TWI293216B - Interface integrated circuit device for a usb connection - Google Patents

Description

1293216 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於在一USB連結與另一電路之間建 立介面之介面積體電路。 【先前技術】 USB係一種用於在周邊設備與—pc (個人電腦沁間建立 介面之流行匯流排。USB術語可將設備定義爲”主機"或"裝 置"。在— USB匯流排系統中，料設備之_(通常爲pc)充 當"主機"，且其他設備充當”裝置”。在充當主機之設備與同 日才充當裝置之該等設備之一間建立通信的路線。該充當主 機之設備控制著與哪些設備進行通信及何時進行通信。 在建構具有積體電路之USB設備時，已習用多種方法。 在其中之一方法中，該設備之功能電路（其執行可經由匯流 排獲得的一些功能，譬如數位攝影機功能）與該usb介面同 時被完全整合於相同的積體電路中。 在第二種建構方法中，使用一當做USB控制器之獨立積 體電路來擴充功能電路。在該方法中，該USB控制器處理 整個USB通信協定，且該功能電路經由某個標準設備内之 介面（諸如使用並列位址與資料線之記憶體映射介面）而接 至USB控制器積體電路。該第二種方法之優勢在於可有效 地大ϊ製造該等控制器來應用於不同的功能電路。 在第三種建構方法中，使用了一獨立收發器積體電路。 在該方法中，大部分USB控制器功能被整合在功能電路中 且僅有USB通信所需之類比訊號處理由該收發器積體電 88114 1293216 路來處理（如此處所用，，，類比"―詞係指無法藉由假設訊號 代表’r或'〇’而被完全描述之訊號態樣）。在該第三種方法中 ’由該收發器處理USB通信之最爲訊號關鍵之態樣。此可 減緩必須由包含功能電路與控制器之積體電路達成之訊號 處理需求。由此，可將一標準數位電路用於該積體電路。 目前’吾人已開發出可充當USB主機兼USB裝置之設備。 例如，一具有該性能之數位攝影機既可當做一 PC之周邊設 備的裝置’亦可當做接至具有刪裝置介面之印表機的主 機。 上文所提及的習知USB設備之該等已知建構方法亦適用 於該主機/裝置設備。特定而言，在第三種方法中，已將該 T發器積體電路擴展爲所謂的〇TG(〇n The G〇 ;活動式）收 卷态，其具有一 USB介面、一主機控制器介面及一從屬控 制时’I面，後兩者分別用於連接主機及裝置控制器。利用 該收發器，可在USB連結與習知主機及裝置控制器之間建 立介面，以控制USB通信之序列。 在第二種方法中，已將主機及裝置控制器與收發器電路 整^在一起，該積體電路爲連接至功能電路而提供設備内 $钛準介面。由此，在主機與裝置之運作過程中，該積體 私路抆制USB通信之序列。不難經由該標準介面（譬如，記 隐體映射介面）在並非特定用於USB之現有功能電路與USB 系、、先之間建立介面，以允許可將設備功能選擇爲主機或裝 、壯在第一種方法中，最終，特定而言，在一可充當主機 兼衣置之设備中’可將積體電路設計成同時包括收發器、 88114 1293216 主機控制器、裝置控制器及功能電路。 所有上述方法存在一共同缺點：未能完全開發提供U S b 裝置控制器而非USB主機控制器之現有積體電路的可用性。 【發明内容】 其中，本發明之一目的係提供能夠充當主機兼裝置之 USB設備，且該等設備可更完全地利用提供USB裝置控制器 之現有電路。 /、中本叙明之另一目的係提供一種介面積體電路，其 使知具有US.BI置性能之現有電路可充當usb裝置兼usb 主機。 本發明提供一種根據申請專利範圍第丨項之積體電路。該 積體電路包括-收發ϋ電路及__USB主機控制器，該積體 電路具有-在設備内部使用的標準介面，μ有用於外部 刪裝置控制器之連結。此意即，對於主機功能而言，該 積體電路充當一完全USB介面，㈤時對於裝置功能而言， 其在其外部端子之間僅提供收發器功能性。由&，可經由 充當主機兼褒置之積體電路’將具有内建式裝置控制器及 -標準的裝置内匯流排之功能電路接至USB匯流排。該積 體電路支援一種新穎架構概念，其中存在從功能電路至 ⑽連結之兩個存取路徑’意即’僅發送刪裝置相容訊號 ，第-路徑’及提供—非USB標準介面以產生刪主機相容 汛號之並列於該第一路徑的第二路徑。 在一貫施例中， 面係由至少兩個介 被連接至積體電路之外部端子的裝置介 面組成，包括一外部類比介面（鑒於在該 88114 1293216 介面與裝置控制器之間需要一 USB收發器），及一數位介面（ 鑒於在該介面與裝置控制器之間不需要收發器）。