TWI689820B

TWI689820B - Usb傳輸系統、usb裝置與支援usb傳輸的主機

Info

Publication number: TWI689820B
Application number: TW107129516A
Authority: TW
Inventors: 朱世強; 林嘉宏; 黃振庭; 翁而咨
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-04-01
Also published as: US10762017B2; US20200065281A1; TW202009722A

Abstract

本發明揭露了一種通用序列匯流排（USB）傳輸系統，能夠於裝置端對傳輸資料做分類，以便於主機端利用該傳輸資料。該USB傳輸系統之一實施例包含一USB裝置與一主機。該USB裝置依據一輸入封包的表頭，分析該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用複數個識別碼的其中之一標示該輸入封包，從而輸出該輸入封包至該主機。該主機配置一系統記憶體之複數個資料儲存空間分別關聯該複數個識別碼，並於接收該輸入封包後，依據該輸入封包所攜帶的一第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的一第一資料儲存空間，其中該第一識別碼是該複數個識別碼的其中之一，該第一資料儲存空間是該複數個資料儲存空間的其中之一。

Description

USB傳輸系統、USB裝置與支援USB傳輸的主機

本發明是關於USB傳輸技術，尤其是關於能夠於傳送端分類傳輸資料的USB傳輸技術。

於目前技術中，若一通用序列匯流排（Universal Serial Bus, USB）裝置要將其記憶體中的資料，透過通用序列匯流排搬移（Transfer）至一主機的系統記憶體中，該USB裝置可採用聚集（Aggregation）技術來減少搬移次數，從而降低該主機之中央處理器的利用率（Utilization），然而，由於搬移至該系統記憶體的資料並未分類，該主機須分析該資料的類型以進一步利用該資料。

上述目前技術可見於下列文獻：申請人之專利號TW I627537 B的中華民國專利（專利號US 9,274,986 B2的美國專利）。

本發明之一目的在於提供一種USB傳輸系統、一種USB裝置以及一種支援USB傳輸的主機，能夠藉由傳輸資料的分類以增加運作效能。

本發明之USB傳輸系統的一實施例包含一USB裝置與一主機。該USB裝置用來依據一輸入封包的表頭，分析該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用複數個識別碼的其中之一標示該輸入封包，從而輸出該輸入封包至該主機。該主機用來配置一系統記憶體之複數個資料儲存空間分別關聯該複數個識別碼，並於接收該輸入封包後，依據該輸入封包所攜帶的一第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的一第一資料儲存空間，其中該第一識別碼是該複數個識別碼的其中之一，該第一資料儲存空間是該複數個資料儲存空間的其中之一。

本發明之USB裝置的一實施例包含一裝置記憶體、一記憶體存取控制電路以及一USB裝置控制器。該裝置記憶體用來儲存一輸入封包。該記憶體存取控制電路用來依據一輸入封包的表頭，分析該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用複數個識別碼的其中之一標示該輸入封包，從而輸出該輸入封包至該USB裝置控制器。該USB裝置控制器用來從一主機接收一設定訊息以得知該複數個識別碼，並提供該複數個識別碼給該記憶體存取控制電路，該USB裝置控制器另用來從該記憶體存取控制電路接收該輸入封包，並輸出攜帶有該複數個識別碼的其中之一的該輸入封包至該主機。

本發明之支援USB傳輸的主機的一實施例包含一系統記憶體以及一USB主機控制器。該系統記憶體用來依據一驅動程式之執行，配置複數個資料儲存空間，其中該複數個資料儲存空間分別關聯複數個識別碼，其中該複數個識別碼分別關聯複數種網路封包類型。該USB主機控制器用來告知一USB裝置控制器該複數個識別碼，並從該USB裝置控制器接收一輸入封包，再依據該輸入封包所攜帶的一第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的一第一資料儲存空間，其中該第一識別碼是該複數個識別碼的其中之一，該第一資料儲存空間是該複數個資料儲存空間的其中之一。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

本發明包含一種通用序列匯流排（Universal Serial Bus, USB）傳輸系統、一種USB裝置以及一種支援USB傳輸的主機，能夠藉由傳輸資料的分類以增加運作效能。

