TWI587147B

TWI587147B - 自動辨識主機作業系統之方法與usb裝置

Info

Publication number: TWI587147B
Application number: TW105127006A
Authority: TW
Inventors: 游添為; 陳俊旭
Original assignee: 旺玖科技股份有限公司
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2017-06-11
Also published as: TW201807589A

Description

自動辨識主機作業系統之方法與USB裝置

本發明係關於USB裝置之技術領域，尤指能夠自動地辨識主機作業系統的一種方法及一種USB裝置。

通用序列匯流排技術(Universal Serial Bus, USB)支援熱插拔與隨插即用的特性使得如桌上型電腦與筆記型電腦之主機易於連接一具備USB介面的週邊設備，例如：滑鼠、鍵盤、遊戲搖桿、掃描器、數位相機、印表機、隨身硬碟、隨身碟、光碟機、無線網卡、喇叭、及麥克風等。

當一USB裝置被耦接至一主機時，該主機的作業系統(operating system)會對該USB裝置進行一列舉程序(USB Enumeration)。以微軟的視窗作業系統XP (Windows XP)為例，該列舉程序包括以下步驟： (S1’)：視窗作業系統初始化連接至主機的USB裝置，使得該USB裝置之一裝置位址被預設為0； (S2’)：視窗作業系統要求USB裝置回復長度為64 bytes的裝置描述資訊(Device Descriptors)； (S3’)：將該USB裝置重置(reset)，並向該USB裝置送出一設定位址指令(Set Address command)進而給予USB裝置一個裝置位址； (S4’)：視窗作業系統要求USB裝置回復總長度為18 bytes的裝置描述資訊，以獲知該USB裝置的基礎資訊，例如供應商ID(Vender ID, VID)與產品ID(Product ID, PID)； (S5’)：視窗作業系統要求USB裝置回復長度為9 bytes之模式描述資訊(Configuration Descriptors)，以獲知該USB裝置的介面數量(bNumInterfaces)； (S6’)：視窗作業系統要求USB裝置回復介面的描述資訊(Interface Descriptors)，以獲知該USB裝置的端點的數量(bNumEndpoints)； (S7’)：視窗作業系統要求USB裝置回復端點的描述資訊(Endpoint Descriptors)，以獲知該端點的資料傳輸模式(bmAttributes)；以及 (S8’)：等待驅動程式完成後續處理。

值得說明的是，其它作業系統(如蘋果的iOS系統或谷歌的Android系統)所使用的列舉程序的執行步驟可能不會完全相同於上述之列舉步驟(S1’)-(S8’)，是以導致部分的USB裝置僅能夠得到特定作業系統的支援。舉例而言，遠端網路驅動程式介面規範(Remote Network Driver Interface Specification, RNDIS)是一種USB網路介面裝置，其僅能在Windows XP及其之後的Windows作業系統上得到支援。然而，通信裝置等級/乙太網控制模型(Communications Device Class/ Ethernet Control Model, CDC/ECM)也是一種USB網路介面裝置，但是卻僅能在麥金塔作業系統(Mac OS)與Linux作業系統受到支援。

因此，隨著USB裝置或者具有USB介面之電子裝置的種類的增加，微軟的視窗作業系統、蘋果的麥金塔作業系統(Mac OS)、蘋果的行動產品作業系統(iPhone OS, iOS)、谷歌的安卓作業系統、以及Linus作業系統都不斷地更新對於各種USB介面的支援。然而，隨著主機對於USB介面的支援能力的提高，USB介面也必須具備良好的識別主機作業系統的能力。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成自動辨識主機作業系統的一種方法及一種USB裝置。

由於習用的USB裝置或USB橋接介面無法精確且有效率地自一電子裝置上辨識所有作業系統，因此本發明提出由一USB實體介面、一中央處理單元、與至少一周邊控制介面所構成的一種USB裝置，且該USB裝置係特別嵌有(embedded with)一作業系統辨識函式。同時，本發明又提出一種自動辨識主機作業系統之方法，係具有根據各種作業系統的列舉程序上的差異所特別設計的複數個辨識步驟。如此，當主機的作業系統對本發明之USB橋接裝置執行列舉程序時，該作業系統辨識函式便可以透過該複數個辨識步驟自動地辨識出該作業系統的種類。