由此，該 積體電路支援具有及不具有用於裝置控制器的内建式收發 器之現有電路。 【實施方式】 圖1圖解展示了一介面積體電路1〇，其具有·· USB連結D+ 、D-、Vbus，一記憶體映射介面16〇 ;及被耦接至介面積體 電路10的外部端子之USB裝置控制器介面14〇、142、144。 此外’儘管未圖示，介面積體電路丨〇較佳具有電源連結、 重置連結及用於產生時鐘訊號之輸入。 介面積體電路10包含一 USB主機控制器12、一 OTG USB 收發器14、一 CPU(中央處理器）匯流排介面單元16及〇1(}(，， 活動式”）控制電路18。USB連結之資料線D+、0_被耦接至 收發器14。OTG控制電路18被耦接在USB主機控制器12與 收發為14之間。〇TG控制電路18包含一被耦接至USB線 Vbus之電荷泵電路（未圖示），及一被耦接至 之輸入。此外，OTG控制電路1 8包含用於儲存狀態資訊之 暫存為’及用於執行〇TG_USB主機協商協定與USB會期請 求協定之控制位元。USB主機控制器12經由CPU匯流排單元 16被耦接至記憶體映射介面160。收發器14被耦接至USB裝 置控制器介面140、142、144。 介面積體電路10包含被耦接至USB主機控制器12之一時 鐘電路120及一緩衝記憶體電路。記憶體映射匯流排介面 160包含並列雙向資料線163、位址線164、讀/寫控制線“^ 88114 1293216 與166及一中斷線168，該等線路被耦接至介面積體電路10 之外部端子及CPU匯流排介面單元16。 介面積體電路10提供一 USB連結之介面，該介面可被用 作在USB連結D+、D-、Vbus處交替提供USB主機功能性與 USB裝置功能性。使用ID線以訊號來通知介面積體電路10 是需要進行USB主機運作，還是需要進行USB裝置運作。當 需要進行USB主機運作時，介面積體電路10使用内部USB 主機控制器12來控制USB通信。當需要進行USB裝置運作時 ，介面積體電路1〇(較佳經過一些訊號處理後）將USB通信 傳遞至USB裝置控制器介面140、142、144，保留USB對介 面積體電路10外之電路（未圖示）的控制。 圖2展示一提供裝置功能性之USB系統。該USB系統包含 充當USB裝置之第一設備22(譬如一數位攝影機），及充當 USB主機裝置之第二設備24(譬如，一PC)。第一設備22包 含介面積體電路1〇(如圖1所示），及一功能積體電路20。第 二設備24具有許多USB埠26a-c(爲清楚起見，僅展示了一條 線來象徵接至各埠26a-c之連結），其中一埠（此處爲26a)經 由介面積體電路10之USB連結被耦接至第一設備22。其他 埠26b-c可被耦接至其他設備（未圖示）。 功能積體電路20包含一 CPU 200、一 USB裝置控制器202 及用於執行某些功能（諸如取樣及/或儲存攝影機影像之像 素值）之功能電路204。USB裝置控制器202被耦接在CPU 200與介面積體電路10的USB裝置介面之間。功能電路204 亦被耦接至CPU 200。CPU 200被耦接至記憶體映射介面1 60 88114 -10- 1293216 。在該功能積體電路内，記憶體映射介面1 60可被耦接至其 他單元，諸如一指令記憶體（未圖示）、一資料記憶體（未圖 示）、功能電路204及裝置控制器202等。 在本發明之一重要態樣中，功能積體電路20可爲一被設 計成充當習知USB裝置（意即並非充當可爲USB主機兼USB 裝置之OTG設備）之積體電路。藉由以介面積體電路將該 功能積體電路20連接至一 USB連結，可將該習知功能積體 電路用於可支援OTG(意即可充當USB主機兼USB裝置）之 設備22中。圖2中，展示了充當USB裝置之情形。 在運作過程中，第二設備24充當一 USB主機，選擇應經 由埠26a-c中用於進行USB通信之埠，並且控制第一設備22 是否接收或發送資料以及控制資料接收或發送方向。收發 器I4係一習知USB-OTG收發器（USB活動式），其本身已知且 在1置控制裔202與第二設備24之間接收及發送usb訊號 。由介面積體電路ίο中之收發器14進行該等USB訊號之，， 類比，，訊號處理，諸如以類比方式偵測主機（第二設備24)是 否存在’在資料線D+、D_上之差動訊號間取樣轉換成單端 數位訊號等，及在被發送到主機設備24後，將來自裝置控 制器202之單端訊號轉換成USB訊號。可被用於收發器μ與 USB裝置控制器2〇2間之通信的訊號線組合之一實例如下：