圖1顯示本發明之USB傳輸系統的一實施例。如圖1所示，USB傳輸系統100包含一USB裝置110以及一支援USB傳輸的主機120。USB裝置110用來依據一輸入封包的表頭，分析（parse）該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用複數個識別碼（identifications）的其中之一標示（tag）該輸入封包，然後再輸出該輸入封包至主機120；值得注意的是，實施本發明者能依其需求用不同的識別碼來關聯不同的封包類型（例如：不同的網路封包類型）；另值得注意的是，上述分析封包與標示封包的操作可為已知或自行開發的操作。主機120用來配置一系統記憶體的複數個資料儲存空間（例如：圖4之系統記憶體410的複數個資料儲存空間）分別關聯該複數個識別碼，並用來於從USB裝置110接收該輸入封包後，依據該輸入封包所攜帶的一第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的一第一資料儲存空間，其中該第一識別碼是該複數個識別碼的其中之一，該第一資料儲存空間是該複數個資料儲存空間的其中之一；值得注意的是，配置一記憶體之複數個資料儲存空間的技術可為已知或自行開發的技術。

請參閱圖1。於本實施例的一實作範例中，主機120設定該複數個識別碼，並告知USB裝置110該複數個識別碼，以供USB裝置110標示該輸入封包；舉例而言，主機120所執行的一驅動程式依據原設定（default setting）或使用者設定來設定該複數個識別碼；另舉例而言，上述驅動程式是在USB 3.0的規範下設定該複數個識別碼。於本實施例的一實作範例中，主機120依據USB 3.0規範配置該系統記憶體的複數個資料儲存空間分別關聯該複數個識別碼；更詳細地說，USB 3.0規範列入（specify）串流（Streams）模式，該串流模式之操作是在主控端（例如：主機120）與裝置（例如：USB裝置110）之大量傳輸（bulk）的端點上建立數個資料緩衝區，每個端點能以多工模式傳輸串流，且每個串流都擁有獨立的串流識別碼（stream ID），因此，主機120得以依據USB 3.0規範配置該系統記憶體的複數個資料儲存空間分別關聯該複數個識別碼（在此為串流識別碼）。於一實作範例中，USB裝置110依據該輸入封包之表頭的一來源端埠號（source port number）及/或一目的端埠號（destination port number）來分析該輸入封包的類型，此時該輸入封包是符合傳輸控制協定（Transmission Control Protocol, TCP）的有線或無線網路封包；當然，上述實作範例並非本發明之實施限制，在實施為可能的前提下，實施本發明者可依其需求利用該輸入封包之表頭的其它欄位（例如：記載著乙太類型（Ether Type），像是RoCE（RDMA (remote direct memory access) over Converged Ethernet）協定的欄位），或是網際網路協定表頭（IP header）的服務類型（type of service）欄位，尤其是與封包傳輸優先權設定及/或延遲設定有關的欄位，來分析該輸入封包的類型。

圖2顯示圖1之USB裝置110的一實施例。如圖2所示，USB裝置110包含一裝置記憶體210、一記憶體存取控制電路220以及一USB裝置控制器230。裝置記憶體210（例如：一先進先出緩衝器）用來儲存該輸入封包及其它封包。記憶體存取控制電路220（例如：直接記憶體存取控制器）用來依據該輸入封包的表頭，分析該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用該複數個識別碼的其中之一標示該輸入封包，從而輸出該輸入封包至一USB裝置控制器230。USB裝置控制器230用來從主機120接收一設定訊息以得知該複數個識別碼及其分別關聯的封包類型，並提供該複數個識別碼及該複數個封包類型給記憶體存取控制電路220，USB裝置控制器230另用來從記憶體存取控制電路220接收該輸入封包，以輸出該輸入封包至主機120。於本發明之另一實施例中，該複數個識別碼及其分別關聯的封包類型為預先儲存在USB裝置110之資料，此時，主機120可選擇性地不提供該設定訊息。

請參閱圖2。於一第一預設條件滿足時（例如：當裝置記憶體210之一已使用容量大於一第一門檻時），記憶體存取控制電路220用來將裝置記憶體210中的資料（包含該輸入封包）經由USB裝置控制器230輸出至主機120，在一第二預設條件（例如：一已輸出資料量達到一第二門檻且未達該第二門檻加上一封包資料量，以及/或者該已使用容量成為零且維持一段預設期間）滿足前，只要裝置記憶體210中有資料，記憶體存取控制電路220就會將該資料經由USB裝置控制器230輸出至主機120。於該第二預設條件滿足後，記憶體存取控制電路220停止將裝置記憶體210中的資料經由USB裝置控制器230輸出至主機120；舉例來說，若在該已輸出資料量達到該第二門檻的當下，記憶體存取控制電路220正在輸出一封包至USB裝置控制器230，記憶體存取控制電路220可立即停止傳輸，或完成傳輸該封包後再停止傳輸，因此每一次傳輸作業（從該已使用容量大於該第一門檻起至該已輸出資料量達到該第二門檻後且未達該第二門檻加上一封包資料量前）的最大傳輸量應不大於該第二門檻加上該封包資料量。在記憶體存取控制電路220決定停止目前傳輸後，記憶體存取控制電路220可藉由變更一暫存器的值或其它方式（例如：發送一訊號），以讓USB裝置控制器230得知該目前傳輸已停止，從而USB裝置控制器230會發送一中止訊號（例如：一短封包）至主機120，以通知主機120該目前傳輸已停止。由於上述傳輸操作及其相關操作已載於申請人之專利號TW I627537 B的中華民國專利（專利號US 9,274,986 B2的美國專利）中，且本領域具有通常知識者能夠瞭解如何將該專利之技術特徵合理應用於本發明，不必要的說明在此省略。

