er typisk en PC. All kommunikasjon styres fra datamaskinen. Alle enheter lytter på bussen, men ingen sender noe som helst uten på forespørsel fra "host". Datamaskinen (host) tildeler hver enhet et ID-nummer som den enkelte enhet lagrer. Datamaskinen starter en dialog ved å sende ut en da-tapakke som alle enhetene mottar. Datapakken inneholder ID-nummeret til enheten datamaskinen ønsker svar fra, og kun den enheten som finner samsvar mellom sitt eget ID-nummer og ID-nummeret i datapakken, har lov til å svare. Det antas at veksling fra én datamaskin og til en annen fører til rot/for-virring med hensyn til ID-nummeret periferutstyret har lagret som sitt. Hvis et periferutstyr er USB-enhet nummer 1 for én datamaskin og veksles til en annen datamaskin som tidligere har identifisert USB-enheten med ID-nummer 20, vil ikke USB-enheten svare på forespørsel med mindre den har byttet ID-nummeret sitt fra 1 til 20. Veksling mellom datamaskiner kan sies å være ureglementert i forhold til USB-standarden, og det kan tenkes at en full av/på-sekvens er nødvendig for at USB-enheten skal få ny ID. Dette løser oppfinnelsen ved å bryte alle fire USB-ledere og dermed simulere at brukeren trekker ut pluggen og plugger enheten i en annen datamaskin, slik at man sikrer at ID-nummereringen oppheves i datamaskinen man kopler fra og kjøres fra start i datamaskinen enheten koples til.

USB-veksleren ifølge oppfinnelsen er spesielt, men ikke ute-lukkende, rettet mot en USB-enhet som selges under handelsbe-tegnelsen "Smartboard", og som er en slags digital tavle hvor man skriver med imaginært blekk. Skriveriene sendes til datamaskinen som tar imot og eventuelt lagrer og presenterer skriveriene på en skjerm eller på et lerret ved hjelp av en prosjektor. Oppfinnelsen er spesielt ment å løse veksleprob-lemer i en oppstilling hvor en slik tavle skal veksles mellom flere PC-er som kan stå til dels langt fra hverandre og langt fra tavlen. Langt kan her bety lenger enn maksimalavstanden som er spesifisert i USB-standarden.

For å ha lenger USB-ledning enn det som standarden spesifise-rer som maksimum, brukes oftest et par forsterkere, eventuelt modem, på en del av ledningsstrekket. Den ene forsterkeren monteres for eksempel ved selve tavlen eller Smartboarden og den andre forsterkeren monteres et stykke fra tavlen. Dermed trenger ikke USB-ledningen fra PC-en rekke lenger enn til nevnte andre forsterker. Problemene ved veksling mellom flere datamaskiner er likevel påtrengende. En uforklarlig observa-sjon er at det fungerer bedre å kople en PC til nevnte andre forsterker via USB-veksleren ifølge den foreliggende oppfinnelse enn å kople PC-en direkte til den andre forsterker (dvs uten USB-veksleren).

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser et blokkdiagram for en USB-veksler ifølge den

foreliggende oppfinnelse; og

Fig. 2 viser i større målestokk en prinsippskisse av en USB-veksler som er innrettet til å kunne kople én av åtte PC-er sammen med et periferutstyr; Fig. 3 viser i større målestokk en prinsippskisse av ett

av reléene som er indikert i detalj A i figur 2.

I figurene angir henvisningstallet 1 en USB-veksler ifølge den foreliggende oppfinnelse. USB-veksleren 1 innbefatter en strømforsyningsenhet 3 for transistorer og for en programmer-bar integrert styringskrets 5 som i det etterfølgende også blir benevnt med forkortelsen PISK 5. PISK 5 er koplet sammen med en driverkrets 7 som er innrettet til blant annet å kunne styre reléer 91-98 tilordnet hver av en flerhet av USB-datamaskinkontakter. PISK 5 og driverkretsen 7 utgjør til sammen USB-vekslerens 1 styreenhet.

Det vises først til figur 1 hvor USB-veksleren er innrettet til å kunne motta styresignal eller styringskommando for veksling via ledninger 11 som terminerer i PISK 5 i en styre-kontakt (ikke vist). Styrekontakten og grensesnittet for styrekommando er av USB-type eller én av typen RS-232, RS-485, RS-422 eller andre egnede typer.

PISK 5 er innrettet til å kommunisere med driverkretsen 7 ved hjelp av kommunikasjonslinjer som vist på fig. 1, men som ikke er nærmere angitt med henvisningstall. Driverkretsen 7 er innrettet til å kunne styre det enkelte av flerheten av reléer 91-98 og til å kunne tenne/slukke hver enkelt av et sett med lysdioder (LED) 19 som er anbrakt i for eksempel et ikke vist indikatorpanel. Det er tilordnet én lysdiode 19 for hvert relé 91-98, én for å indikere spenning i strømforsy-ningskretsen 3 og én for å indikere at PISK 5 er forprogram-mert og klar for innkommende kommando.

Kommunikasjonslinjer mellom de enkelte enheter er vist på figur 1, men ikke spesifikt angitt.

Reléene 91-98 er tilordnet en USB-terminering 21 av i og for seg kj ent art.

I figur 2 vises i større målestokk et forenklet oppriss av USB-veksleren 1 vist i figur 1. I figur 2 vises kun åtte reléer 91-98 som er innrettet til å kunne kople én av åtte PC-er indikert som PC1-PC8 til et periferutstyr indikert som PU. Det skal imidlertid forstås at strømforsyningen 3, PISK 5, driverkretsen 7 etc. som er vist i figur 1, også inngår i USB-veksleren 1 vist i figur 2.

