[发明专利]简化通用串行总线(USB)集线器体系结构

说明书

技术领域

本发明涉及简化的通用串行总线(USB)集线器体系结构。

背景技术

USB是用于将诸如个人计算机之类的主机设备连接到诸如打印机、调制解调器、数字照相机等等之类的一个或多个外围设备的高速串行接口。在现代计算机系统的整个开发过程中，外围设备曾有过任意数目的不同的接口连接器类型，这些类型通常是特定于设备制造商的规范的。USB体系结构被设计为一种通用接口，其能够与由不同制造商制造的各种各样的不同设备结合使用。

USB集线器复制并控制主机与一个或多个外围设备之间的数据分组流。USB集线器管理数据分组传输的开始和结束，并且管理与USB数据流量相关联的时基重建(re-clocking)和某些差错状况。

在USB体系结构中，主机一次只能与一个下游设备通信。USB集线器允许主机通过向所有活动的下游端口/设备广播数据分组或命令来与多个下游设备通信。数据分组的地址部分指定预期接收命令、提供服务或发送回复的设备。与USB分组相关联的下游设备将回复数据分组发回上游的主机。上游数据分组只被主机接收，而不被广播到其他下游端口。

在针对其中主机期待来自下游设备的响应的事务广播下游分组之后，主机不再发送任何另外的数据，直到从目标下游设备接收到返回的回复，或者直到所定义的响应时段已经过去却没有接收到回复。最大可允许响应时段通常被定义为电子信号从主机到最远的下游设备往返传播所需的最大时间量。

如果响应时段已经过去，则主机或者可以重新发送数据分组，或者可以假定下游设备没有正常工作，并且停止向该下游设备进行传送。在任一种状况下，在正确工作的USB系统中，在任何给定时刻，只有一个从主机发送的活动下游数据分组或者一个从下游设备之一发送的上游数据分组正在被传送。

从而，在正确工作的USB系统中，在任何给定时刻，只应当有一个下游设备在传送上游数据流量。但是，在故障期间，两个下游设备可能发送重叠的上游数据分组。例如，第二上游数据分组的传送可能在第一上游数据分组完成传送之前开始。这在正确工作的USB系统中是不应当发生的；但是，发生故障的下游设备可能发送虚假数据，或者错误连线的USB系统可能导致下游设备响应时间的延迟。行业标准“通用串行总线规范修订版2.0(USB 2.0)”要求USB集线器检测这些差错状况。

USB 2.0规范允许USB集线器在冲突被检测到时以两种不同的方式工作。USB集线器可以“篡改”上游消息以便主机得知发生了问题。USB集线器也可以阻止重叠的分组，以便只有首先接收到的上游数据分组才被传递到主机。

USB 2.0规范推荐设计在冲突状况期间篡改上游消息的USB系统。这向主机提供了通知，并且使得主机可以确定需要采取的任何适当的补救动作。该技术之所以有利是因为阻止技术可能误导主机，使其接受来自故障设备(例如由于设备故障或总线故障)的虚假回复。阻止技术还可能导致主机在第一数据分组结尾、第二数据分组中途重新建立连接。阻止技术还允许在不通知主机的情况下丢失或丢弃数据分组。

现有的USB集线器转发器为每个端口使用弹性缓冲器(elasticitybuffer)。弹性缓冲器包括高速数据分组开始(SOHP)逻辑，该逻辑识别何时正在传送有效数据分组。当与两个不同端口相关联的两个弹性缓冲器各自识别出SOHP事件正在发生时(例如同时在两个不同端口上接收到上游分组)，集线器通过向主机发送篡改后的消息来作出响应。弹性缓冲器还处理不同时钟域之间的数据等待时间和频率变化，并且还包括识别接收到的分组的开始和结束的SOHP逻辑。

如上所述，在任何给定时刻，有效数据应当只到达一个端口(活动端口)。因此，在任何给定时刻应当只有一个弹性缓冲器为活动的。SOHP逻辑是弹性缓冲器中在非活动端口中使用的唯一部分。用于未被充分利用的弹性缓冲器的额外电路增大了USB集线器的复杂度和成本。

发明内容

一种通用串行总线(USB)设备使用同一个弹性缓冲器来为多个不同的端口缓冲分组，并且只有必要的分组检测电路与各个端口相关联。这种简化的通用弹性缓冲器体系结构降低了USB设备的复杂度和成本。

从以下参考附图对本发明优选实施例的详细描述中，将更清楚看到本发明的上述和其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是传统的USB集线器的示图。

图2是使用通用弹性缓冲器的USB集线器的示图。

图3是示出图2中的USB集线器如何工作的流程图。