〇E_TP一Int N

VM

VP

RCV 88114 -11 - 1293216

SEO_VM

DAT_VP VM與VP線（其爲來自介面積體電路之輸出線）反映USB 連結之D-與D+線的單端值。於介面積體電路10中，在一模 式選擇暫存器（未圖示）之内容的控制下，該等訊號線可被控 制成按照自衆多模式中一所選之模式運作。該等模式包括 差動USB發訊號模式（VP_VM)及單端發訊號模式（DAT_SE) ，及單向雙向模式。在一第一模式（DAT_SE0)中，DAT_VP 、SE0_VM線之使用如下： 使用DAT_VP線將單端資料發送至收發器（當〇E JTP_INT_N =低位準時），或自收發器接收單端資料（當〇E_TP—INT—N = 南位準時）。 使用SE0_VM引腳（pin)迫使收發器之D+Λ輸出處於單端 零（SE0)狀態（當OE—TP—INT一N =低位準），或指示d+Λ線皆 爲邏輯低位準（當OE—TPJNT—N =高位準時）。 在一第二模式（VP VM)中，DAT—VP、SEO—VM及 RCV 引 腳之使用如下： 使用D AT—VP引腳以驅動D+引腳之位準（當〇E—TP—INT—N =低位準時），或指示D+引腳上之邏輯位準（當〇e_TP_INT_N =高位準時）。 使用SE0一VM引腳以驅動D-引腳之位準（當〇E—ΤΡ—ΙΝΊ7 = 低位準時），或指示D-引腳上之邏輯位準（當〇Ε_ΤΡ—ΙΝΊ7 = 高位準時）。 RCV引腳始終爲一輸出，且來自收發器電路中之一差動 88114 -12- 1293216 接收為（differential receiver)(未圖示）。 在單向模式中，DAT—VP與SEO一VM始終爲介面積體電路 1〇之輸入。在雙向模式中，該等訊號之方向（輸入或輸出） 取決於OE 一 TP 一 INT 一N之值（如第一及第二模式中所述）。此 外，可使用一 UART(通用異步接收器/發送器）介面模式，其 中分別使用DAT一VP與SE0—VP來當做接收（rxd)線及發送 (TXD)線。 在功能積體電路20中，裝置控制器202(—習知USB裝置控 制器）處理該.等訊號，且與CPU 200通信以傳達來自主機設 備24之資料及/或命令，或獲取必須被發送至主機設備24之 資料。在作爲裝置設備之運作過程中，不需要使用經由記 憶體映射介面160而達成之功能積體電路2〇與介面積體電 路10間之連結。在此情況下，所有USB連結之通信皆經由 裝置控制器介面140傳遞至裝置控制器202。 圖3展示了第一設備22如何被用作USB主機。在此情況下 ’介面積體電路10之USB連結被耦接至充當USB裝置之第 三設備30的USB介面32。在此情況下，當CPU 200所執行之 一電腦程式指示「需要寫入或讀取資料或命令」時，功能 積體笔路20中之CPU 200經由記憶體映射介面16〇將資訊寫 入主機控制态12 ’或自主機控制器12讀取資訊。主機控制 器12、OTG USB收發器14及OTG(”活動式”）控制電路18經由 充當USB主機之介面積體電路1〇之USB連結來傳達資料與 命令。此可以本身已知之方式來進行。主機控制器12控制 排程（scheduling)。OTG控制電路18啟動電荷泵，且供應電 88114 -13- 1293216 源至介面積體電路之USB連結的Vbu#^ (當充當USB裝置運 作日^，大體上不供應電源）。