用於串行數據通信的接口的製作方法
2024-02-13 17:40:15 2
專利名稱：用於串行數據通信的接口的製作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及用於串行數據通信的接口，更具體地，這些實施方式涉及通用串行總線(USB)接口。
背景技術：
通用串行總線(USB)是支持主機和各種可同時訪問的外設之間的數據交換的一種電纜總線。所附的外設通過主機安排的令牌庫協議共享USB帶寬。
USB系統在USB主機和USB外設之間傳送採用位串行格式的數據。USB系統中只有一個主機，並且該主機是總線的主控。USB是輪詢總線，並且主機發起所有數據傳送，數據傳送或者為從一個端點的讀，或者為到一個端點的寫。
在USB中，主機和外設的角色是由和設備相連的電纜的末端定義的。如果設備具有用於連接該電纜的A插頭的A插座，則它是A設備，如果它具有用於連接B插頭的B插座，則它是B設備。在USB中，A設備經由電力觸點Vbus向B設備供電。A設備始終是主機，B設備始終是外設。
作為USB補充的USB On-The-Go(OTG)允許設備為雙模式。雙模式設備有mini A/B連接器，從而它可以與mini A插頭相連作為A設備，或者與mini B插頭相連作為B設備。在默認情況下，當雙模式設備作為A設備連接時，其充當默認主機，當作為B設備連接時，充當默認外設。然而，OTG能夠在不顛倒電纜的情況下改變雙角色設備的角色。因此，不論是作為A設備連接的還是作為B設備連接的，OTG設備都能夠充當主機或外設。
On the Go也可以提供省電功能。為了節省電力，當不使用串行總線時，OTG將使A設備關閉Vbus。
然而，到目前為止，關閉Vbus具有不被欣賞的缺點。在缺少Vbus的情況下，一個設備不能自動檢測它是否已經連接到某一設備，或者它仍然與另一設備相連，抑或它現在與不同設備相連。最好既能維持比較低的功耗，又能支持自動檢測。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種可作為外設的默認主機或作為主機的默認外設連接的，用於在會話期間在主機和外設之間的串行數據通信的接口，該接口包括用於當作為默認主機連接時，通過周期性地發起會話而周期性地檢查連接的自動裝置；以及用於當作為默認外設連接時，通過周期性地請求會話而周期性地檢查連接的自動裝置。
根據本發明的另一方面，提供一種用於在主機和外設之間的串行數據通信的，可以作為默認主機或默認外設連接的接口，並且該接口包括電源信號觸點；至少一個數據信號觸點；發射裝置，用於經由電源信號觸點重複發送輪詢信號；以及接收裝置，用於如果該設備作為默認外設連接，則經由電源信號觸點接收應答信號，如果該設備作為默認主機連接，則經由數據信號觸點接收應答信號。
根據本發明的另一方面，提供一種用於在會話期間在主機和連接的外設之間的串行數據通信的主機接口，具有用於向連接的外設供電的電源信號觸點；用於在主機和連接的外設之間串行傳送數據的至少一個數據信號觸點；以及用於周期性地檢查與該外設的連接的裝置，該裝置包括用於經由電源信號觸點重複發送輪詢信號的發射裝置；以及用於經由數據信號觸點接收應答信號的接收裝置。
根據本發明的另一方面，提供一種用於在會話期間在連接的主機和外設之間的串行數據通信的外設接口，具有用於接收來自連接的主機的電源的電源信號觸點；用於在連接的主機和外設之間串行傳送數據的至少一個數據信號觸點；以及用於周期性地檢查與該主機的連接的裝置，該裝置包括用於經由電源信號觸點重複發送第一輪詢信號和用於經由數據信號觸點重複發送第二輪詢信號的發射裝置；以及用於經由電源信號觸點接收應答信號的接收裝置。
