专利名称：用于串行数据通信的接口的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及用于串行数据通信的接口，更具体地，这些实施方式涉及通用串行总线(USB)接口。
背景技术：
通用串行总线(USB)是支持主机和各种可同时访问的外设之间的数据交换的一种电缆总线。所附的外设通过主机安排的令牌库协议共享USB带宽。
USB系统在USB主机和USB外设之间传送采用位串行格式的数据。USB系统中只有一个主机，并且该主机是总线的主控。USB是轮询总线，并且主机发起所有数据传送，数据传送或者为从一个端点的读，或者为到一个端点的写。
在USB中，主机和外设的角色是由和设备相连的电缆的末端定义的。如果设备具有用于连接该电缆的A插头的A插座，则它是A设备，如果它具有用于连接B插头的B插座，则它是B设备。在USB中，A设备经由电力触点Vbus向B设备供电。A设备始终是主机，B设备始终是外设。
作为USB补充的USB On-The-Go(OTG)允许设备为双模式。双模式设备有mini A/B连接器，从而它可以与mini A插头相连作为A设备，或者与mini B插头相连作为B设备。在默认情况下，当双模式设备作为A设备连接时，其充当默认主机，当作为B设备连接时，充当默认外设。然而，OTG能够在不颠倒电缆的情况下改变双角色设备的角色。因此，不论是作为A设备连接的还是作为B设备连接的，OTG设备都能够充当主机或外设。
On the Go也可以提供省电功能。为了节省电力，当不使用串行总线时，OTG将使A设备关闭Vbus。
然而，到目前为止，关闭Vbus具有不被欣赏的缺点。在缺少Vbus的情况下，一个设备不能自动检测它是否已经连接到某一设备，或者它仍然与另一设备相连，抑或它现在与不同设备相连。最好既能维持比较低的功耗，又能支持自动检测。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种可作为外设的默认主机或作为主机的默认外设连接的，用于在会话期间在主机和外设之间的串行数据通信的接口，该接口包括用于当作为默认主机连接时，通过周期性地发起会话而周期性地检查连接的自动装置；以及用于当作为默认外设连接时，通过周期性地请求会话而周期性地检查连接的自动装置。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在主机和外设之间的串行数据通信的，可以作为默认主机或默认外设连接的接口，并且该接口包括电源信号触点；至少一个数据信号触点；发射装置，用于经由电源信号触点重复发送轮询信号；以及接收装置，用于如果该设备作为默认外设连接，则经由电源信号触点接收应答信号，如果该设备作为默认主机连接，则经由数据信号触点接收应答信号。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在会话期间在主机和连接的外设之间的串行数据通信的主机接口，具有用于向连接的外设供电的电源信号触点；用于在主机和连接的外设之间串行传送数据的至少一个数据信号触点；以及用于周期性地检查与该外设的连接的装置，该装置包括用于经由电源信号触点重复发送轮询信号的发射装置；以及用于经由数据信号触点接收应答信号的接收装置。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在会话期间在连接的主机和外设之间的串行数据通信的外设接口，具有用于接收来自连接的主机的电源的电源信号触点；用于在连接的主机和外设之间串行传送数据的至少一个数据信号触点；以及用于周期性地检查与该主机的连接的装置，该装置包括用于经由电源信号触点重复发送第一轮询信号和用于经由数据信号触点重复发送第二轮询信号的发射装置；以及用于经由电源信号触点接收应答信号的接收装置。
根据本发明的另一方面，提供一种检查作为主机连接的设备和作为外设连接的设备之间的串行数据连接的方法，包括在作为主机连接的设备上周期性地发起会话。
根据本发明的另一方面，提供一种检查作为主机连接的设备和作为外设连接的设备之间的串行数据连接的方法，包括在作为外设连接的设备上周期性地请求发起会话。
根据本发明的另一方面，提供一种检查双模式设备和另一个设备之间的串行数据连接的方法，包括当该双模式设备作为默认主机连接时，在作为主机连接的设备上周期性地发起会话；以及当该双模式设备作为默认外设连接时，在作为外设连接的设备上周期性地请求发起会话。
