通用串行总线单元控制方法和通用串行总线单元控制器

摘要

提供一种通用串行总线单元控制方法和通用串行总线单元控制器，易于完成双重作用设备在USB主机和USB设备之间切换。该控制器包括：集线器功能块，用于耦合包括一可作为USB设备或USB主机的双重作用设备的多个USB设备；设备控制功能块，其判断在连接时设想的双重作用设备的功能块；和总线管理功能块，用于根据功能块的判定结果，来将连接到集线器的双重作用设备在USB设备和USB主机之间进行切换。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于遵从作为USB(通用串行总线)补充规格的OTG规格来控制一USB单元(双重作用设备(dual-role device))的方法和控制器。

背景技术

标准USB集线器设备使用USB电缆连接一USB主机和多个USB设备，以执行USB数据的通信。图5示出标准USB集线器的配置。在图5中，标准HUB集线器装置500利用HUB功能块510连接一USB主机520和多个USB设备(图5中所示的情况为2个)，以执行USB数据的通信。从主机USB向设备551、552供给电源540。在公开号为2001-256172的日本专利中也描述了一种具有一USB主机520和多个USB设备的USB系统。

然而，在连接了符合OTG规格的USB单元的情况下，相关技术的标准USB集线器设备并不支持在OTG规格中定义的对话请求协议或主机商议协议。这样就不能将作为USB主机或USB设备的双重作用设备从USB主机切换为USB设备，或者反之也一样。为了切换为USB设备或者USB主机，就必须ONCE拆开USB单元。

发明内容

本发明就是考虑到上述情况而实现的，并且其目的在于提供一种用于设想在连接了符合OTG规格的USB单元的情况下，控制将在USB设备和USB主机之间易于切换的USB单元的方法和控制器。

根据本发明第一方面的USB控制方法，其特征在于，当通过集线器耦合了包括可作为USB设备或USB主机的双重作用设备的多个USB单元时，该方法判定在连接时设想的该双重作用设备的功能，并且在USB设备和USB主机之间切换该双重作用设备。按照这种配置，可以将连接到集线器的双重作用设备在USB设备和USB主机之间易于进行切换，而无需将该双重作用设备从该集线器上拆开。

根据本发明第二方面的USB单元控制方法，是一种根据本发明第一方面而来的USB单元控制方法，其特征在于，在双重作用设备作为USB主机连接到USB主机所连接的集线器的情况下，该方法使将该双重作用设备从USB主机到USB设备的切换，并且将该切换报告给USB主机。按照这种配置，可以在USB主机和USB设备之间切换双重作用设备。

根据本发明第三方面的USB单元控制方法是一种根据本发明第一方面而来的USB单元控制方法，其特征在于，在所有的双重作用设备都作为USB设备连接到集线器的情况下，该方法检测来自双重作用设备的对话请求协议，并且将启动对话请求协议的双重作用设备切换为USB主机。按照这种配置，可以根据所连接USB单元的连接状态，在USB主机和USB设备之间切换双重作用设备。

根据本发明第四方面的USB单元控制方法，是一种根据本发明第一方面而来的USB单元控制方法，其特征在于，在USB主机通过四线USB电缆连接到集线器的情况下，该方法将连接到该集线器的所有双重作用设备都切换为USB设备，并且向USB主机报告该切换。按照这种配置，即便是在将相关技术的USB单元作为UBS主机连接的情况下，也可以执行USB数据的通信。

根据本发明第五方面的USB单元控制方法，是一种根据本发明第一方面而来的USB单元控制方法，其特征在于，在USB设备通过四线USB电缆连接到USB主机所连接的集线器的情况下，该方法向USB主机报告该USB设备的连接。按照这种配置，即便是在将相关技术的USB单元作为USB设备连接的情况下，也可以执行USB数据的通信。

根据本发明第六方面的USB单元控制方法，是一种根据本发明第一方面而来的USB单元控制方法，其特征在于，根据USB在连接时的端口状态或者在USB数据线D+或D-状态改变，该方法判定在连接时设想的所述双重作用设备的功能，并且使双重作用设备在USB设备和USB主机之间进行切换。按照这种配置，可以通过根据USB单元在连接时的端口状态或者在USB数据线D+或D-状态中改变的端口状态，来作出判断，从而实现高精度判断。

