TWI416339B - 通用序列匯流排傳輸轉譯器及輸入請求同步傳輸方法 - Google Patents

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Description

通用序列匯流排傳輸轉譯器及輸入請求同步傳輸方法
本發明係有關一種通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)，特別是關於一種USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)及相關的輸入請求(IN)同步傳輸(isochronous transaction)方法。
通用序列匯流排(USB)為一種周邊裝置(以下簡稱”裝置”)的標準，用以提供裝置(device)和主機(host)之間的通訊。2008年公開了通用序列匯流排(USB)3.0，其纜線如第一A圖所示。USB 3.0除了提供相容於USB 2.0的一對數據路徑D+/D-，更提供二對超速(SuperSpeed)數據路徑SSTX+/SSTX-及SSRX+/SSRX-。
當USB 2.0裝置連接至USB 3.0主機時，將會以非超速的數據路徑D+/D-來進行通訊。為了讓USB 2.0裝置能夠升級為類似USB 3.0裝置，以提升其數據傳送速度，本案申請人曾於_中國專利申請第201010129143.4號申請案中揭露一種通用序列匯流排(USB)3.0的傳輸轉譯器(transaction translator)(簡稱”U3TT”)10，如第一B圖所示，其連接於USB 3.0主機12與USB 2.0裝置14之間，用以提升USB 2.0裝置14的通訊效能。
通用序列匯流排(USB)提供四種信息傳送(transfer)型態：控制傳送(control transfer)、大量傳送(bulk transfer)、中斷傳送(interrupt transfer)及同步傳送(isochronous transfer)。其中，同步傳送通常使用於傳送語音或影像數據，此種傳送型態會保留足夠的帶寬(bandwidth)，因此可保證傳送速率；然而，此種傳送型態並不會對錯誤進行更正或重試(retry)，因而不能保證傳輸的完全正確。
第二圖顯示使用USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)以進行輸入請求(IN)同步傳輸的流程圖。首先，於步驟21，USB 3.0主機發送輸入請求(IN)確認封包(acknowledge packet)給傳輸轉譯器(U3TT)。接著，於步驟22，傳輸轉譯器(U3TT)將USB 3.0規範的輸入請求(IN)確認封包轉譯為USB 2.0規範的輸入請求(IN)標記封包(token packet)，並藉由序列介面引擎(serial interface engine,SIE)而發送給USB 2.0裝置。當USB 2.0裝置的數據備妥時，則將USB 2.0規範的數據回應發送至傳輸轉譯器(U3TT)(步驟23)。最後，於步驟24，傳輸轉譯器(U3TT)將USB 2.0規範的數據轉譯為USB 3.0規範的數據，並發送至USB 3.0主機。根據上述流程，除非主機發送輸入請求(IN)封包給裝置，否則，裝置並不會回應任何的數據給主機。
上述流程的缺點之一在於，裝置從收到輸入請求(IN)封包之後一直到數據備妥為止的這一段時間，主機與裝置都處於閒置(idle)狀態，因而浪費了等待時間及匯流排帶寬。此外，上述流程的另一缺點為，如果裝置的數據閒置時間超過一預設時間，則主機會 取消輸入請求(IN)同步傳輸。
為了克服上述缺點，因此亟需提出一種改良的傳輸轉譯器(U3TT)及新穎的輸入請求(IN)同步傳輸方法，以減少閒置時間及提高USB 2.0匯流排帶寬的利用率。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)及一種輸入請求(IN)同步傳輸方法，其不但可有效地減少主機與裝置的閒置等待時間，還可大量地增進USB 2.0匯流排帶寬的利用率。
根據本發明實施例，通用序列匯流排(USB)傳輸轉譯器包含裝置介面、主機介面、至少二緩衝記憶體、控制器及暫存器。 其中，裝置介面藉由裝置匯流排而連接至裝置；主機介面藉由主機匯流排而連接至主機，該主機所規範的USB版本高於該裝置所規範的USB版本。緩衝記憶體設置於裝置介面和主機介面之間，用以儲存數據。控制器將數據交替儲存於緩衝記憶體。暫存器記錄裝置匯流排的信息。其中，控制器根據裝置匯流排的信息，於主機發送輸入請求(IN)封包之前即自裝置預取(pre-fetch)數據而儲存於緩衝記憶體；於主機發送輸入請求(IN)封包之後，控制器將預取數據回應給主機。