圖3顯示圖2之USB裝置110之封包傳輸的一實作範例。如圖2與圖3所示，裝置記憶體210是一先進先出緩衝器，依序接收並儲存複數個封包P ₁、P ₂、…、P _K、P _K+1、…、P _N-1以及P _N，其中下標K與N均為正整數。在記憶體存取控制電路220尚未啟動傳輸的情形下，若前述第一預設條件滿足時（例如：封包P ₁、P ₂、…以及部分P _K之大小總合（亦即：前述已使用容量）達到前述第一門檻TH1時），該條件之達成會觸發記憶體存取控制電路220啟動大量傳輸（Bulk-In Transfer, BIT）（例如：圖3之大量傳輸BIT ₁、…以及BIT _M的其中之一，其中下標M為正整數），此時記憶體存取控制電路220會從裝置記憶體210接收封包，並分析每個封包的表頭，以依據一封包的類型，用前述複數個識別碼（例如：圖3之S _A、S _B）的其中之一標示該封包，然後經由USB裝置控制器230輸出該封包至主機120，上述傳輸作業會持續到前述第二預設條件滿足為止（例如：前述已輸出資料量達到前述第二門檻TH2後且未達該第二門檻TH2加上一封包資料量前），此時記憶體存取控制電路220會通知USB裝置控制器230該傳輸作業已完成，以讓USB裝置控制器230藉由發送一中止訊號（例如：圖3的短封包310）至主機120，通知主機120該傳輸作業已完成，從而完成一次傳輸作業（例如：圖3的大量傳輸BIT ₁加上其後的短封包310），後續每一次的傳輸作業與上述傳輸作業相仿。

圖4顯示圖1之支援USB傳輸的主機120的一實施例。如圖4所示，主機120包含一系統記憶體410、一USB主機控制器420以及一中央處理器（CPU）430。系統記憶體410用來依據前述驅動程式之執行，配置該複數個資料儲存空間分別關聯該複數個識別碼，其中該複數個識別碼在本實施例中分別關聯複數種網路封包類型。USB主機控制器420用來告知一USB裝置控制器（例如：圖2之USB裝置控制器230）該複數個識別碼及該複數種網路封包類型，並從該USB裝置控制器接收該輸入封包，再依據該輸入封包所攜帶的該第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的該第一資料儲存空間，其中該第一識別碼關聯該複數種網路封包類型之一第一類型，該第一資料儲存空間的資料均為該第一類型之網路封包的資料。值得注意的是，當該USB裝置控制器發送前述短封包或中止訊號給USB主機控制器420以通知USB主機控制器420目前傳輸的終止時，USB主機控制器420會發送一中斷訊號（interrupt）給中央處理器430，以要求中央處理器430處理儲存於該複數個資料儲存空間之已分類的資料。由於上述資料接收與儲存的操作及其相關操作已載於申請人之專利號TW I627537 B的中華民國專利（專利號US 9,274,986 B2的美國專利）中，且本領域具有通常知識者能夠瞭解如何將該專利之技術特徵合理應用於本發明，不必要的說明在此省略。

本發明另揭露一種USB傳輸方法，其可由圖1之USB傳輸系統來執行。該方法之一實施例如圖5所示，包含下列步驟：步驟S510：令一主機執行一驅動程式，以決定一最大傳輸量（例如：前述第二門檻加上一封包資料量）、決定複數種封包類型、分配一系統記憶體之複數個資料儲存空間以及設定複數個識別碼，其中該些識別碼分別關聯該些資料儲存空間，且分別關聯該些封包類型。步驟S520：令該主機該將最大傳輸量、該些封包類型以及該些識別碼提供給一USB裝置。步驟S530：當一第一預設條件滿足時，令該USB裝置執行一傳輸作業包含：依據該些封包類型分析一輸入封包；依據該輸入封包的類型，用該些識別碼的其中之一標示該輸入封包；以及輸出該輸入封包至該主機。步驟S540：在一第二預設條件滿足前，令該USB裝置持續執行該傳輸作業；以及在該第二預設條件滿足後，令該USB裝置停止執行該傳輸作業。步驟S550：承步驟S540，令該USB裝置通知該主機該傳輸作業已停止，以讓該主機處理儲存於該系統記憶體中已分類的複數個封包的資料。