根据本发明第七方面的USB单元控制方法，是根据本发明第一方面而来的USB单元控制方法，其特征在于，该方法检测来自连接到集线器的主机的专用请求并使多个双重作用设备在USB设备和USB主机之间进行切换。按照这种配置，可以通过利用可被USB单元识别的专用请求，来实现USB设备和USB主机之间的稳定切换。

根据本发明第八方面的USB单元控制器，其特征在于，该USB单元控制器执行根据本发明从第一到第七方面的任一USB单元控制方法。按照这种配置，USB单元控制器可以在USB设备和USB主机之间切换双重作用设备。

根据本发明第九方面的USB单元控制器，是根据本发明第八方面而来的USB单元控制器，其特征在于，该USB单元控制器包括用于耦合包括可作为USB设备或USB主机的双重作用设备的多个USB设备的集线器、用于判定在连接时设想的双重作用设备的功能的设备控制装置、以及用于使连接到集线器的双重作用装置在USB设备和USB主机之间进行切换的总线管理装置。按照这种配置，可以判定双重作用设备的状态，并通过除了现存集线器之外提供新的设备控制装置及新的总线管理装置，来使USB设备和USB主机之间进行切换。

根据本发明第十方面的USB单元控制器，是根据本发明第九方面而来的USB单元控制器，其特征在于，该设备控制装置包括用于在USB主机和USB设备之间执行通信的功能、执行数据通信的功能、以及检测和启动对话请求协议并执行主机商议协议的功能。按照这种配置，可以遵从OTS规格来执行从/到USB单元的USB数据通信。

根据本发明第十一方面的USB单元控制器，是根据本发明第九或第十方面而来的USB单元控制器，其特征在于，该USB单元控制器包括至少一个用于OTG补充规格定义的USB电缆插座并用作为USB集线器。按照这种配置，USB单元控制器可以用作集线器来集合经由OTG补充规格中所定义的USB电缆而连接的USB单元。

根据本发明第十二方面的程序，其特征在于，该程序是用于执行本发明从第一到第七中任一方面所描述的USB单元控制方法的程序。按照这种配置，可以借助于软件的方式在USB设备和USB主机之间切换双重作用设备。

根据本发明第十三方面的半导体集成电路，其特征在于，该半导体集成电路包括根据发明第十二方面的程序以及根据本发明第八到第十一任一方面的USB单元控制器。按照这种配置，可以借助于软件和硬件相结合的方式在USB设备和USB主机之间切换一个双重作用设备。

附图说明

图1示出根据本发明实施例1的USB单元控制器的配置；

图2示出根据本发明实施例2的USB单元控制器的配置；

图3示出根据本发明实施例3的USB单元控制器的配置；

图4示出根据本发明实施例4的USB单元控制方法的流程图；

图5示出相关技术的USB集线器装置的结构。

具体实施方式

本发明的实施例将参照附图进行详细描述。

(实施例1)

图1示出根据本发明实施例1的USB单元控制器的配置。在图5中的标准USB集线器装置500上方，图1所示的USB单元控制器100包括设备控制功能块120和总线管理功能块130。设备控制功能块120包括：连接管理功能块121，其用于管理每个连接到端口AB(141、142、143)的双重作用设备181、182、183的连接状态和电流状态(USB主机或USB设备)及该双重作用设备的连接顺序，以及OTG管理功能块122、123、124，其用于检测TOG规格中的SRP(对话请求协议)和执行HNP(主机商议协议)。OTG管理功能块122、123、124都是作为USB主机或USB设备的双重作用设备。

总线管理功能块130包括一功能块，用于通过读取符合OTG规格的USB电缆ID线上的信号来检测双重作用设备181、182、183是作为USB主机连接还是作为USB设备连接，和一功能块，用于向控制双重作用设备181、182、183供电、一中止(suspend)检测功能块、和一功能块，用于检测没有其它选择只能作为USB主机的诸如PC(个人计算机)的USB单元的连接/断开、以及一功能块，用于连接到HUB功能块110。HUB功能块，将已连接的USB电缆的USB数据线切换为用于USB主机或USB设备的数据线。

总线管理功能块130判定每个连接到USB单元控制器100的双重作用设备181、182、183的连接状态(USB主机或USB设备)，并通过控制线170向每个双重作用设备的设备控制功能块120报告结果。所连接的每一个双重作用设备181、182、183的状态都可通过检测USB电缆的Vbus端的状态(H，L)来判定。在双重作用设备作为USB主机连接的情况下，总线管理功能块130通过检测USB电缆的Vbus端的H(高电平)来判定双重作用设备的状态。在双重作用设备作为USB设备连接的情况下，总线管理功能块130确定检测USB电缆的ID端(固定为L)来判定双重作用设备的状态。

