TW202030616A

TW202030616A - Ｕｓｂ集線器的資源切換系統與方法

Info

Publication number: TW202030616A
Application number: TW108105228A
Authority: TW
Inventors: 黃沛峰
Original assignee: 三泰科技股份有限公司
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-16
Also published as: TWI691847B

Abstract

一種USB集線器的資源切換系統與方法，其係包括來源端、USB設備與集線器。來源端具有第一傳輸通道、第二傳輸通道與第三傳輸通道；集線器具有切換電路、切換開關、第一設備接口、第二設備接口與控制晶片，切換電路耦接於第一設備接口、第二設備接口與控制晶片，第一傳輸通道連接於第一設備接口，第三傳輸通道連接於第二設備接口，切換電路選擇第二傳輸通道的路徑，第一設備接口與第二設備接口電性連接於至控制晶片的GPIO腳位，控制晶片透過GPIO腳位識別USB設備的通訊種類，並決定第二傳輸通道連接至第一設備接口或第二設備接口。

Description

USB集線器的資源切換系統與方法

一種周邊硬體資源的切換系統與方法，特別有關USB集線器的資源切換系統與方法。

隨著計算機運算能力的提升，使得周邊裝置的傳輸能力也需要加強。因此通用序列匯流排(Universal Serial Bus，簡稱USB)從第一代協議的1.5Mbps加強至第三代協議的5Gbps。USB設備也從儲存設備、周邊裝置拓展至影像輸出等功能。

由於第三代USB協議的影像輸出機制，使得單一擴展塢(dock)可以提供USB接口與影像接口，例如顯示埠(DisplayPort)、高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，簡稱HDMI)或影片圖形陣列(Video Graphics Array，簡稱VGA)。在傳輸顯示埠的高解析度影像需要高頻寬的通道，因此習知技術的擴展塢會提供影像資料與數據資料的通道切換的機制。在台灣發明專利第I6515719案(自動切換裝置及自動切換方法)中述及以傳輸的影像解析度流量作為傳輸通道數量與切換。在I6515719案中當解析度變換時擴展塢的USB傳輸通道的數量會提高或降低，藉以滿足傳輸影像資料的同時也符合數據資料的傳輸。舉例來說，在傳輸高解析度的情況中，擴展塢會從第三代USB通訊協議切換為第二代USB通訊協議，並將空出來的傳輸通道提供給影像資料進行傳輸。

但這樣的切換機制會產生兩項缺點，第一缺點是解析度的識別是由主機端(host)所決定。由於擴展塢本身不具備資料流量的識別機制。因此只能藉由主機端進行判斷，而為實現此一目標則需要在主機端有對應的代理程序。由代理程序判斷影像流量後，代理程序在驅動擴展塢的切換傳輸通道的處理。第二點則是影像解析度的切換會造成數據資料的傳輸錯誤。特別是數據資料在傳輸的過程中，如果此時擴展塢切換傳輸通道數量則會造成數據資料的寫入錯誤。這是因為由四條傳輸通道降為兩條傳輸通道會使得傳輸中的數據資料遺失，因而導致寫入錯誤。而且影像解析度發生頻繁的切換時，則數據資料的寫入也會連帶被影響。

本發明提供一種USB集線器的資源切換系統，其特徵在於切換來源端的資料傳輸通道並用於資料的加速傳輸。

本發明的USB集線器的資源切換系統包括來源端、USB設備與集線器。來源端具有第二通訊介面，第二通訊介面具有第一傳輸通道、第二傳輸通道與第三傳輸通道；集線器電性連接於來源端與USB設備，集線器具有切換電路、切換開關、第一通訊介面、第一設備接口、第二設備接口與控制晶片，切換電路耦接於第一通訊介面、第一設備接口、第二設備接口與控制晶片，切換開關連接於控制晶片，第一通訊介面連接於第二通訊介面，切換電路用於選擇第二傳輸通道的路徑，第一傳輸通道連接於第一設備接口，第三傳輸通道連接於第二設備接口，第一設備接口與第二設備接口電性連接於至控制晶片的GPIO腳位，第二設備接口連接USB設備，控制晶片透過GPIO腳位識別USB設備的通訊種類，並決定第二傳輸通道連接至第一設備接口或第二設備接口。

