[发明专利]具有多个上游端口的USB集线器及使用该集线器的电脑系统

说明书

本发明涉及一种USB集线器，特别涉及一种具有多个上游端口并可在不同主机间切换的USB集线器及使用该USB集线器的电脑系统。

自从IBM公司发展出PC XT及PC AT的个人电脑的后，和IBM PC兼容的个人电脑即被全世界普遍使用。在这期间，因为半导体技术的进步，使个人电脑的功能越来越强，同时可用的设备也越来越多，例如：图形化的作业系统的普及，鼠标已是必备的设备，为了将数据印出，打印机几乎也是必备的，互联网的发达，在家中的使用者都需使用调制解调器来连接网路，而为了避免电脑死机使工作成果付诸流水，需要准备大容量的备份装置定时备份数据。如果想将图形存入电脑，扫描仪亦是普遍被使用的设备。

以上所提及的设备在个人电脑发展出来的后，陆续发展出来，直到目前，已是非常普遍，甚至是必备的设备。但是因为每一种设备发展的目的不同，所处的环境亦不同，所以在设计时，按照不同的考虑而使用不同的界面。到了现在，一部个人电脑若要使用前面所提的各项设备，电脑后面的连线将是非常可观的，因为几乎每种设备都使用不同的界面，有些界面目前已是个人电脑的标准配置，如连接鼠标的RS232串行接口，或是连接打印机的并行接口。但是有些界面则需另外安装界面卡，例如连接大容量备份装置大都使用SCSI(小计算机系统界面)界面，SCSI界面即需另外安装界面卡。有些设备更是使用专有的界面，如有些扫描仪即是使用特殊的专有界面，必需安装专属的界面卡才可使用。因此在个人电脑中，必需提供许多插槽以供安装各种界面卡，在完成整个系统的连线的后，电脑后面的连线亦是十分可观，并且凌乱无比。

由于上述的情况，发展出通用串行总线(以下简称USB)界面的规格，其为一新兴起的传输协定，USB意图将外设至主机系统的传输方式统一化，使得未来外设与主机的连接方式都通过USB，以方便使用者连接各外设与主机系统。

USB希望各种设备都可使用统一的界面来连接，可简化系统的安装，并且电脑内部亦不需要预留太多的空间来安装各种特殊的界面卡，另外USB界面亦有随插即用的功能，即个人电脑可以自动检测所连接的设备，并安装相关的驱动程序供使用者使用。此外，USB界面的规格，具有线上即插即用的功能，可以在电脑运作当中，将设备连接上去，电脑主机皆可以自动检测并安装相关的程序，无需经过关机再重新开机的步骤，随即可让使用者使用新连上的外部设备。同样地，在外部设备移除时，电脑主机亦可自动检测并将相关的程序删除，以免使用者执行相关程序而产生错误。

一般来说，一个USB系统只能有一个主控器，其他所有外部装置都是附属装置，通常个人电脑(PC)中的USB主机控制器是唯一的主控器，并控制所有数据的传输。主机控制器使用表征及指令，USB定义为“请求”来控制主控器(PC)与附属装置的间数据的接收与传送。

USB集线器界于USB主机控制器与外部装置(USB装置)的间的星形拓扑(star topology)中，用于扩展外部的关键组件，所有的USB装置或节点，例如键盘、鼠标、打印机…等都必须接在集线器的下游端口或是被集合在集线器中。通常集线器有一上游端口(upstream port)，并接至上一层集线器或主机控制器的根节点集线器(root Hub)，另有一个以上(含一个)的下游端口用于扩充USB的装置节点。

集线器提供两个主要的功能，一是中继器(Repeater)：用于将主机下传的数据广播至所有功能端口上的USB装置，然后将USB装置上传的数据重复于上游端口送至主机；另一是连接与断开的检测：集线器必须对USB装置的热拔插做检测，并报告给主机以达到主机热即插即用的功能。

参照图1和图2，其分别显示一种已知电脑系统的连接示意图。

如图1和图2所示，所有的USB装置14a～14n分别连接在对应的集线器12a～12f的下游端口16a～16n或是被集合在集线器(如图2的组合元件20)中。集线器12a～12f分别拥有一上游端口18a～18f，并分别连接至上一层集线器或USB主机控制器10或电脑主机的根节点集线器11。

由图1和图2可知，由于个人电脑中的USB主机控制器控制所有USB装置与个人电脑的间数据的传输，所以对任一USB装置而言，其只能被唯一的个人电脑使用，当有另一个人电脑欲通过USB总线使用此USB装置时，必须重新将此USB装置插入另一个人电脑的根节点集线器或外部集线器的下游端口，由此个人电脑取得USB装置的控制权方能使用。