(实施例1-1)

下面将描述多个双重作用设备作为USB主机连接到USB单元控制器100的情况。检测USB电缆连接状态(USB主机或USB设备)的设备控制功能块120，记录连接状态管理功能块121中的双重作用设备连接状态。在设备控制功能块120的控制下，总线管理功能块130就像USB主机那样，将最初作为USB主机连接的双重作用设备切换到用于主机的数据线190。

作为另一主机连接的双重作用设备由OTG管理功能块来管理，直到执行主机商议协议(HNP)时为止。当执行了主机商议协议(HNP)时，设备控制功能块120控制总线管理功能块130将数据线161、162、163切换为用于设备的数据线191、192、193。

(实施例1-2)

下面将描述所有双重作用设备作为USB设备连接到USB单元控制器的情况。检测USB电缆连接的设备控制功能块120，记录连接状态管理功能块121中的双重作用设备连接状态。然后，设备控制功能块120通过控制线170控制总线管理功能块，从而将USB总线信号的Vbus激励为高。

当USB单元控制器100和双重作用设备通过USB电缆连接时，双重作用设备和OTG管理功能块启动USB数据通信。OTG管理功能块122、123、124分别对应于双重作用设备181、182、183执行USB数据的通信。

当在双重作用设备和OTG管理功能块之间设置了通信准备(除了Ep0)状态时，设备控制功能块120就进行控制，以激励与总线管理功能块130相对应的USB总线的Vbus为低。当双重作用设备启动对话请求协议(SRP)时，设备控制功能块120通过控制线170控制总线管理功能块，从而将USB总线的Vbus激励为高。另外，在控制总线管理功能块130时，用于管理已经启动对话请求协议(SRP)的双重作用设备的OTG管理功能块，执行主机商议协议(HNP)。设备控制功能块120将传送对话请求协议(SRP)的数据线改为用于主机的数据线190。在此改变之后，设备控制功能块120将用于没有发送对话请求协议(SRP)的双重作用设备的数据线切换为用于未使用设备的数据线193。

例如，当在双重作用设备181和OTG管理功能块122之间执行对话请求协议(SRP)的情况下，对于双重作用设备181，用于端口AB1的USB数据线161被断开，并被切换到用于主机的数据线190。对于双重作用设备182、183，用于端口AB2、3的USB数据162、163被断开，并被切换到用于设备的数据线191、192。当多个双重作用设备同时执行对话请求协议(SRP)时，根据端口AB(141、142、143)间的优先权、或根据由连接状态管理功能块所管理的连接顺序及初始连接状态，来进行操作。

(实施例1-3)

下面将描述其中一个双重作用设备181、182、183作为USB主机、而其它双重作用设备作为USB设备、并且执行USB数据通信的情况，例如，仅仅作为USB主机操作(例如PC)的USB主机180连接到端口B(143)的情况。

总线管理功能块130检测端口B的Vbus165，并且向设备控制功能块120报告。设备控制功能块120控制总线管理功能块130，以便将当前用于双重作用设备的数据线191、192、193切换为用于端AB的USB数据线161、162、163，并将用于端口B的USB数据线160连接到用于主机的数据线190。设备控制功能块120检查作为USB设备操作的双重作用设备181、182、183，并将相应的数据线切换到数据线191、192、193。

当USB主机180断开时，总线管理功能块130检测该断开并经由控制线170向设备控制部分120报告。设备控制功能块120将用于设备的数据线191、192、193切换为用于端口AB的USB数据线161、162、163。设备控制功能块120还将其中一个双重作用设备180、181、182、183切换为USB主机，并将USB数据线161、162、163切换为用于设备的相应数据线191、192、193。该切换控制按照与实施例1-1和1-2相似的方式进行。根据端口AB141、142、143间的优先权、或根据由连接状态管理功能块121所管理的连接顺序及初始连接状态，来将双重作用设备180、181、182、183选择作为USB主机。在未发现作为主机的双重作用设备的情况下，可通过由双重作用设备执行对话请求协议(SRP)，利用所激励为低的USB电缆的Vbus来确定USB主机。

(实施例1-4)