本發明另提供一種USB集線器，其特徵在於根據所連接的USB設備進而決定傳輸通道的數量。本發明的USB集線器包括第一通訊介面、切換開關、第一設備接口、第二設備接口、切換電路與控制晶片。第一通訊介面連接於來源端，第一通訊介面具有第一傳輸通道、第二傳輸通道與第三傳輸通道；觸發切換開關時生成切換命令；第一設備接口電性連接於第一通訊介面與第一傳輸通道；第二設備接口電性連接於第一通訊介面與第三傳輸通道，第二設備接口具有複數資料腳位，第二設備接口用於連接USB設備；切換電路連接於第一通訊介面，切換電路用於選擇第二傳輸通道的連接路徑；控制晶片包括GPIO腳位，控制晶片電性連接於切換電路，控制晶片根據USB設備的種類切換第二傳輸通道連接至第一設備接口或第二設備接口，或控制晶片根據切換命令將第二傳輸通道連接於第一設備接口。

本發明更提供一種USB集線器的資源切換方法，其係包括以下步驟：將USB設備連接於集線器的第一設備接口；由USB設備觸發集線器的GPIO腳位，用於識別USB設備的種類；若USB設備係為USB1.0或USB2.0，則集線器將第二傳輸通道連接於第一設備接口；若USB設備係為USB3.0，則集線器將第二傳輸通道連接於第二設備接口；重置第二設備接口與控制晶片的傳輸時脈。

本發明的USB集線器的資源切換系統與方法可以根據所連接的USB設備決定數據資料與影像資料的傳輸通道，藉以保證影像播放的質量。而且本發明的集線器可以識別所連接的USB設備的通訊協議種類，進而選擇相應的傳輸通道數量。相較於習知技術而言，本發明不需來源端與驅動程式作為識別使用情況，因此本發明可以避免影像解析度的自動切換的問題。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

100‧‧‧資源切換系統

110‧‧‧集線器

111‧‧‧控制晶片

112‧‧‧切換電路

113‧‧‧切換開關

114‧‧‧第一通訊介面

115‧‧‧第一設備接口

116‧‧‧第二設備接口

117‧‧‧GPIO腳位

120‧‧‧來源端

121‧‧‧第二通訊介面

121a‧‧‧第一傳輸通道

121b‧‧‧第二傳輸通道

121c‧‧‧第三傳輸通道

130‧‧‧USB設備

140‧‧‧顯示設備

151‧‧‧第一設備

152‧‧‧第二設備

第1圖係為本發明的系統架構示意圖。

第2圖係為本發明的傳輸通道連接示意圖。

第3圖係為本發明的運作流程示意圖。

第4圖係為本發明的USB設備連接與傳輸通道的狀態示意圖。

第5圖係為本發明的USB設備連接與傳輸通道的另一狀態示意圖。

第6圖係為本發明的運作流程示意圖。

第7圖係為本發明的切換開關觸發時傳輸通道的狀態示意圖。

本發明提出一種USB集線器的資源切換系統100，其係包括集線器110、來源端120與USB設備130(Universal Serial Bus，簡稱USB)，並請配合第1圖所示。集線器110包括控制晶片111、切換電路112、切換開關113、第一通訊介面114、第一設備接口115與第二設備接口116。第1圖中係以粗黑線條作為電性連接，而箭頭代表訊號的傳遞路徑。

控制晶片111耦接來源端120、切換電路112、切換開關113、第一設備接口115與第二設備接口116。控制晶片111具有通用型之輸入輸出(General-purpose input/output，簡稱GPIO)腳位117，且GPIO腳位117連接於第二設備接口116。控制晶片111用於偵測USB設備130的種類並驅動切換電路112的連接路徑。切換開關113用於將第二傳輸通道121b切換並連接至第二設備接口116。切換開關113的種類可以是但不限定為按壓開關、指撥開關，也可以是旋鈕開關等具有可發送觸發訊號的元件。

來源端120可以是但不限定為個人電腦、筆記型電腦，也可以是具有影像輸出與資料存取的計算機裝置，例如：行動電話(mobile phone)或平板電腦(tablet)。來源端120具有第二通訊介面121，第二通訊介面121具有第一傳輸通道121a、第二傳輸通道121b與第三傳輸通道121c。來源端120透過第一傳輸通道121a、第二傳輸通道121b與第三傳輸通道121c傳輸影像資料或數據資料。

第一通訊介面114、第二通訊介面121與第二設備接口116係為USB介面，第一通訊介面114與第二通訊介面121的協議種類係為USB3.0系列，第二設備接口116的協議種類係為USB1.0、2.0或3.0系列。第一設備接口115係為顯示埠(DisplayPort)或高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，簡稱HDMI)。第一設備接口115用於連接顯示設備140，並輸出影像資料至顯示設備140。第一設備接口115可以傳輸高解析度畫質影片(High Definition或Full High Definition Video)或超高解析度畫質影片(Ultra HD Video)。