本文中的术语“轮询”意指重复地检查。因此，“轮询信号”为用于重复地检查该设备是否连接/断开的信号。
本发明的实施方式能够省电，并且无需用户干预就能自动检查USB设备的连接/断开。
为了更好地理解本发明，请参照仅仅作为例子的附图，其中图1说明根据一实施方式的通用串行总线(USB)系统；以及图2说明根据一实施方式的通用串行总线(USB)系统。
具体实施例方式
图1说明通用串行总线(USB)系统1，系统1包括通过使用电缆6与第二设备4相连的第一USB设备2。
在本例中，第一USB设备2为双模式设备，并具有包含A/B mini插座(未示出)的接口12。A/B插座容纳在电缆6的一端的mini A插头7。因此，可以把接口12称为A/B接口，但是当按所示方式连接时，它可以充当A接口或主机接口。
在本例中，第二USB设备4为外围设备，并具有包含mini B插座(未示出)的接口22。mini B插座容纳在电缆6的另一端的mini B插头8。因此，可以把接口22称为B接口或外设接口。
尽管示例说明了电缆6，但是应该理解，适配器、软件(dongle)等可以直接与A接口12相连，而不需要电缆。尽管示例说明mini A插头到mini B插头的电缆，但是在其它例子中，例如当B接口22的插座具有标准B插座时，可以使用mini A插头到标准B插头的电缆。
双模式设备2的A/B接口12包括一个USB收发器14和五个针式触点。第一个针式触点40(Vbus)用于从A设备向B设备供电。第二个针式触点42(D+)和第三个针式触点44(D-)作为差分数据线，用于在连接的设备之间传输数据。第四个针式触点46(GND)用作地线或接地。在双模式设备2中，第五个针式触点48(ID)用于检测它与mini A插头相连还是与mini B插头相连。当插入mini A插头时，其经由电阻器接触第四个针式触点46(ID)到第五个针式触点(GND)。当插入mini B插头时，其使第四个针式触点46(ID)隔离。
第一个针式触点40可以经由可控制的开关16与5V电压电源相连。开关是由USB收发器14控制的。
通过周期性地轮询Vbus，无需用户干预，A/B接口12就能自动检查与它相连的设备。USB收发器14经由第一个针式触点40重复发送轮询信号。轮询信号是以电压脉冲串的方式周期性地发送的，电压脉冲之间具有固定的间隔。在可选实施方式中，间隔可以改变。
USB收发器14实现上述处理的方式是，通过使用可控制的开关16周期性地接通第一个针式触点40上的电源，然后切断电源。USB收发器14接通电源的相继时刻之间的周期为1秒的数量级。然而，可以改变该周期。接通电源的持续时间至少为200ms，但是其数量级最好为200ms。该持续时间取决于响应设备连接/断开/重新连接中的可接受的延迟。
B接口22监视Vbus，并且当该线路上的电压超过预定阈值时，将上拉电阻器24连接到数据线D+或D-之一。此处将不再详细描述，因为这就是当前的外围USB设备如何通过接通Vbus并使其保持接通状态而响应发起会话的主机。如果B接口22为高速接口，则通过使用开关连接该上拉电阻器和数据线D+。如果B接口22为低速接口，则通过使用开关连接该上拉电阻器和数据线D-。
A/B接口12监视第二个针式触点42和第三个针式触点44，并且检测上拉电阻器24何时与第二个针式触点(D+)或第三个针式触点(D-)相连。然后可以进行枚举。这是USB规范中描述的过程，按照该规范给第二设备4分配地址，并且从第二设备4向默认主设备2发送数据，主设备2确定第二设备的能力，并支持第一设备2和第二设备4之间的通信。
除了A/B接口12之外，第一设备2还包括控制器30、小键盘32和显示器34。连接控制器30以向显示器34和A/B接口12提供输出，并接收来自小键盘32和A/B接口12的USB收发器14的输入。
当从数据针式触点42和44之一检测到上拉电阻器24时，USB收发器14向控制器30提供检测信号。在枚举之后，USB收发器14还向控制器30提供所连接的第二设备4的能力的指示。
因此，控制器30可以控制显示器34以指示设备何时连接到A/B接口12或何时与该接口断开。如果设备是新连接的，则控制器30可以自动启动有关应用程序，或者在显示器34上显示该设备的标识。