下面将描述在USB主机和USB设备之间进行双重作用设备切换的情况。总线管理功能130，检测来自USB主机180的USB中止信号，并通过控制线170向设备控制功能块120报告。设备控制功能块120控制总线管理功能块130，以便与所连接的双重作用设备181、182、183能够执行与OTG管理功能块的USB数据通信，并将用于设备的数据线191、192、193切换成用于端口AB的USB数据线161、162、163。

设备控制功能块120将由设备控制功能块120的连接状态管理功能块所管理的状态(所连接端口的状态)与双重作用设备的数据线的状态变化(D+/D-)进行比较，来检测要作为USB主机的双重作用设备。然后，设备控制功能块120控制总线管理功能块130将作为USB主机的双重作用设备的USB数据线(用于端口AB的任一USB数据线161、162、163)切换为用于主机的数据线190。

设备控制功能块120检查其余的作为USB设备进行操作的双重作用设备，并将USB数据线161、162、163切换为用于设备的相应数据线191、192、193。切换控制按照与实施例1-1和1-2相似的方式进行。

在检测作为USB主机的双重作用设备中，当设备181、182、183中的多个设备都是USB主机的被选设备的情况下，根据端口AB(141、142、143)间的优先权、或者根据由连接状态管理功能块121所管理的连接顺序及初始连接状态作出决定。在USB单元没有其它选择只能作为USB主机的情况下，设备控制功能块120跳过数据线的切换。

(实施例1-5)

下面将描述双重作用设备作为USB主机连接、并且USB电缆的电源(Vbus)被激励为低的情况。总线管理功能块130，检测主机的电源被激励为低的状态，通过控制线170向设备控制功能块120报告。然后，设备控制功能块120控制总线管理功能块130，以便将所有双重作用设备的数据线切换为用于端口AB的USB数据线161、162、163，这样数据线就可以与OTG管理功能块进行通信。然后，与实施例1-1到1-4相同，设备控制功能块120控制双重作用设备作为USB主机和USB设备。

(实施例1-6)

通过增加用于设备的数据线191、192、193，用于端口AB的USB数据线161、162、163，数据信号150、151、152，端口AB1(141)、AB2(142)、AB3(143)，端口B以及相应的OTG管理功能块，可以任意地增加所连接的双重作用设备的数量。

如上所述，根据实施例1，可以容易地在USB主机和USB设备之间进进行切换。

(实施例2)

图2示出根据本发明实施例2的USB单元控制器的配置。在图5中的标准USB集线器装置500上方，图2所示的USB单元控制器200包括：设备控制功能块220、总线管理功能块230，以及从总线管理功能块引出的作为电源线(Vbus)的端口A的Vbus266。USB单元控制功能块200包括：用于连接双重作用设备281的端口AB1、用于连接主机280的端口B，以及用于连接USB主机282的端口A。设备控制功能块220包括：连接状态管理功能块221，其用于管理双重作用设备281的连接状态与电流(current)状态和双重作用设备的连接顺序，以及OTG管理功能块222，其用于检测TOG规格当中的对话请求协议(SRP)及执行主机商议协议(HNP)。除了供给电源之外，USB单元控制器200的基本操作与实施例1中的操作相同。

下面将描述在USB主机280(例如PC)或USB设备282(例如数码相机或打印机)之间进行数据通信的情况。检测USB主机280连接的设备控制功能块220，通过利用端口B的Vbus265，来控制总线管理功能块230从USB主机向端口A的Vbus266供给电源。当从USB主机的端口B的Vbus265的电源(电压、电流)不足的情况下，设备控制功能块可以使用其内置的电源来增加供电。

当通过端口B的Vbus265从USB主机供给的电源中止(中断)的情况下，总线管理功能块230，根据端口B的Vbus265的电压改变，来检测USB主机280的断开，并通过控制线270向设备控制功能块20报告。设备控制功能块220控制总线管理功能块230，以关断从端口A向Vbus供给的电源。

(实施例2-2)

下面将描述以初始连接状态连接的双重用作设备281为USB设备执行与USB设备282(例如数码相机或打印机)的数据通信的情况。

当USB设备被切换为USB主机时，USB单元控制器200的设备控制功能块220在双重作用设备241上执行主机商议协议(HNP)，来将双重作用设备281切换为USB主机。设备控制功能块220控制总线管理功能块230，以便从其内置的电源向端口A(244)的Vbus供给电源。设备控制功能块220将主机的数据线切换为用于端口AB的USB数据线261，控制总线管理功能块230关断向端口A的Vbus266供给的电源。