當充當USB主機運作時，無需 使用裝置控制器介面140。經由USB連結來通信的所有資訊 經由記憶體映射介面160，在功能積體電路2〇與介面積體電 路1 〇之間傳遞。 現在應瞭解，該介面積體電路實現了 一混合式介面，其 中爲可能的通信之一部分提供控制器功能，及爲可能的通 L之另一部分僅提供收發器功能（分別爲充當usb主機及充 田USB展置牯）。此外，對來自一個USB連結之通信而 言，需提供介於介面積體電路1〇與功能積體電路2〇之間的 至少兩個介面，意即，一接至功能積體電路20中USB裝置 控制器202之專用介面，及一通用介面16〇。由此，儘管功 旎積體電路最初被設計成僅充當USB裝置而非usb主機，但 可此貝現將功犯積體電路2〇交替用作主機與裝 置。在介面積體電路H)中，不需要額外裝置控制器，其減 少了介面積體電路10中所需之矽區域之量。 如圖1所示，介面積體電路1〇亦較佳配備有一第三介面 144 4 ;|面包括類比USB訊號142、144(如D+與D_ 了可只現接至一具有裝置控制器的功能積體電路之介面 將π亥衣置控制為、與usB收發器整合在一起）。在充當裝置 運作之狀況下，介面積體電路10之USB收發器14將類比訊 號連結D+、D-傳遞至介面142、144。由此，介面積 2電路1〇提供具有及不具有用於裝置控制器的内建式收發 叩之不同類型功能積體電路的應用。 88114 -14- Ϊ293216 儘官所有功能電路較佳被整合在功能積體電路2〇中(如 圖所不），應瞭解，在不偏離本發明之情形下，介面積體電 路1〇可與分散在大量積體電路上之功能電路結合在〆起使 用，且應瞭解功能電路可實際上包括離散組件。同樣地， 可口I5刀或7G王地由CPU 200執行裝置控制器2〇2之功能。在 此it況下依運作极式（主機或裝置）而定，綱經由並 J "面16〇或、、、工由專用USB介面⑽或⑷、傳達資訊。 應瞭解’介面積體電路1G允許以不同速度來混合使用多 们板式其中，可以所謂的全速模式及所謂的高速模式（後 者更爲快速）發生USB通信。在一指定模式中之運作需要皆 可支援相關模式下之運作的一主機設備與一裝置設備。介 面積體電路1〇可在功能電路之控制下，被設計成按照以不 同速度核式巾所選擇之_模式來充當主機進行運作，且 按照裝置控制器2〇2所選擇之—模式來充當裝置進行運作 由此’可相互獨立地選擇在分別充當裝置與主 過程中的速度。 雙作 【圖式簡單說明】 之積體電路 將使用以下圖式更爲詳盡地描述根據本發明 的該等及其他有利態樣。 圖1圖解展示根據本發明之一積體電路， 圖2展示一 USB系統， 圖3展示另一USB系統。 【圖式代表符號說明】 介面積體電路 88114 -15- 10 1293216 12 USB主機控制器 14 OTG USB收發器 16 CPU匯流排介面單元 18 OTG控制電路 20 功能積體電路 22 第一設備 24 第二設備 26a至 26c USB埠 30 第三設備 32 USB介面 120 時鐘電路 140, 142, 144 USB裝置控制器介面 160 記憶體映射介面 163 並列雙向資料線 164 位址線 165, 166 讀/寫控制線 168 中斷線 200 CPU 202 USB裝置控制器 204 功能電路 -16- 88114