可以由控制器30的软件控制开关16的打开和关闭。该软件将控制Vbus的周期轮询以及控制监视数据线的响应。另一个解决方案是附加提供用于控制开关16的周期打开和关闭的硬件(未示出)。该硬件由控制器30启动。然后，该硬件以控制器30指定的速率周期性地轮询Vbus。在启动该硬件之后，USB收发器可以进入睡眠模式，而该硬件管理连接(断开)的自动检测。该硬件监视数据线D对Vbus上的轮询信号的响应，并且在检测到响应时向控制器30发送中断，以便将其从睡眠模式中唤醒。这允许控制器30在睡眠状态中停留的时间更长，进而节省电力。
当USB收发器检测到插头已经与A/B接口12相连且没有出现数据通信会话时，可以启动Vbus上的周期轮询。
可以对发送轮询信号的周期进行编程。比较长的周期节省电力，但是会导致在用户把插头插入A/B接口12与观察到来自第一设备2的反应之间不希望的延迟。在连接或断开设备时，短周期使第一设备2显得是易反应的，但使用更多电力。1到2秒之间的值是一个不错的折衷。
总之，当不再需要数据通信会话时，USB收发器14撤除Vbus上的电源以节省电力。然而，当Vbus上没有电源时，就不能确定新设备是否连接或设备是否断开。因此，通过周期性地发起会话，亦即，通过按上述方式周期性地发送轮询信号，USB收发器14周期性地检查连接。
图2说明通用串行总线(USB)系统101，该系统101包括通过使用电缆106与第二设备104相连的第一USB设备102。
在本例中，第一USB设备102为双模式设备，并具有包含A/Bmini插座(未示出)的接口112。A/B插座容纳在电缆106的一端的miniB插头108。因此，可以把接口112称为A/B接口，但是当按所示方式连接时，它可以充当B接口或默认外设接口。
在本例中，第二USB设备104为另一个双模式设备，并具有包含mini AB插座(未示出)的接口122。mini AB插座容纳在电缆106的另一端的mini A插头107。因此，可以把接口122称为A接口或默认主机接口。
尽管示例说明了电缆106，但是应该理解，适配器、软件狗等可以直接与A/B接口122相连而不需要电缆。
第一双模式设备2的A/B接口112包括一个USB收发器114和五个针式触点。第一个针式触点140(Vbus)用于从A设备向B设备供电。第二个针式触点142(D+)和第三个针式触点144(D-)作为差分数据线，用于在连接的设备之间传输数据。第四个针式触点146(GND)用作地线或接地。在第一双模式设备102中，第五个针式触点148(ID)用于检测它与mini A插头相连还是与mini B插头相连。当插入mini A插头时，其经由电阻器连接第五个针式触点148(ID)和第四个针式触点146(GND)。当插入mini B插头时，其使第五个针式触点148(ID)隔离。
第一个针式触点140(Vbus)可以经由可控制的开关115和电阻器116与3.3V电压电源相连。开关115是由USB收发器114控制的。
第二个针式触点142(D+)可以经由可控制的开关117和电阻器118与3.3V电压电源相连。开关117是由USB收发器114控制的。
通过使用会话请求协议(SRP)周期性地请求第二(主机)设备104发起会话，无需用户干预，A/B接口112就能自动检查与它相连的设备。
SRP是在OTG补充中定义的。USB收发器14打开开关117以连接D+和上拉电阻器118，然后关闭开关117以断开D+和上拉电阻器118，接着，它打开开关115以连接Vbus和上拉电阻器116，然后关闭开关115以断开Vbus和上拉电阻器116。D+和接着的Vbus的交错脉冲序列的持续时间小于100ms，并且周期性地重复。该周期的数量级为1秒。然而，它是可以改变的。
当附加的主机接口122通过打开Vbus，亦即，通过给114加电来响应SRP时，USB收发器114经由第一个针式触点140监视Vbus的状态。
通过使用OTG补充所指定的主机协商协议(HNP)，可以切换第一设备和第二设备的操作模式。这允许第一双模式设备充当主机，而第二双模式设备104充当外设。然后可以进行枚举。这是USB规范中描述的过程，按照该规范给外围设备104分配地址，并且外围设备104从它向主设备102发送数据，主设备102确定第二设备104的能力，并支持第一设备102和第二设备104之间的通信。
除A/B接口112之外，第一双模式设备102还可以包括控制器130、小键盘132和显示器134。连接控制器130以向显示器134和A/B接口112提供输出，并接收来自小键盘132和A/B接口112的USB收发器114的输入。