根據本發明的另一方面，提供一種檢查作為主機連接的設備和作為外設連接的設備之間的串行數據連接的方法，包括在作為主機連接的設備上周期性地發起會話。
根據本發明的另一方面，提供一種檢查作為主機連接的設備和作為外設連接的設備之間的串行數據連接的方法，包括在作為外設連接的設備上周期性地請求發起會話。
根據本發明的另一方面，提供一種檢查雙模式設備和另一個設備之間的串行數據連接的方法，包括當該雙模式設備作為默認主機連接時，在作為主機連接的設備上周期性地發起會話；以及當該雙模式設備作為默認外設連接時，在作為外設連接的設備上周期性地請求發起會話。
本文中的術語「輪詢」意指重複地檢查。因此，「輪詢信號」為用於重複地檢查該設備是否連接/斷開的信號。
本發明的實施方式能夠省電，並且無需用戶幹預就能自動檢查USB設備的連接/斷開。
為了更好地理解本發明，請參照僅僅作為例子的附圖，其中圖1說明根據一實施方式的通用串行總線(USB)系統；以及圖2說明根據一實施方式的通用串行總線(USB)系統。
具體實施例方式
圖1說明通用串行總線(USB)系統1，系統1包括通過使用電纜6與第二設備4相連的第一USB設備2。
在本例中，第一USB設備2為雙模式設備，並具有包含A/B mini插座(未示出)的接口12。A/B插座容納在電纜6的一端的mini A插頭7。因此，可以把接口12稱為A/B接口，但是當按所示方式連接時，它可以充當A接口或主機接口。
在本例中，第二USB設備4為外圍設備，並具有包含mini B插座(未示出)的接口22。mini B插座容納在電纜6的另一端的mini B插頭8。因此，可以把接口22稱為B接口或外設接口。
儘管示例說明了電纜6，但是應該理解，適配器、軟體(dongle)等可以直接與A接口12相連，而不需要電纜。儘管示例說明mini A插頭到mini B插頭的電纜，但是在其它例子中，例如當B接口22的插座具有標準B插座時，可以使用mini A插頭到標準B插頭的電纜。
雙模式設備2的A/B接口12包括一個USB收發器14和五個針式觸點。第一個針式觸點40(Vbus)用於從A設備向B設備供電。第二個針式觸點42(D+)和第三個針式觸點44(D-)作為差分數據線，用於在連接的設備之間傳輸數據。第四個針式觸點46(GND)用作地線或接地。在雙模式設備2中，第五個針式觸點48(ID)用於檢測它與mini A插頭相連還是與mini B插頭相連。當插入mini A插頭時，其經由電阻器接觸第四個針式觸點46(ID)到第五個針式觸點(GND)。當插入mini B插頭時，其使第四個針式觸點46(ID)隔離。
第一個針式觸點40可以經由可控制的開關16與5V電壓電源相連。開關是由USB收發器14控制的。
通過周期性地輪詢Vbus，無需用戶幹預，A/B接口12就能自動檢查與它相連的設備。USB收發器14經由第一個針式觸點40重複發送輪詢信號。輪詢信號是以電壓脈衝串的方式周期性地發送的，電壓脈衝之間具有固定的間隔。在可選實施方式中，間隔可以改變。
USB收發器14實現上述處理的方式是，通過使用可控制的開關16周期性地接通第一個針式觸點40上的電源，然後切斷電源。USB收發器14接通電源的相繼時刻之間的周期為1秒的數量級。然而，可以改變該周期。接通電源的持續時間至少為200ms，但是其數量級最好為200ms。該持續時間取決於響應設備連接/斷開/重新連接中的可接受的延遲。
B接口22監視Vbus，並且當該線路上的電壓超過預定閾值時，將上拉電阻器24連接到數據線D+或D-之一。此處將不再詳細描述，因為這就是當前的外圍USB設備如何通過接通Vbus並使其保持接通狀態而響應發起會話的主機。如果B接口22為高速接口，則通過使用開關連接該上拉電阻器和數據線D+。如果B接口22為低速接口，則通過使用開關連接該上拉電阻器和數據線D-。