為了達成上述本發明之目的，本案之發明人係首先提供一種自動辨識主機作業系統之方法，係包括以下步驟： (1)將一USB裝置連接至具有一特定作業系統的一主機； (2)確認是否該特定作業系統送出一設定位址指令至該USB裝置，若是，則執行步驟(3)；若否，則執行步驟(4)； (3)該USB裝置辨識該特定作業系統為一第一類作業系統或一第二類作業系統，步驟結束； (4)判斷是否該特定作業系統要求該USB裝置回復長度為18 bytes的裝置描述資訊，若是，則執行步驟(5)；若否，則執行步驟(6)； (5)該USB裝置辨識該特定作業系統為一第三類作業系統，步驟結束； (6)判斷是否該USB裝置回復長度小於8 bytes的裝置描述資訊且該特定作業系統要求該USB裝置再次地回復裝置描述資訊，若是，則執行步驟(7)；若否，則執行步驟(8)； (7)該USB裝置辨識該特定作業系統為一第四類作業系統，步驟結束； (8)該USB裝置辨識該特定作業系統為該第二類作業系統，步驟結束。

為了達成上述本發明之目的，本案之發明人係同時提供一種自動辨識主機作業系統之USB裝置，係至少包括：一USB實體介面，係用以電性連接外部一主機的一USB連接單元，並由一USB實體單元與一USB控制單元所組成；其中，該USB控制單元之中係嵌入有一作業系統辨識函式(operating system identifying library)；一中央處理單元，係耦接該USB實體介面；以及至少一周邊控制介面，係耦接該中央處理單元；其中，當該主機之中的一特定作業系統對所述USB裝置執行一列舉程序之時，該作業系統辨識函式係能夠根據該特定作業系統於列舉程序過程之中所送出的設定位址指令、獲得裝置描述資訊指令、與獲得模式描述資訊而自動地辨識出該主機的該特定作業係為一第一類作業系統、一第二類作業系統、一第三類作業系統、或一第四類作業系統。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之自動辨識主機作業系統之方法與USB裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

首先，本發明係提出一種自動辨識主機作業系統之USB裝置。眾所周知，USB裝置或USB產品已經被廣泛、大量地使用，例如：滑鼠、鍵盤、遊戲搖桿、掃描器、數位相機、數位攝影機、印表機、隨身硬碟、隨身碟、光碟機、喇叭、或麥克風等。另一方面，基於USB技術與無線網路技術的使用便利性，同時整合有USB技術與無線網路技術的產品亦因應而生，例如：無線網卡、無線麥克風、無線滑鼠、或無線鍵盤等。請參閱圖1，為整合有USB技術與無線網路技術的一USB裝置的立體圖。如圖1所示，USB裝置1被設計成具有無線訊號傳輸功能的一微小硬體裝置(USB dongle)，且其係連接至一主機2的一USB連接單元21；如此設置，鍵盤/滑鼠組22，即輸入/輸出裝置，便可以藉由該USB裝置1之橋接(bridge)而成為主機2的周邊裝置。

上述的USB裝置1為一種USB/SPI橋接介面，其中SPI指的是一種序列周邊介面(Serial Peripheral Interface, SPI)。當然，隨著電子科技之高度發展，USB裝置1並不限於以USB/SPI橋接介面的方式呈現，其亦可以是USB-I2C橋接介面、USB-UART橋接介面、USB-eMMC橋接介面、USB-SATA橋接介面、USB-PATA橋接介面、USB-I2S橋接介面、USB-USB橋接介面、USB-SD橋接介面、上述兩者之組合、或上述兩者以上之組合。

其中，I2C指的是類屬於串列通訊匯流排的一種內部整合電路(Inter-Integrated Circuit, I2C)，UART指的是一種通用非同步收發傳輸介面(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)，eMMC指的是應用於智慧型手機之中的一種內嵌多媒體卡(Embedded Multi Media Card, eMMC)，SATA指的是一種進階的串行式傳輸介面(Serial Advanced Technology Attachment, SATA)，ATA指的是一種進階的並行式傳輸介面(Parallel Advanced Technology Attachment, PATA)，I2S指的是一種應用於IC之間的數位音訊傳輸介面(Inter-IC Sound, I2S) ，SD為一種記憶卡，英文全名為Secure Digital Memory Card，是以簡稱SD。SD卡通常搭載在可攜式裝置(portable device)之上，其具有高速的資料傳輸速度，並且可以在全尺寸的MMC插槽上使用。

請參閱圖2，為本發明所提出的一種自動辨識主機作業系統之USB裝置的電路架構圖。如圖2所示，本發明所提出的自動辨識主機作業系統之USB裝置1係主要包括：一USB實體介面11、一中央處理單元12、一周邊控制介面13；其中，該USB實體介面11係用以電性連接外部主機2的USB連接單元21，並由一USB實體單元111與一USB控制單元112所組成。補充說明的是，所述USB實體介面11為經常使用於電子產品之中的USB 2.0連接器、USB 3.0連接器、mini USB 連接器、或Micro USB 連接器，但不以此為限。