根據本發明另一實施例所揭露之通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸(isochronous transaction)方法，首先，主機藉由傳輸轉譯器對裝置進行配置(configure)，該主機 所規範的USB版本高於該裝置所規範的USB版本。暫存相關於裝置的裝置匯流排的信息於傳輸轉譯器。接著，傳輸轉譯器根據裝置匯流排的信息而發送輸入請求(IN)標記封包(token packet)給裝置。裝置回應數據給傳輸轉譯器，並交替儲存得自裝置的數據於至少二緩衝記憶體。當主機發送一輸入請求(IN)確認封包(acknowledge packet)給傳輸轉譯器時，傳輸轉譯器即將儲存於緩衝記憶體的數據傳送給主機。
10‧‧‧USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)
12‧‧‧USB 3.0主機
14‧‧‧USB 2.0裝置
21-24‧‧‧步驟
30‧‧‧USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)
301‧‧‧USB 2.0介面
302‧‧‧USB 2.0匯流排
303‧‧‧USB 3.0介面
304‧‧‧USB 3.0匯流排
305A‧‧‧第一緩衝記憶體
305B‧‧‧第二緩衝記憶體
306‧‧‧暫存器
307‧‧‧控制器
32‧‧‧USB 3.0主機
34‧‧‧USB 2.0裝置
41-44‧‧‧步驟
第一A圖顯示通用序列匯流排(USB)3.0的纜線。
第一B圖的方塊圖顯示USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)連接至USB 3.0主機及USB 2.0裝置。
第二圖顯示使用USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)以進行輸入請求(IN)同步傳輸(isochronous transaction)的流程圖。
第三圖的方塊圖顯示本發明實施例的通用序列匯流排(USB)3.0傳輸轉譯器(U3TT)，用以進行USB 3.0主機和USB 2.0裝置之間的轉譯。
第四圖顯示本發明實施例的輸入請求(IN)同步傳輸的流程圖。
第三圖的方塊圖顯示本發明實施例的通用序列匯流排(USB)3.0傳輸轉譯器(U3TT)30，用以進行USB 3.0主機32和USB 2.0裝置34之間的轉譯。傳輸轉譯器(U3TT)30各組成方塊的連接關係 並不限定於第三圖所示者。本實施例雖以USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)30為例，然而本發明也可適用於將來通用序列匯流排(USB)的更高版本。第三圖所示之傳輸轉譯器(U3TT)30僅顯示與本發明相關的組成方塊，其餘細節可參考前述本案申請人的另一申請案內容。關於USB 2.0及USB 3.0的細節可分別參考”通用序列匯流排規格書(Universal Serial Bus Specification)”及”通用序列匯流排3.0規格書(Universal Serial Bus 3.0 Specification)”。
在本實施例中，傳輸轉譯器(U3TT)30包含USB 2.0介面(”裝置介面”)301，其藉由USB 2.0匯流排(”裝置匯流排”)302而連接至裝置34，作為傳輸轉譯器(U3TT)30和裝置34之間的信號介面。此外，傳輸轉譯器(U3TT)30還包含USB 3.0介面(”主機介面”)303，其藉由USB 3.0匯流排(”主機匯流排”)304而連接至主機32，作為傳輸轉譯器(U3TT)30和主機32之間的信號介面。USB 2.0介面301或USB 3.0介面303內可包含序列介面引擎(serial interface engine,SIE)，其可對數據進行序列化(serialization)或逆序列化(deserialization)，用以將數據傳送於USB 2.0匯流排302或USB 3.0匯流排304。
根據本發明實施例的特徵之一，傳輸轉譯器(U3TT)30包含二緩衝記(buffer)：第一緩衝記憶體305A和第二緩衝記憶體305B，設置於USB 2.0介面301和USB 3.0介面303之間，用以儲存數據。控制器307會將數據儲存於其中一個緩衝記憶體(例如第一緩衝記憶體305A)，當存滿以後，再將數據儲存於另一個緩衝記憶體 (例如第二緩衝記憶體305B)。使用此種交替(alternate)儲存方式的緩衝記憶305A/305B也可稱為乒乓(ping-pong)緩衝記憶體。本實施例雖以二緩衝記憶體305A/305B作為例示，然而也可擴展至三個或以上的緩衝記憶體，依相同原則進行交替儲存。再者，第一緩衝記憶體305A和第二緩衝記憶體305B的大小不一定要相同，其可根據實際應用情形作不同的調整。