A/B接口12監視第二個針式觸點42和第三個針式觸點44，並且檢測上拉電阻器24何時與第二個針式觸點(D+)或第三個針式觸點(D-)相連。然後可以進行枚舉。這是USB規範中描述的過程，按照該規範給第二設備4分配地址，並且從第二設備4向默認主設備2發送數據，主設備2確定第二設備的能力，並支持第一設備2和第二設備4之間的通信。
除了A/B接口12之外，第一設備2還包括控制器30、小鍵盤32和顯示器34。連接控制器30以向顯示器34和A/B接口12提供輸出，並接收來自小鍵盤32和A/B接口12的USB收發器14的輸入。
當從數據針式觸點42和44之一檢測到上拉電阻器24時，USB收發器14向控制器30提供檢測信號。在枚舉之後，USB收發器14還向控制器30提供所連接的第二設備4的能力的指示。
因此，控制器30可以控制顯示器34以指示設備何時連接到A/B接口12或何時與該接口斷開。如果設備是新連接的，則控制器30可以自動啟動有關應用程式，或者在顯示器34上顯示該設備的標識。
可以由控制器30的軟體控制開關16的打開和關閉。該軟體將控制Vbus的周期輪詢以及控制監視數據線的響應。另一個解決方案是附加提供用於控制開關16的周期打開和關閉的硬體(未示出)。該硬體由控制器30啟動。然後，該硬體以控制器30指定的速率周期性地輪詢Vbus。在啟動該硬體之後，USB收發器可以進入睡眠模式，而該硬體管理連接(斷開)的自動檢測。該硬體監視數據線D對Vbus上的輪詢信號的響應，並且在檢測到響應時向控制器30發送中斷，以便將其從睡眠模式中喚醒。這允許控制器30在睡眠狀態中停留的時間更長，進而節省電力。
當USB收發器檢測到插頭已經與A/B接口12相連且沒有出現數據通信會話時，可以啟動Vbus上的周期輪詢。
可以對發送輪詢信號的周期進行編程。比較長的周期節省電力，但是會導致在用戶把插頭插入A/B接口12與觀察到來自第一設備2的反應之間不希望的延遲。在連接或斷開設備時，短周期使第一設備2顯得是易反應的，但使用更多電力。1到2秒之間的值是一個不錯的折衷。
總之，當不再需要數據通信會話時，USB收發器14撤除Vbus上的電源以節省電力。然而，當Vbus上沒有電源時，就不能確定新設備是否連接或設備是否斷開。因此，通過周期性地發起會話，亦即，通過按上述方式周期性地發送輪詢信號，USB收發器14周期性地檢查連接。
圖2說明通用串行總線(USB)系統101，該系統101包括通過使用電纜106與第二設備104相連的第一USB設備102。
在本例中，第一USB設備102為雙模式設備，並具有包含A/Bmini插座(未示出)的接口112。A/B插座容納在電纜106的一端的miniB插頭108。因此，可以把接口112稱為A/B接口，但是當按所示方式連接時，它可以充當B接口或默認外設接口。
在本例中，第二USB設備104為另一個雙模式設備，並具有包含mini AB插座(未示出)的接口122。mini AB插座容納在電纜106的另一端的mini A插頭107。因此，可以把接口122稱為A接口或默認主機接口。
儘管示例說明了電纜106，但是應該理解，適配器、軟體狗等可以直接與A/B接口122相連而不需要電纜。
第一雙模式設備2的A/B接口112包括一個USB收發器114和五個針式觸點。第一個針式觸點140(Vbus)用於從A設備向B設備供電。第二個針式觸點142(D+)和第三個針式觸點144(D-)作為差分數據線，用於在連接的設備之間傳輸數據。第四個針式觸點146(GND)用作地線或接地。在第一雙模式設備102中，第五個針式觸點148(ID)用於檢測它與mini A插頭相連還是與mini B插頭相連。當插入mini A插頭時，其經由電阻器連接第五個針式觸點148(ID)和第四個針式觸點146(GND)。當插入mini B插頭時，其使第五個針式觸點148(ID)隔離。