当在第一个针式触点140(Vbus)上检测到恒定电压时，USB收发器114向控制器130提供检测信号。在枚举之后，USB收发器114还向控制器130提供所连接的第二设备104的能力的指示。
因此，控制器130可以控制显示器134指示设备何时连接到A/B接口112或何时与该接口断开。如果设备是新连接的，则控制器130可以自动启动有关应用程序，或者在显示器134上显示该设备的标识。
可以由控制器130的软件控制开关115和117的打开和关闭。该软件将控制Vbus和D+的周期脉冲发送，并控制监视Vbus的响应。另一个解决方案是提供用于控制开关115和117的周期打开和关闭的附加硬件(未示出)。该硬件将由控制器130启动。然后该硬件以控制器130指定的速率周期性地脉冲发送D+然后是Vbus。在启动该硬件之后，USB收发器可以进入睡眠模式，而该硬件管理连接(断开)的自动检测。该硬件监视Vbus对SRP的响应，并且在检测到响应时向控制器130发送中断，以便将其从睡眠模式中唤醒。这允许USB控制器13O在睡眠状态中停留的时间更长，进而节省电力。
当USB收发器检测到插头已经与A/B接口112相连且没有出现数据通信会话时，可以启动周期SRP(脉冲发送D+然后是Vbus)。
可以对发起SRP的周期进行编程。比较长的周期节省电力，但是会导致在用户把插头插入A/B接口112与观察到来自第一设备102的反应之间不希望的延迟。在连接或断开设备时，短周期使第一设备102显得是易反应的，但使用更多电力。1到2秒之间的值是一个不错的折衷。
总之，通过周期性地请求会话，亦即，通过周期性地脉冲发送D+和Vbus，USB收发器114周期性地检查连接。
包括PC或膝上型电脑在内的任何有A设备都能响应SRP。包括标准USB外设在内的任何B设备都能发起SRP。要求双模式设备能够发起并响应SRP。
尽管图1和图2的实施方式是分别描述的，但是应该理解，可以想象一个单个双模式设备将拥有这样的A/B接口，该接口提供参照图1描述的A/B接口的功能性和参照图2描述的A/B接口的功能性。当作为A设备(默认主机)连接该双模式设备时，使用图1的功能，当作为B设备(默认外设)连接该双模式设备时，使用图2的功能。
尽管参照各种例子在前面的段落中已描述了本发明的实施方式，但是应该理解，可以对给定的例子进行修改而并不背离本发明的精神和范围。例如，尽管诸如图1的可控开关16和图2的电阻器116、118和开关117、115的本发明的实施方式所具有的附加电子电路是以与USB收发器分离的方式说明的，但是在其它实施方式中，可以把它们集成到USB收发器内。
权利要求
1.一种能够作为外设的默认主机或作为主机的默认外设而连接的，用于在会话期间在主机和外设之间的串行数据通信的接口，该接口包括用于当作为默认主机连接时，通过周期性地发起会话而周期性地检查连接的自动装置；以及用于当作为默认外设连接时，通过周期性地请求会话而周期性地检查连接的自动装置。
2.如权利要求1所述的接口，其中会话标识所连接的设备的存在。
3.如权利要求1或2所述的接口，包括电源信号触点；以及至少一个数据信号触点；其中当作为默认主机连接时，用于周期性地检查连接的装置能够周期性地把电压施加到该电源信号触点，并且经由该数据信号触点接收响应。
4.如权利要求1、2或3所述的接口，包括电源信号触点；以及至少一个数据信号触点；其中当作为默认外设连接时，用于周期性地检查连接的装置能够经由该电源信号触点和该数据信号触点周期性地请求会话，并且经由该电源信号触点接收响应。
5.如前述权利要求中任一权利要求所述的接口，其中会话标识所连接的设备的能力。
6.一种能够作为默认主机或者作为默认外设连接的，用于主机和外设之间的串行数据通信的接口，包括电源信号触点；至少一个数据信号触点；发射装置用于经由该电源信号触点重复发送轮询信号；以及接收装置，其中如果作为默认外设连接该设备，该接收装置用于经由该电源信号触点接收应答信号，而如果作为默认主机连接该设备，该接收装置用于经由该数据信号触点接收应答信号。
7.如权利要求6所述的接口，其中以电压脉冲串的方式周期性地发送的该轮询信号。
8.如权利要求7所述的接口，其中该串的每个脉冲的持续时间大于200ms。
9.如权利要求7或8所述的接口，该轮询信号具有1Hz的数量级的周期，以至该串的每个脉冲与其相邻脉冲由1秒的数量级的相同间隔隔开。
10.如权利要求6到9中任一权利要求所述的接口，其中如果作为默认主机连接该设备，该发射装置仅能够经由该电源信号触点重复发送轮询信号。