傳輸轉譯器(U3TT)30還包含暫存器(register)306，用以記錄USB 2.0匯流排302的信息，例如相關於裝置端點(endpoint)(亦即，裝置的可定址(addressable)部分)的端點號碼(endpoint number)或帶寬要求。再者，傳輸轉譯器(U3TT)30的控制器307不但用以進行轉譯，還用來控制上述其他組成方塊的操作與協調。
第四圖顯示本發明實施例的輸入請求(IN)同步傳輸(isochronous transaction)的流程圖。首先，於步驟41，USB 3.0主機32及傳輸轉譯器(U3TT)30對USB 2.0裝置34進行配置(configure)或枚舉(emulate)(亦即，將USB 2.0裝置34升級為類似USB 3.0裝置)，並將USB 2.0匯流排302的信息(例如端點號碼(endpoint number)或帶寬要求)記錄於暫存器306。
接著，於步驟42，在裝置34與傳輸轉譯器(U3TT)30之間建立好管路(pipe)連接後，不論是否接收到主機32所發送的輸入請求(IN)確認封包(acknowledge packet)，傳輸轉譯器(U3TT)30都會根據裝置34的帶寬要求而發送輸入請求(IN)標記封包(token packet)給裝置34。在本實施例中，傳輸轉譯器 (U3TT)30會於每一訊框時間(frame time)(其為1毫秒，當裝置34使用全速(full speed)或低速(low speed))發送輸入請求(IN)標記封包或者於每一微訊框時間(micro-frame time)(其為125微秒，當裝置34使用高速(high speed))發送輸入請求(IN)標記封包。
於步驟43，裝置34回應數據給傳輸轉譯器(U3TT)30。得自裝置34的數據藉由控制器307的控制而交替儲存於第一緩衝記憶體305A和第二緩衝記憶體305B。例如，當存滿第一緩衝記憶體305A後，則將數據儲存於第二緩衝記憶體305B；當存滿第二緩衝記憶體305B後，(即使第一緩衝記憶體305A內的數據尚未被讀取，)將數據儲存於第一緩衝記憶體305A，如此循環重複。由於同步傳輸(isochronous transaction)要求傳送速率但不保證數據的完全正確，因此緩衝記憶體305A/305B內數據的覆蓋仍符合同步傳輸的要求。
於步驟44，當主機32發送輸入請求(IN)確認封包(acknowledge packet)給傳輸轉譯器(U3TT)30時，傳輸轉譯器(U3TT)30會將預取(pre-fetch)而儲存於緩衝記憶體305A/305B的數據直接傳送給主機32。其中，控制器307會監測二緩衝記憶體305A和305B的緩衝狀態，以決定將哪一部份的數據要傳送給主機32。例如，如果第一緩衝記憶體305A正在寫入數據，則將第二緩衝記憶體305B的數據作為有效數據以傳送至主機32；反之，如果第二緩衝記憶體305B正在寫入數據，則將第一緩衝記憶體305A的數據作為有效數據以傳送至主機32。
上述緩衝記憶體305A/305B的數據可以使用USB 2.0規範格式來儲存，並於讀取時才進行格式的轉譯(亦即，從USB 2.0轉譯為USB 3.0)。反之，上述數據於儲存之前也可以先進行轉譯，並於讀取時直接進行傳送。例如，如果前述序列介面引擎(SIE)係設置於USB 2.0介面301內，則屬於先儲存後轉譯形式；如果序列介面引擎(SIE)係設置於USB 3.0介面303內，則屬於先轉譯後儲存形式。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
30‧‧‧USB 3.0傳輸轉譯器(U3TT)
301‧‧‧USB 2.0介面
302‧‧‧USB 2.0匯流排
303‧‧‧USB 3.0介面
304‧‧‧USB 3.0匯流排
305A‧‧‧第一緩衝記憶體
305B‧‧‧第二緩衝記憶體
306‧‧‧暫存器
307‧‧‧控制器
32‧‧‧USB 3.0主機
34‧‧‧USB 2.0裝置

Claims (14)

  1. 一種通用序列匯流排(USB)傳輸轉譯器，包含：一裝置介面，其藉由一裝置匯流排連接至一裝置；一主機介面，其藉由一主機匯流排連接至一主機，該主機所規範的USB版本高於該裝置所規範的USB版本；至少二緩衝記憶體，設置於該裝置介面和該主機介面之間，用以儲存數據；一控制器，用以將數據交替儲存於該至少二緩衝記憶體；及一暫存器，用以記錄該裝置匯流排的信息；其中該控制器根據暫存於該暫存器內之該裝置匯流排的信息，於該主機發送輸入請求(IN)封包之前即自該裝置預取(pre-fetch)數據而儲存於該至少二緩衝記憶體，並於該主機發送該輸入請求(IN)封包之後，該控制器將該預取數據回應給該主機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排(USB)傳輸轉譯器，其中上述主機之USB版本為USB 3.0，且該裝置之USB版本為USB 2.0。