第一個針式觸點140(Vbus)可以經由可控制的開關115和電阻器116與3.3V電壓電源相連。開關115是由USB收發器114控制的。
第二個針式觸點142(D+)可以經由可控制的開關117和電阻器118與3.3V電壓電源相連。開關117是由USB收發器114控制的。
通過使用會話請求協議(SRP)周期性地請求第二(主機)設備104發起會話，無需用戶幹預，A/B接口112就能自動檢查與它相連的設備。
SRP是在OTG補充中定義的。USB收發器14打開開關117以連接D+和上拉電阻器118，然後關閉開關117以斷開D+和上拉電阻器118，接著，它打開開關115以連接Vbus和上拉電阻器116，然後關閉開關115以斷開Vbus和上拉電阻器116。D+和接著的Vbus的交錯脈衝序列的持續時間小於100ms，並且周期性地重複。該周期的數量級為1秒。然而，它是可以改變的。
當附加的主機接口122通過打開Vbus，亦即，通過給114加電來響應SRP時，USB收發器114經由第一個針式觸點140監視Vbus的狀態。
通過使用OTG補充所指定的主機協商協議(HNP)，可以切換第一設備和第二設備的操作模式。這允許第一雙模式設備充當主機，而第二雙模式設備104充當外設。然後可以進行枚舉。這是USB規範中描述的過程，按照該規範給外圍設備104分配地址，並且外圍設備104從它向主設備102發送數據，主設備102確定第二設備104的能力，並支持第一設備102和第二設備104之間的通信。
除A/B接口112之外，第一雙模式設備102還可以包括控制器130、小鍵盤132和顯示器134。連接控制器130以向顯示器134和A/B接口112提供輸出，並接收來自小鍵盤132和A/B接口112的USB收發器114的輸入。
當在第一個針式觸點140(Vbus)上檢測到恆定電壓時，USB收發器114向控制器130提供檢測信號。在枚舉之後，USB收發器114還向控制器130提供所連接的第二設備104的能力的指示。
因此，控制器130可以控制顯示器134指示設備何時連接到A/B接口112或何時與該接口斷開。如果設備是新連接的，則控制器130可以自動啟動有關應用程式，或者在顯示器134上顯示該設備的標識。
可以由控制器130的軟體控制開關115和117的打開和關閉。該軟體將控制Vbus和D+的周期脈衝發送，並控制監視Vbus的響應。另一個解決方案是提供用於控制開關115和117的周期打開和關閉的附加硬體(未示出)。該硬體將由控制器130啟動。然後該硬體以控制器130指定的速率周期性地脈衝發送D+然後是Vbus。在啟動該硬體之後，USB收發器可以進入睡眠模式，而該硬體管理連接(斷開)的自動檢測。該硬體監視Vbus對SRP的響應，並且在檢測到響應時向控制器130發送中斷，以便將其從睡眠模式中喚醒。這允許USB控制器13O在睡眠狀態中停留的時間更長，進而節省電力。
當USB收發器檢測到插頭已經與A/B接口112相連且沒有出現數據通信會話時，可以啟動周期SRP(脈衝發送D+然後是Vbus)。
可以對發起SRP的周期進行編程。比較長的周期節省電力，但是會導致在用戶把插頭插入A/B接口112與觀察到來自第一設備102的反應之間不希望的延遲。在連接或斷開設備時，短周期使第一設備102顯得是易反應的，但使用更多電力。1到2秒之間的值是一個不錯的折衷。