請繼續地參閱圖2，並請同時參閱圖3，為該自動辨識主機作業系統之USB裝置的內部電路架構圖。如圖2與圖3所示，於本發明之自動辨識主機作業系統之USB裝置1(下簡稱USB裝置1)之中，該中央處理單元12係包括：至少一資料傳收緩衝器121、一直接記憶體存取控制器122、一中央處理器123、一通用型輸入/輸出介面125、一時鐘訊號產生器126、與一電源管理器127。

於該中央處理單元12之中，該資料傳收緩衝器121係耦接至該USB實體介面11的該USB控制單元112，且該直接記憶體存取控制器122係同時耦接該至少一資料傳收緩衝器121、該中央處理器123、與該至少一周邊控制介面13。此外，該中央處理器123更同時耦接該通用型輸入/輸出介面125與該時鐘訊號產生器126。如此設置，當圖2的主機2輸出資料至該USB實體介面11後，該USB控制單元112會將該資料緩存於該資料傳收緩衝器121之中。此時，根據該時鐘訊號產生器126所產生的一時鐘訊號，該電源管理器127會提供電源至該中央處理器123與該直接記憶體存取控制器122，使得該中央處理器123開始工作；進一步地，中央處理器123根據該時鐘訊號而通知該直接記憶體存取控制器122存取緩存於該資料傳收緩衝器121之中的資料，並將該資料輸出至該至少一周邊控制介面13。最終，該周邊控制介面13以特定的資料(或訊號)傳輸協定將資料輸出至後端的輸出/輸入裝置(或模組)3。

假設圖2所示的USB裝置1係為圖1所示的USB dongle，那麼所述之輸出/輸入裝置3便為鍵盤/滑鼠組22；此時，熟悉USB技術的工程人員可以輕易地推知的，周邊控制介面13便為一SPI控制介面。當然，隨著電子科技之高度發展，周邊控制介面13並不限於以SPI控制介面的方式呈現，其亦可以是I2C控制介面、UART控制介面、eMMC控制介面、SATA控制介面、PATA控制介面、I2S控制介面、SD控制介面、USB控制介面、上述兩者之組合、或上述兩者以上之組合。

特別地，本發明係於該USB控制單元112之中係嵌入有一作業系統辨識函式(operating system identifying library)；如此，當所述USB裝置1被連接至該主機2的USB連接單元21且該主機2之中的一特定作業系統對所述USB裝置執行一列舉程序(Enumeration)之時，該作業系統辨識函式係能夠根據該特定作業系統於列舉程序過程之中所送出的設定位址指令(Set Address command)、獲得裝置描述資訊指令(Get Device Descriptors)、與獲得模式描述資訊(Get Configuration Descriptors)而自動地辨識出該主機2的該特定作業係為一第一類作業系統、一第二類作業系統、一第三類作業系統、或一第四類作業系統。

請繼續地參閱圖4A與圖4B，為本發明所提出的一種自動辨識主機作業系統之方法的流程圖。其中，圖2所示的嵌於USB控制單元112之中的該作業系統辨識函式，其主要係依照圖4A與圖4B所示的本發明之自動辨識主機作業系統之方法的流程步驟進行該特定作業系統之辨識。如圖4A與圖4B所示，本發明之自動辨識主機作業系統之方法係包括以下步驟：

首先，必須先執行步驟(S1)以將USB裝置1連接至具有特定作業系統的主機2之後(如圖2所示)。如同熟悉USB技術之工程人員所習知的，當USB裝置1連接至主機2之後，所述特定作業系統便會對該USB裝置1執行一列舉程序(Enumeration)；此時，安裝於USB裝置1之中的作業系統辨識函式便會執行步驟(S2)，進以確認是否該特定作業系統送出一設定位址指令(Set Address command)至該USB裝置1。若該特定作業系統的確係執行了所述之送出設定位址指令，則該作業系統辨識函式便會將主機的作業系統辨識為第一類作業系統或第二類作業系統。於此，所述第一類作業系統為蘋果公司的行動產品作業系統(Apple iOS)，且所述第二類作業系統為微軟公司的視窗作業系統(Microsoft Windows)。