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排(USB)傳輸轉譯器，其中上述之主機介面或裝置介面包含一序列介面引擎(serial interface engine,SIE)，其對數據進行序列化(serialization)或逆序列化(deserialization)，用以將數據傳送於相應的該主機匯流排或該裝置匯流排。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排(USB)傳 輸轉譯器，其中上述之至少二緩衝記憶體包含一第一緩衝記憶體及一第二緩衝記憶體，其中該控制器將數據儲存於該第一緩衝記憶體，當存滿以後，再將數據儲存於該第二緩衝記憶體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之通用序列匯流排(USB)傳輸轉譯器，其中上述之控制器監測該第一、第二緩衝記憶體的緩衝狀態，如果該第一緩衝記憶體正在寫入數據，則將該第二緩衝記憶體的數據作為有效數據以傳送至該主機；如果該第二緩衝記憶體正在寫入數據，則將該第一緩衝記憶體的數據作為有效數據以傳送至該主機。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排(USB)傳輸轉譯器，其中上述裝置匯流排的信息包含相關於該裝置的端點號碼(endpoint number)或帶寬要求。
  7. 一種通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸(isochronous transaction)方法，包含：一主機藉由一傳輸轉譯器對一裝置進行配置(configure)，該主機所規範的USB版本高於該裝置所規範的USB版本；暫存相關於該裝置的裝置匯流排的信息於該傳輸轉譯器；該傳輸轉譯器根據暫存於該傳輸轉譯器內之該裝置匯流排的信息而發送一輸入請求(IN)標記封包(token packet)給該裝置；該裝置回應數據給該傳輸轉譯器；交替儲存得自該裝置的數據於至少二緩衝記憶體；及當該主機發送一輸入請求(IN)確認封包(acknowledge packet)給該傳輸轉譯器時，該傳輸轉譯器即將儲存於該緩衝記憶體的數據傳送給該主機。
  8. 如申請專利範圍第7項所述通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸方法，其中上述裝置匯流排的信息包含相關於該裝置的端點號碼(endpoint number)或帶寬要求。
  9. 如申請專利範圍第7項所述通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸方法，其中上述之輸入請求(IN)標記封包於每一訊框時間(frame time)發送給該裝置，其中該訊框時間為1毫秒，且該裝置使用全速(full speed)或低速(low speed)。
  10. 如申請專利範圍第7項所述通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸方法，其中上述之輸入請求(IN)標記封包於每一微訊框時間(micro-frame time)發送給該裝置，其中該微訊框時間為125微秒，且該裝置使用高速(high speed)。
  11. 如申請專利範圍第7項所述通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸方法，其中上述之至少二緩衝記憶體包含一第一緩衝記憶體及一第二緩衝記憶體，將數據儲存於該第一緩衝記憶體，當存滿以後，再將數據儲存於該第二緩衝記憶體。
  12. 如申請專利範圍第11項所述通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸方法，其中上述之傳輸轉譯器監測該第一、第二緩衝記憶體的緩衝狀態，如果該第一緩衝記憶體正在寫入數據，則將該第二緩衝記憶體的數據作為有效數據以傳送至該主機；如果該第二緩衝記憶體正在寫入數據，則將該第一緩衝記憶體的數據作為有效數據以傳送至該主機。
  13. 如申請專利範圍第7項所述通用序列匯流排(USB)的輸 入請求(IN)同步傳輸方法，於交替儲存數據於該至少二緩衝記憶體之前，更包含使用該傳輸轉譯器對該數據進行轉譯。
  14. 如申請專利範圍第7項所述通用序列匯流排(USB)的輸入請求(IN)同步傳輸方法，於交替儲存數據於該至少二緩衝記憶體之後，但於將數據傳送給該主機之前，更包含使用該傳輸轉譯器對該數據進行轉譯。
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