總之，通過周期性地請求會話，亦即，通過周期性地脈衝發送D+和Vbus，USB收發器114周期性地檢查連接。
包括PC或膝上型電腦在內的任何有A設備都能響應SRP。包括標準USB外設在內的任何B設備都能發起SRP。要求雙模式設備能夠發起並響應SRP。
儘管圖1和圖2的實施方式是分別描述的，但是應該理解，可以想像一個單個雙模式設備將擁有這樣的A/B接口，該接口提供參照圖1描述的A/B接口的功能性和參照圖2描述的A/B接口的功能性。當作為A設備(默認主機)連接該雙模式設備時，使用圖1的功能，當作為B設備(默認外設)連接該雙模式設備時，使用圖2的功能。
儘管參照各種例子在前面的段落中已描述了本發明的實施方式，但是應該理解，可以對給定的例子進行修改而並不背離本發明的精神和範圍。例如，儘管諸如圖1的可控開關16和圖2的電阻器116、118和開關117、115的本發明的實施方式所具有的附加電子電路是以與USB收發器分離的方式說明的，但是在其它實施方式中，可以把它們集成到USB收發器內。
權利要求
1.一種能夠作為外設的默認主機或作為主機的默認外設而連接的，用於在會話期間在主機和外設之間的串行數據通信的接口，該接口包括用於當作為默認主機連接時，通過周期性地發起會話而周期性地檢查連接的自動裝置；以及用於當作為默認外設連接時，通過周期性地請求會話而周期性地檢查連接的自動裝置。
2.如權利要求1所述的接口，其中會話標識所連接的設備的存在。
3.如權利要求1或2所述的接口，包括電源信號觸點；以及至少一個數據信號觸點；其中當作為默認主機連接時，用於周期性地檢查連接的裝置能夠周期性地把電壓施加到該電源信號觸點，並且經由該數據信號觸點接收響應。
4.如權利要求1、2或3所述的接口，包括電源信號觸點；以及至少一個數據信號觸點；其中當作為默認外設連接時，用於周期性地檢查連接的裝置能夠經由該電源信號觸點和該數據信號觸點周期性地請求會話，並且經由該電源信號觸點接收響應。
5.如前述權利要求中任一權利要求所述的接口，其中會話標識所連接的設備的能力。
6.一種能夠作為默認主機或者作為默認外設連接的，用於主機和外設之間的串行數據通信的接口，包括電源信號觸點；至少一個數據信號觸點；發射裝置用於經由該電源信號觸點重複發送輪詢信號；以及接收裝置，其中如果作為默認外設連接該設備，該接收裝置用於經由該電源信號觸點接收應答信號，而如果作為默認主機連接該設備，該接收裝置用於經由該數據信號觸點接收應答信號。
7.如權利要求6所述的接口，其中以電壓脈衝串的方式周期性地發送的該輪詢信號。
8.如權利要求7所述的接口，其中該串的每個脈衝的持續時間大於200ms。
9.如權利要求7或8所述的接口，該輪詢信號具有1Hz的數量級的周期，以至該串的每個脈衝與其相鄰脈衝由1秒的數量級的相同間隔隔開。
10.如權利要求6到9中任一權利要求所述的接口，其中如果作為默認主機連接該設備，該發射裝置僅能夠經由該電源信號觸點重複發送輪詢信號。
11.如權利要求6到10中任一權利要求所述的接口，其中如果作為默認外設連接該設備，該發射裝置能夠經由該電源信號觸點重複發送第一輪詢信號，並且經由該數據信號觸點重複發送第二輪詢信號。
12.如權利要求6到11中任一權利要求所述的接口，進一步包括用於標識該接口是與外設相連還是與主機相連的標識符觸點。
13.如權利要求6到12中任一權利要求所述的接口，其中該應答報文標識所連接的設備的存在。
14.如權利要求6到13中任一權利要求所述的接口，其中啟動標識所連接的設備的能力的會話。