(实施例2-3)

下面将描述以初始状态连接的双重作用设备281作为USB主机执行与USB设备(例如数码相机或打印机)的数据通信的情况。USB单元控制器200的总线管理功能块230在设备控制功能块220的控制下，将用于端口AB1的USB数据线261切换为用于主机的数据线290。设备控制功能块220控制总线管理功能块230，以便从双重作用设备从电源250(Vbus)的向端口A(244)的Vbus供电，或者将从其内置电源向端口A(244)的Vbus供电。总线管理功能块230选择电源。设备控制功能块220将用于主机的数据线切换为用于端口AB的USB数据线261，控制总线管理功能块230，以便关断向端口A的Vbus266供给的电源。

(实施例2-4)

通过将端口A的Vbus266、端口A244及用于设备的数据线291增加到USB单元控制器200上，可以与相关技术的USB集线器装置一样，增加所连接的USB设备的数量。

根据实施例2，可以根据相关技术与所连接的USB设备的USB数据实现通信。

(实施例3)

图3示出根据本发明实施例3的USB单元控制器的配置。在图5中的标准USB集线器装置500上方，在图3中所述的USB单元控制器300包括：设备控制功能块320和总线管理功能块330。USB单元控制器300包括：用于连接双重作用设备381的端口AB1(341)、用于连接双重作用设备382的端口AB2(342)，以及用于连接双重作用设备383的端口AB3(343)。HUB(集线器)功能块310包括：主机切换检测功能块315。除了主机切换检测功能块315之外，USB单元控制器300的基本操作与实施例1的操作一样。

下面将描述主机切换检测功能块315的功能。遵从OTG规格的USB单元，能将指定其连接的USB单元。这样，添加主机切换检测功能块315，以便于在USB单元控制器和双重作用设备之间传递专用请求(USB包数据，例如卖主请求)。

这就使主机切换检测功能块315能检测信息项，比如下一个将被作为USB主机的双重作用设备、USB电缆的Vbus的L输出、以及与USB单元控制器合作的主机商议协议的执行等等。

检测任意一个信息项的主机切换检测功能块315，通过控制线375向设备控制功能块320报告所检测到的信息项。主机切换检测功能块315在设备控制功能块320的控制下，可以响应于作为USB主机的双重作用设备。

这就使设备控制功能块320能确定连接状态、并平稳地在数据线390、391、392和用于端口AB的USB数据线361、362、363之间进行切换。

根据本发明的实施例3，可以平稳地在双重作用设备的功能(USB主机和USB设备)之间进行切换来执行USB数据的通信。

(实施例4)

图4示出用于通过软件检测诸如USB单元连接状态的管理、USB单元连接/断开的检测、以及对话请求协议(SRP)的检测等事件的程序流程图。通过利用软件检测实施例1、2和3中的这些事件，可以利用程序将连接到USB单元控制器100、200、300的双重作用设备切换为USB主机或USB设备。

设想图3中的双重作用设备381作为USB主机操作，并且双重作用设备382、383作为USB设备操作。当从双重作用设备381向USB单元控制器发送将双重作用设备381切换为USB主机的专用请求时，USB单元控制器300就根据图4所示的流程进行操作。

在步骤S410，USB单元控制器300对专用请求解码，并确定该请求是否可以执行。在请求不能被执行的情况下，执行进入步骤S440，USB单元控制器300向双重作用设备381报告该请求无法被执行。当请求可以被执行的情况下，执行进入步骤S430，USB单元控制器300向双重作用设备381报告该请求可以被执行。

报告完之后，执行进入步骤S431，USB单元控制器300根据实施例3将双重作用设备381切换为USB设备，同时将双重作用设备382切换为USB主机。这样就使得能够在USB主机和USB设备之间的USB数据通信。

根据本发明的实施例4，可以通过程序方式控制连接到USB单元控制器100的USB单元的状态(USB设备或者USB主机)。

(实施例5)

通过利用从实施例1到实施例4的任一组合，可以在USB集线器装置遵从OTG规格的同时，容易地在USB主机和USB设备之间切换双重作用设备。

如上所述，根据本发明，可以容易地在USB设备和USB主机之间切换连接到集线器的双重作用设备，而无需将该双重作用设备从集线器上拆开。甚至是在相关技术的USB主机和/或USB设备与双重作用设备一起使用的情况下，也可以可靠地实现可识别USB主机和USB设备的USB数据通信。