當然，於步驟(S3)之中，必須進一步地辨識出該特定作業系統到底係為視窗作業系統或者蘋果公司的行動產品作業系統。因此，步驟(S3)還包括了以下細部步驟：步驟(S31)：判斷是否該特定作業系統要求該USB裝置1回復長度小於9 bytes的模式描述資訊(Configuration Descriptors)，若是，則執行步驟(S32)；若否，則執行步驟(S33)；步驟(S32)：該USB裝置1辨識該特定作業系統為蘋果公司的行動產品作業系統，步驟結束；及步驟(S33)：該USB裝置1辨識該特定作業系統為微軟公司的視窗作業系統，步驟結束。

繼續參閱圖2、圖4A與圖4B。完成步驟(S3)之後，安裝於USB裝置1之中的作業系統辨識函式便會接著執行步驟(S4)，進以判斷是否該特定作業系統要求該USB裝置回復長度為18 bytes的裝置描述資訊(Device Descriptors)。若步驟(S4)的判斷結果為“是”，則作業系統辨識函式便會辨識該特定作業系統為一第三類作業系統(即，步驟(S5))。相反地，若步驟(S4)的判斷結果為“否”，則作業系統辨識函式會繼續執行步驟(S6)，進以判斷是否該USB裝置回復長度小於8 bytes的裝置描述資訊(Device Descriptors)且該特定作業系統要求該USB裝置再次地回復裝置描述資訊(Device Descriptors)。若步驟(S6)的判斷結果為“是”，則作業系統辨識函式便會辨識該特定作業系統為一第四類作業系統(即，步驟(S7))。相反地，則作業系統辨識函式便會辨識該特定作業系統為該第二類作業系統(即，步驟(S8))。

承上所述，步驟(S5)所述之第三類作業系統指的是蘋果公司的麥金塔作業系統(Apple Mac OS)，且步驟(S7)所述之第四類作業系統指的是谷歌公司的安卓作業系統(Google Android OS)或者Linux作業系統。進一步地，安裝於USB裝置1之中的作業系統辨識函式係能夠藉由步驟(S8)所包括的細部步驟，進而辨識所述第二類作業系統是視窗作業系統XP(Windows XP)、視窗作業系統Vista(Windows Vista)、視窗作業系統7(Windows 7)、或視窗作業系統8(Windows 8)。其中，所述細部步驟係如下所示：步驟(S81)：判斷是否該特定作業系統要求該USB裝置1回復長度大於9 bytes的模式描述資訊(Configuration Descriptors)，若是，則執行步驟(S82)；若否，則執行步驟(S83)；步驟(S82)：該USB裝置1辨識該特定作業系統為為微軟公司的視窗作業系統Vista、視窗作業系統7或視窗作業系統8，步驟結束；及步驟(S83)：該USB裝置1辨識該特定作業系統為微軟公司的視窗作業系統XP，步驟結束。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之自動辨識主機作業系統之方法與USB裝置，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：

(1)由於習用的USB裝置或USB橋接介面無法精確且有效率地自一電子裝置上辨識所有作業系統，因此本發明提出由一USB實體介面、一中央處理單元、與至少一周邊控制介面所構成的一種USB裝置，且該USB裝置係特別嵌有(embedded with)一作業系統辨識函式。同時，本發明又提出一種自動辨識主機作業系統之方法，係具有根據各種作業系統的列舉程序上的差異所特別設計的複數個辨識步驟。如此，當主機的作業系統對本發明之USB橋接裝置執行列舉程序時，該作業系統辨識函式便可以透過該複數個辨識步驟自動地辨識出該作業系統的種類。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

<本發明>

1‧‧‧USB裝置

2‧‧‧主機

21‧‧‧USB連接單元

22‧‧‧鍵盤/滑鼠組

11‧‧‧USB實體介面

12‧‧‧中央處理單元

13‧‧‧周邊控制介面

111‧‧‧USB實體單元

112‧‧‧USB控制單元

121‧‧‧資料傳收緩衝器

122‧‧‧直接記憶體存取控制器

123‧‧‧中央處理器

125‧‧‧通用型輸入/輸出介面

126‧‧‧時鐘訊號產生器

127‧‧‧電源管理器

3‧‧‧輸出/輸入裝置

S1~S6‧‧‧方法步驟

S7~S8‧‧‧方法步驟

<習知>

無

圖1係顯示整合有USB技術與無線網路技術的一USB裝置的立體圖；圖2係顯示本發明所提出的一種自動辨識主機作業系統之USB裝置的電路架構圖；圖3係顯示該自動辨識主機作業系統之USB裝置的內部電路架構圖；圖4A與圖4B係顯示本發明所提出的一種自動辨識主機作業系統之方法的流程圖。