15.一種用於在會話期間在主機和連接的外設之間的串行數據通信的主機接口用於向連接的外設供電的電源信號觸點；用於在該主機和連接的外設之間串行地傳送數據的至少一個數據信號觸點；以及用於周期性地檢查與該外設的連接的裝置，包括用於經由該電源信號觸點重複發送輪詢信號的發射裝置；以及用於經由該數據信號觸點接收應答信號的接收裝置。
16.如權利要求15所述的主機接口，被安排用來其自己主動地或響應於所連接的外設的周期請求，周期性地發起會話。
17.一種用於在會話期間在連接的主機和外設之間的串行數據通信的外設接口用於接收來自連接的主機的電源的電源信號觸點；用於在連接的主機和外設之間串行地傳送數據的至少一個數據信號觸點；以及用於周期性地檢查與該主機的連接的裝置，包括用於經由該電源信號觸點重複發送第一輪詢信號和用於經由該數據信號觸點重複發送第二輪詢信號的發射裝置；以及用於經由該電源信號觸點接收應答信號的接收裝置。
18.如權利要求17所述的外設接口，被安排用來周期性地請求會話。
19.如權利要求18所述的接口，其中每個請求的持續時間小於100ms。
20.一種用於檢查作為主機連接的設備和作為外設連接的設備之間的串行數據連接的方法，包括在作為主機連接的該設備上周期性地發起會話。
21.一種用於檢查作為主機連接的設備和作為外設連接的設備之間的串行數據連接的方法，包括在作為外設連接的設備上周期性地請求發起會話。
22.一種用於檢查雙模式設備和另一個設備之間的串行數據連接的方法，包括當作為默認主機連接該雙模式設備時，在作為主機連接的設備上周期性地發起會話；以及當作為默認外設連接該雙模式設備時，在作為外設連接的設備上周期性地請求發起會話。
23.一種能夠作為外設的默認主機或作為主機的默認外設而連接的，用於在會話期間在主機和外設之間的串行數據通信的接口，包括收發器，當作為默認主機連接時，該收發器通過周期性地發起會話而周期性地檢查連接，而當作為默認外設連接時，通過周期性地請求會話而周期性地檢查連接。
24.一種能夠作為默認主機或者作為默認外設連接的，用於主機和外設之間的串行數據通信的接口，包括電源信號觸點；至少一個數據信號觸點；以及電子電路，如果作為默認外設連接該設備，該電子電路用於經由該電源信號觸點重複發送輪詢信號並經由該電源信號觸點接收應答信號，如果作為默認主機連接該設備，該電子電路用於經由該數據信號觸點重複發送輪詢信號並經由該數據信號觸點接收應答信號。
25.一種用於在會話期間在主機和連接的外設之間的串行數據通信的主機接口用於向連接的外設供電的電源信號觸點；用於在該主機和該連接的外設之間串行地傳送數據的至少一個數據信號觸點；以及用於周期性地檢查與該外設的連接的電子電路，其中該電子電路被安排用來經由該電源信號觸點重複發送輪詢信號，並被安排用來經由該數據信號觸點接收應答信號。
26.一種用於在會話期間在連接的主機和外設之間的串行數據通信的外設接口用於接收來自連接的主機的電源的電源信號觸點；用於在該連接的主機和該外設之間串行地傳送數據的至少一個數據信號觸點；以及用於周期性地檢查與該主機的連接的電子電路，其中該電子電路被安排用來經由該電源信號觸點重複發送第一輪詢信號和經由該數據信號觸點重複發送第二輪詢信號，並被安排用來經由該電源信號觸點接收應答信號。
全文摘要
一種能夠作為外設的默認主機或作為主機的默認外設而連接的，用於在會話期間在主機和外設之間的串行數據通信的接口，該接口包括用於當作為默認主機連接時，通過周期性地發起會話而周期性地檢查連接的自動裝置；以及當作為默認外設連接時，通過周期性地請求會話而周期性地檢查連接的自動裝置。
文檔編號G06F13/14GK1894681SQ200480037463
公開日2007年1月10日 申請日期2004年11月17日 優先權日2003年11月22日
發明者克利福德·伊德 申請人:諾基亞公司