Hver av ledningene 11 (kun én angitt med henvisningstall) som kopler den enkelte av PC-ene PC1-PC8 til det enkelte relé 91-98 som beskrevet ovenfor, består av fire ledere som indikert på figur 2. Tilsvarende består ledningene 12 som kopler det enkelte relé 91-98 til periferutstyret PU, av fire ledere som indikert.

Figur 3 viser i større målestokk og i mer detalj reléet 91

som er innrettet til å opprettet elektrisk forbindelse mellom fire kontaktpunkt i USB-datamaskinkontakten tilordnet PCI til fire korresponderende kontaktpunkter i USB-periferutstyrskontakten tilordnet PU. Reléene 92-98 vist i figur 2 er identis-ke med reléet 91.

Som vist i figur 3 er reléet 91 innrettet til å kunne frakople hver enkelt av de fire USB-lederne 11, 12. Reléet 91 styres på i og for seg kjent vis ved hjelp av en spole 21 som mottar strøm fra driverkretsen 7 via en ledning 23.

Således er de frakoplede datamaskinkontakter galvanisk skilt fra den tilkoplede datamaskinkontakt og fra periferutstyrkontakten på alle fire USB-lederne 11, 12.

Det vises igjen til figurene 1 og 2. Når PISK 5 gjenkjenner et styresignal eller styrekommando som mottas gjennom ledningen 11, 12, vil PISK 5 sende kommandoer om veksling til driverkretsen 7. Som et første trinn vil en eventuell elektrisk forbindelse, for eksempel mellom PC2 og PU, frakoples ved hjelp av bryterne i det relevante reléet som i dette til-fellet vil være reléet 92. Som nevnt ovenfor og som vist i figur 3, blir alle fire USB-ledere frakoplet. Som et andre trinn blir en annen PC, for eksempel PC5, deretter koplet til periferutstyret PU ved hjelp av et relevant relé som i ek-semplet vil være reléet 95.

LED-ene 19 vil indikere hvilken av PC-ene PC1-PC8 som eventuelt er tilkoplet periferutstyret PU.

Selv om mange typer reléer 91-98 vil kunne anvendes i den foreliggende oppfinnelse, har forsøk vist at reléer av høy-frekvenstypen, det vil si reléer som gir lite signaltap ved 500 MHz, er å foretrekke. Reléene bør også være av såkalt skjermet type, og oppvise lite støy eller såkalt "prell" i tilkoplingsøyeblikket.

Claims (10)

1. Anordning ved USB-veksler (1) for seriell kommunikasjon mellom en datamaskin (PC1-PC8) og et periferutstyr (PU), hvor USB-veksleren (1) er innrettet for å koples til periferutstyret (PU) ved hjelp av en USB-perif erutstyrskontakt og to eller flere datamaskiner (PC1-PC8) ved hjelp av USB-datamaskinkontakter og opprette forbindelse for kommunikasjon mellom én av datamaskinene (PC1-PC8) og periferutstyret (PU), karakterisert ved at USB-veksleren (1) er forsynt med en inngang for styresignal eller styringskommando for veksling, og et koplingsmiddel (91-98) tilordnet hver av USB-datamaskinkontaktene, hvor koplingsmiddelet (91-98) er innrettet til å opprette elektrisk forbindelse mellom fire kontaktpunkt i USB-datamaskinkontakten og fire korresponderende kontaktpunkt i USB-periferutstyrkontakten, og at USB-veksleren videre er forsynt med en styreenhet (5, 7) innrettet til å reagere på styresignalet eller styringskommandoen om veksling ved å først frakople den tilkoplede USB-datamaskinkontakt og deretter tilkople en angitt datamaskin (PC1-PC8) for seriell kommunikasjon med periferutstyret.

2. Anordning i henhold til krav 1, hvor koplingsmidlet (91-98) utgjøres av et firepolet relé (91-98).

3. Anordning i henhold til krav 1, hvor frakoplede datamaskinkontakter er galvanisk skilt fra den tilkoplede datamaskinkontakt og fra periferutstyrskontakten.

4. Anordning i henhold til krav 3, hvor det galvaniske skillet omfatter alle fire USB-lederne.

5. Anordning i henhold til krav 1, hvor styrekontakten og grensesnittet for styrekommandoen er av USB-type.

6. Anordning i henhold til krav 1, hvor styrekontakten og grensesnittet for styrekommando er én av typen RS-232, RS-485, RS-422, eller andre egnede typer.

7. Anordning i henhold til krav 2, hvor reléene (91-98) er av en type som gir lite støy på kontaktene i kop-lingsøyeblikket.

8. Anordning i henhold til krav 2 eller 7, hvor reléene (91-98) er av høyfrekvenstype.

9. Framgangsmåte ved veksling mellom to eller flere datamaskiner (PC1-PC8) tilkoplet for seriell kommunikasjon mellom én av datamaskinene (91-98) og et periferutstyr (PU) , karakterisert ved at framgangsmåten omfatter trinnene: - å kople datamaskinene (PC1-PC8) og periferutstyret (PU) til en USB-veksler (1) ved hjelp av USB-datamaskinkontakter, henholdsvis en USB-periferutstyrskontakt; - å sende et styresignal eller en styrekommando for veksling mellom en første datamaskin (PC1-PC8) og en andre datamaskin (PC1-PC8) til en styreenhet (5, 7) i USB-veksleren (1), hvor signalet eller kommandoen påvirker et koplingsmiddel (91-98) tilordnet hver av USB-datamaskinkontaktene, og hvor styreenheten (5, 7) ved mottak av signalet frakopler den tilkoplede USB-datamaskinkontakt på alle fire USB-ledere før veksling til den andre USB-datamaskinkontakt finner sted.

10. Framgangsmåte ifølge krav 10, hvor det som koplingsmiddel anvendes et firepolet relé (91-98).