Claims (1)

1293216 拾、申請專利範圍·· 1. 一種用於將一USB連結接至另 介面積體電路包括： 一電路之介面積體電路，該 多個第:外部端子’用料接—刪匯流排； 收表益，用於爲-USB主機及一刪裝置收發資料， 該收發器具有—U S R A & i ’ USB ;丨面、一主機介面及一裝置介面， 該USB介面被耦接至該等第一外部端子； 夕们第一外α卩端子’其被耦接至該裝置介面，該等第 二外部端子係用於連接-外部USB裝置控制器； 一主機控制H，其被㈣至該主機介面，$主機控制 器具有一並列資料/位址匯流排； 夕们第一外部纟而子，其被耦接至該並列資料/位址匯流 排。 2·如申請專利範圍第丨項之介面積體電路，其中該裝置介面 包括一類比USB裝置介面兼一收發數位USB裝置介面，該 等介面分別用於連接一不具有及具有一外部收發器之外 部USB裝置控制器。 3. 一種具有一USB連結之電子設備，該電子設備包括一具有 一處理器之功能電路、一被耦接至該處理器之並列位址 資料匯流排以及一具有一與該位址/資料匯流排並列之 USB介面的USB裝置控制器電路，該設備一方面包括一介 面積體電路，該介面積體電路一方面電連接在該USB連結 與該並列位址/資料介面之間，另一方面電連接在該USB 連結與該USB介面，該介面積體電路包括： 88114 1293216 -多個第—外部端子，用於連接該USB連結； 收毛w，用於爲一USB主機及一usb裝置收發資料， ，亥收舍裔具有一 USB介面、一主機介面及一裝置介面， 該USB介面被耦接至該等第一外部端子，· "亥衣置；丨面，其被連接至該功能電路中的該USB裝置控 制器電路； _ -主機控制器，其被㈣至該主機介面，該主機控制 斋經由5亥並列資料/位址匯流排被耦接至該處理器。 如申明專利範圍第3項之電子設備，其中當運作為USB主 機時，該設備被配置成按照一第一速度模式，經由該usb 連結來使用來自該主機控制器之USB通信，而當運作為 USBI置時，該設備被配置成按照由該裝置控制器所確定 之不同於忒第一速度模式的一第二速度模式，經由該 連結來使用USB通信。 5 · 種包括一或多個USB匯流排連結、一主機設備及一裝置 设備之電子系統’該主機設備與該裝置設備中至少一設 備包括一具有一處理器之功能電路、一被耦接至該處理 态之並列位址資料匯流排以及一具有一與該位址/資料匯 流排並列之USB介面的USB裝置控制器電路，該設備包含 一介面積體電路’該介面積體電路一方面電連接在該Usb 連結與該並列位址/資料介面之間，另一方面電連接在該 USB連結與該USB介面，該介面積體電路包括： -多個第一外部端子，用於連接一 USB匯流排連結； -一收發器，用於爲一USB主機及一USB裝置收發資料， 88114 -2 - 1293216 該收發器具有一USB介面、一主機介面及一裝置介面， 該USB介面被耦接至該等第一外部端子； -该裝置介面，其被連接至該功能電路中的該USB裝置控 制器電路； -一主機控制裔，其被耦接至該主機介面，該主機控制 态I由該並列資料/位址匯流排被耦接至該處理器。 一種運作被整合在一 USB系統中之一介面積體電路之方 法’該方法包括： 接收選擇’用於選擇包含該介面積體電路之該設備 應運作為一 USB主機，還是應運作為一 USB裝置； 利用忒介面積體電路中之一收發器來收發USB訊號； -利用該介面積體電路中之一主機控制器來排序經由該 收發裔之USB通信’且當選擇進行USB主機運作時，經 由一亚列位址貧料介面將USB已收發資料發送至該積 體私路外部之功能電路，或自工力能電路接收usb已收發 資料；及 .當需要運作腦1置控制㈣，自該收發器將湖訊號 傳遞至在該積體電路外部之該等功能電路中的一裝置 控制器。 88114