[发明专利]模拟通用串行总线设备连接和分离的方法

说明书

通常地，本发明涉及通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)，更具体地，涉及模拟USB设备连接和分离的方法。

1998年9月23日的《通用串行总线规定，修订版1.1》是各公司协议的产物。该规定定义了工业标准的通用串行总线，并描述了总线属性、协议定义、交换类型、总线管理和可编程接口，这些是设计并建立系统和外围设备所需的，其中系统和外围设备服从这个标准。

USB是电缆总线，它支持主计算机与同步可访问外围设备之间的数据交换，同步可访问外围设备的范围广泛。连接的外围设备通过主机安排的基于令牌的协议共享USB带宽。当主机与其它周边设备操作时，总线允许周边设备被连接、构造、使用和分离。

在任何USB系统中，只有一个主机。USB到主机计算机系统的接口称为主控制器(Host Controller)。主控制器可以采用硬件、固件(firmware)或软件的组合来实现。

USB设备是下述之一：(a)集线器(Hub)，用于提供附加连接点到USB；或(b)功能设备(Function)，用于对系统提供诸如综合服务数字网络(Integrated Service Digital Network,“ISDN”)连接、数字游戏杆或扬声器之类的性能。

如图1所示，USB在四芯电缆上传输信号和功率。信号发生在每个点对点段的两条线上。现在有两种数据速率。USB全速信号位速率为12Mb/s。还有有限性能的低速信号模式上定义为1.5Mb/s。已经建议了更高的数据速率。

在每段上，电缆还携带V_BUS和地线，用来将功率传输到设备。在电源中V_BUS通常为+5V。USB通过选择适当的导线规格而匹配特定的IR降低和其它属性，如设备功率预算和电缆的灵活性，而允许长达几米的可变长度的电缆段。为了提供有保证的输入电压电平和适当的终端阻抗，在电缆的每端使用了非对称的终端。终端还在每个端口允许进行连接和分离的检测，并区分全速和低速设备。

USB在任何时间支持USB设备连接到USB上，并支持USB设备从USB上分离。所有的USB设备都通过特殊的USB设备上的端口连接到USB上，这种特殊的USB设备被称为集线器。集线器具有状态指示器，指示其端口之一上的USB设备的连接或分离。主机查询集线器来检索这些指示器。在连接的情况下，主机通过缺省地址的设备控制管道使端口打开，并确定USB设备的地址。主机对设备指定唯一的USB地址，然后再确定新连接的USB设备是集线器还是功能设备。主机通过使用分配的USB地址和终点号零，为USB设备建立控制管道的一端。如果连接的USB设备是集线器，并且USB设备连接到它的端口上，那么上述过程对连接的每个USB设备重复。如果连接的USB设备是功能设备，那么由负责此功能的主机软件处理连接通知。

当USB设备从集线器的端口之一分离时，集线器使端口关闭，并对主机提供设备分离的指示。然后由适当的USB系统软件处理分离指示。如果分离的USB设备是集线器，USB系统软件必须处理集线器和所有USB设备的分离，其中USB设备预先通过集线器连接到系统上的。

总线计数是对连接到总线上的设备，识别并指定唯一地址的行为。因为USB允许USB设备在任何时间连接到USB上，或从USB上分离，所以总线计数是USB系统软件持续进行的行为。这样USB的总线计数还包括分离的检测和处理。

图2说明了典型的集线器。集线器是布线集中器，并且允许USB的多种连接特点。连接点被称为端口。每个集线器将单连接点转换成多连接点。这个结构支持有限数量的集线器连接在一起。

集线器的上游端口使集线器连接到主机上。集线器的每个下游端口允许连接到另一个集线器或功能设备上。集线器可以检测每个下游端口的连接和分离，并能将功率分配到下游设备中。每个下游端口可以被独立地打开，并连接到全速或低速设备上。

图3说明了在典型的计算机环境中，集线器如何提供连接。功能设备是能够在总线上传送或接收数据或控制信息的USB设备。功能设备典型地作为分离的外围设备，它具有的电缆插入集线器的端口中。但是，实际的组合上可以具有多个功能设备和带单一的USB电缆的内置集线器。这被称为复合设备。复合设备被主机认为是具有一个或多个固定USB设备的集线器。