第一傳輸通道121a係由TX1±與RX1±的兩組差動訊號線所構成(共四條訊號線)，而第二傳輸通道121b係由TX2±與RX2±的兩組差動訊號線所構成。第三傳輸通道121c係由USB2.0的D+與D-所構成。換言之，第一傳輸通道121a具有兩組可以傳輸影像資料的通道。同理，第二傳輸通道121b也是具有兩組可供傳輸影像資料或數據資料的通道，如第2圖所示。而第三傳輸通道121c則是傳輸USB的數據資料。在第2圖中連接線表示元件間的電性連接，而箭頭部分表示通道的傳輸路徑。

第一通訊介面114係以纜線連接於第二通訊介面121，使得第一通訊介面114導通第一傳輸通道121a、第二傳輸通道121b與第三傳輸通道121c。切換電路112分別連接第二傳輸通道121b、第一設備接口115與第二設備接口116。切換電路112用於切換第二傳輸通道121b的目的端，使得第二傳輸通道121b可以選擇連接於第一設備接口115或第二設備接口116。在本發明中第二設備接口116電性連接於控制晶片111的GPIO腳位117。因此集線器110可以透過GPIO腳位117的觸發內容進而識別所連接的USB設備130的種類。

為清楚說明本發明請參考第3圖所示，其係為本發明的運作流程示意圖。在本發明的USB集線器的資源切換方法包括以下步驟：步驟S310：將USB設備連接於集線器的第一設備接口；步驟S320：由USB設備觸發集線器的GPIO腳位，用於識別USB設備的種類；步驟S330：若USB設備係為USB1.0或USB2.0，則集線器將第二傳輸通道連接於第一設備接口；步驟S340：若USB設備係為USB3.0，則集線器將第二傳輸通道連接於第二設備接口；以及步驟S350：重置第二設備接口與控制晶片的傳輸時脈。

當第二設備接口116連接支援USB2.0(或以降)的通訊協議的USB設備130時，GPIO腳位117可偵測USB設備130的D±的訊號並觸發控制晶片111。控制晶片111驅動切換電路112將第二傳輸通道121b連接至第一設備接口115，如第4圖所示。當第二設備接口116連接USB3.0(或以上)的通訊協議的USB設備130時，由於GPIO腳位117將不會收到D±的訊號，因此控制晶片111驅動切換電路112 將第二傳輸通道121b連接至第二設備接口116，如第5圖所示。

在進行第二傳輸通道121b的切換過程中，控制晶片111會另外重置(reset)對USB設備130的傳輸時脈，藉以重新傳輸數據資料至USB設備130(或來源端120)。由於傳輸通道數量的改變會影響來源端120對於數據資料的配置，因此控制晶片111需要重置傳輸時脈。若第二設備接口116連接新的USB設備130時，新的USB設備130與前一USB設備130屬於相同通訊協議，則控制晶片111不會重置傳輸時脈。

舉例來說，假設第二設備接口116連接USB2.0的第一設備151。第二傳輸通道121b會連通至第一設備接口115。使用者若是將第一設備151移除並裝設第二設備152，且第二設備152亦為USB2.0(或1.0)系列。控制晶片111不會切換第二傳輸通道121b。若是第二設備152為USB3.0(或以上)的通訊協議，控制晶片111將第二傳輸通道121b連接至第二設備接口116。

在步驟S330中，使用者可以觸發集線器110的切換開關113，請同時配合第6圖所示，其係為本發明的觸發切換開關113的處理流程示意圖。在觸發切換開關113中包括以步驟：步驟S331：觸發集線器的切換開關；以及步驟S332：驅動集線器將第二傳輸通道切換並連接至第一設備接口。

在集線器110連接USB3.0的USB設備130時，第二傳輸通道121b預設會連接至第二設備接口116。當使用者按壓切換開關113時，控制晶片111根據觸發訊號將第二傳輸通道121b從第二設備接口116切換至第一設備接口115，如第7圖所示。於此同時，控制晶片111也會重置傳輸時脈，已確保來源端120與USB設備130的同步並保證數據資料的完整性。當第一設備接口115所連接的顯示設備140被移除時，控制晶片111才會驅動切換電路112將第二傳輸通道121b改接至第一設備接口115。此外，若第二設備接口116為空接時，則第二傳輸通道121b預設會連接至第二設備接口116。

本發明的USB集線器110的資源切換系統100與方法可以根據所連接的USB設備130決定數據資料與影像資料的傳輸通道，藉以保證影像播放的質量。而且本發明的集線器110可以識別所連接的USB設備130的通訊協議種類，進而選擇相應的傳輸通道數量。相較於習知技術而言，本發明不需來源端120與驅動程式作為識別使用情況，因此本發明可以避免影像解析度的自動切換的問題。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。