由於本領域具有通常知識者能參酌圖1~圖4之實施例的揭露來瞭解圖5之實施例的細節與變化，重複與冗餘的說明在此省略。

請注意，前述USB裝置110與主機120的每一個可單獨實施。另請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

綜上所述，本發明之USB傳輸系統、USB裝置以及支援USB傳輸的主機能夠藉由於裝置端的資料分類作業，增加整體運作效能。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100 USB傳輸系統 110 USB裝置 120 支援USB傳輸的主機 210 裝置記憶體 220 記憶體存取控制電路 230 USB裝置控制器 P ₁、P ₂、…、P _K、…、P _N-1、P _N封包 TH1 第一門檻 TH2 第二門檻 BIT ₁、…、BIT _M大量傳輸 S _A、S _B識別碼 310 短封包 410 系統記憶體 420 USB主機控制器 430 CPU（中央處理器） S510~S550 步驟

［圖1］顯示本發明之USB傳輸系統的一實施例；［圖2］顯示圖1之USB裝置的一實施例；［圖3］顯示圖2之USB裝置之封包傳輸的一實作範例；［圖4］顯示圖1之支援USB傳輸的主機120的一實施例；以及［圖5］顯示本發明之USB傳輸方法的一實施例。

210 裝置記憶體 220 記憶體存取控制電路 230 USB裝置控制器 P ₁、P ₂、…、P _K、…、P _N-1、P _N封包 TH1 第一門檻 TH2 第二門檻 BIT ₁、…、BIT _M大量傳輸 S _A、S _B識別碼 310 短封包

Claims

一種通用序列匯流排（USB）傳輸系統，包含：一USB裝置，用來依據一輸入封包的表頭，分析該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用複數個識別碼的其中之一標示該輸入封包，從而輸出該輸入封包至一主機；以及該主機，用來配置一系統記憶體的複數個資料儲存空間分別關聯該複數個識別碼，並於接收該輸入封包後，依據該輸入封包所攜帶的一第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的一第一資料儲存空間，其中該第一識別碼是該複數個識別碼的其中之一，該第一資料儲存空間是該複數個資料儲存空間的其中之一。
一種通用序列匯流排（USB）裝置，包含：一裝置記憶體，用來儲存一輸入封包；一記憶體存取控制電路，用來依據一輸入封包的表頭，分析該輸入封包的類型，再依據該輸入封包的類型，用複數個識別碼的其中之一標示該輸入封包，從而輸出該輸入封包至一USB裝置控制器；以及該USB裝置控制器，用來從一主機接收一設定訊息以得知該複數個識別碼，並提供該複數個識別碼給該記憶體存取控制電路，該USB裝置控制器另用來從該記憶體存取控制電路接收該輸入封包，並輸出攜帶有該複數個識別碼的其中之一的該輸入封包至該主機。
如申請專利範圍第2項所述之USB裝置，其中該記憶體存取控制電路依據該輸入封包之表頭的一來源端埠號及/或一目的端埠號來分析該輸入封包的類型。
如申請專利範圍第2項所述之USB裝置，其中該記憶體存取控制電路所分析的該輸入封包是一網路封包。
如申請專利範圍第4項所述之USB裝置，其中該網路封包是一有線網路封包或一無線網路封包。
如申請專利範圍第2項所述之USB裝置，其符合USB 3.0之規範。
如申請專利範圍第2項所述之USB裝置，其中當一傳輸條件滿足時，該USB裝置控制器發送一短封包至該主機，以告知該主機該USB裝置停止傳輸。
一種支援通用序列匯流排（USB）傳輸之主機，包含：一系統記憶體，用來依據一驅動程式之執行，配置複數個資料儲存空間，其中該複數個資料儲存空間分別關聯複數個識別碼，其中該複數個識別碼分別關聯複數種網路封包類型；以及一USB主機控制器，用來告知一USB裝置控制器該複數個識別碼，並從該USB裝置控制器接收一輸入封包，再依據該輸入封包所攜帶的一第一識別碼，將該輸入封包儲存於該第一識別碼所關聯的一第一資料儲存空間，其中該第一識別碼是該複數個識別碼的其中之一，該第一資料儲存空間是該複數個資料儲存空間的其中之一。
如申請專利範圍第8項所述之主機，其中該複數個識別碼之設定以及該複數個資料儲存空間之配置符合USB 3.0規範。
如申請專利範圍第8項所述之主機，其中該第一識別碼關聯該複數種網路封包類型之一第一類型，該第一資料儲存空間的資料均為該第一類型之網路封包的資料。