11.如权利要求6到10中任一权利要求所述的接口，其中如果作为默认外设连接该设备，该发射装置能够经由该电源信号触点重复发送第一轮询信号，并且经由该数据信号触点重复发送第二轮询信号。
12.如权利要求6到11中任一权利要求所述的接口，进一步包括用于标识该接口是与外设相连还是与主机相连的标识符触点。
13.如权利要求6到12中任一权利要求所述的接口，其中该应答报文标识所连接的设备的存在。
14.如权利要求6到13中任一权利要求所述的接口，其中启动标识所连接的设备的能力的会话。
15.一种用于在会话期间在主机和连接的外设之间的串行数据通信的主机接口用于向连接的外设供电的电源信号触点；用于在该主机和连接的外设之间串行地传送数据的至少一个数据信号触点；以及用于周期性地检查与该外设的连接的装置，包括用于经由该电源信号触点重复发送轮询信号的发射装置；以及用于经由该数据信号触点接收应答信号的接收装置。
16.如权利要求15所述的主机接口，被安排用来其自己主动地或响应于所连接的外设的周期请求，周期性地发起会话。
17.一种用于在会话期间在连接的主机和外设之间的串行数据通信的外设接口用于接收来自连接的主机的电源的电源信号触点；用于在连接的主机和外设之间串行地传送数据的至少一个数据信号触点；以及用于周期性地检查与该主机的连接的装置，包括用于经由该电源信号触点重复发送第一轮询信号和用于经由该数据信号触点重复发送第二轮询信号的发射装置；以及用于经由该电源信号触点接收应答信号的接收装置。
18.如权利要求17所述的外设接口，被安排用来周期性地请求会话。
19.如权利要求18所述的接口，其中每个请求的持续时间小于100ms。
20.一种用于检查作为主机连接的设备和作为外设连接的设备之间的串行数据连接的方法，包括在作为主机连接的该设备上周期性地发起会话。
21.一种用于检查作为主机连接的设备和作为外设连接的设备之间的串行数据连接的方法，包括在作为外设连接的设备上周期性地请求发起会话。
22.一种用于检查双模式设备和另一个设备之间的串行数据连接的方法，包括当作为默认主机连接该双模式设备时，在作为主机连接的设备上周期性地发起会话；以及当作为默认外设连接该双模式设备时，在作为外设连接的设备上周期性地请求发起会话。
23.一种能够作为外设的默认主机或作为主机的默认外设而连接的，用于在会话期间在主机和外设之间的串行数据通信的接口，包括收发器，当作为默认主机连接时，该收发器通过周期性地发起会话而周期性地检查连接，而当作为默认外设连接时，通过周期性地请求会话而周期性地检查连接。
24.一种能够作为默认主机或者作为默认外设连接的，用于主机和外设之间的串行数据通信的接口，包括电源信号触点；至少一个数据信号触点；以及电子电路，如果作为默认外设连接该设备，该电子电路用于经由该电源信号触点重复发送轮询信号并经由该电源信号触点接收应答信号，如果作为默认主机连接该设备，该电子电路用于经由该数据信号触点重复发送轮询信号并经由该数据信号触点接收应答信号。
25.一种用于在会话期间在主机和连接的外设之间的串行数据通信的主机接口用于向连接的外设供电的电源信号触点；用于在该主机和该连接的外设之间串行地传送数据的至少一个数据信号触点；以及用于周期性地检查与该外设的连接的电子电路，其中该电子电路被安排用来经由该电源信号触点重复发送轮询信号，并被安排用来经由该数据信号触点接收应答信号。
26.一种用于在会话期间在连接的主机和外设之间的串行数据通信的外设接口用于接收来自连接的主机的电源的电源信号触点；用于在该连接的主机和该外设之间串行地传送数据的至少一个数据信号触点；以及用于周期性地检查与该主机的连接的电子电路，其中该电子电路被安排用来经由该电源信号触点重复发送第一轮询信号和经由该数据信号触点重复发送第二轮询信号，并被安排用来经由该电源信号触点接收应答信号。
全文摘要
一种能够作为外设的默认主机或作为主机的默认外设而连接的，用于在会话期间在主机和外设之间的串行数据通信的接口，该接口包括用于当作为默认主机连接时，通过周期性地发起会话而周期性地检查连接的自动装置；以及当作为默认外设连接时，通过周期性地请求会话而周期性地检查连接的自动装置。
文档编号G06F13/14GK1894681SQ200480037463
公开日2007年1月10日 申请日期2004年11月17日 优先权日2003年11月22日
发明者克利福德·伊德 申请人:诺基亚公司