[發明專利]將多功能設備以USB組合設備呈現給主機的方法、裝置及應用

有效

• 申請號: 201210214408.X
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN103514119B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 周松
• 申請（專利權）人: 周松
• 主分類號: G06F13/10
• 分類號: G06F13/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本發明涉及一種USB設備處理器，特別涉及一種將多功能設備以USB組合設備呈現給主機的方法、USB設備處理器以及包含該USB設備處理器的智能設備。

背景技術

現有的多功能設備，例如手機或多功能打印機，在通過USB接口連接到計算機時都可以提供多種功能。例如手機可以是調制解調器（modem）、U盤以及攝像頭等。多功能打印機可以是打印機、掃描儀以及傳真機等。目前，這些多功能設備都是以合成設備（composite?device）的形式呈現給主機的。也就是說這些功能是合成在一個USB設備里的，在主機端必須有一個合成設備驅動程序將各功能分離出來后才能進一步使用各功能設備的驅動程序。目前，大多數功能設備的驅動程序已有標準通用版，不必為各具體設備另寫。但由于多功能設備的差異性很大，以及USB規范在合成設備定義方面的缺陷，還沒有能夠實現通用水平的合成設備驅動程序。這使得多功能設備都必須自帶合成設備驅動程序，從而使得多功能設備無法做到無軟件安裝即插即用。這給多功能設備的使用帶來了麻煩。另外，一個合成設備里所含有的功能模塊不能獨立地增加或減少，功能模塊的配置必須在USB設備接入主機時確定。只有在重新將USB設備接入主機時才能改變，而不能在保持某一功能模塊與主機聯接的情況下改變其它功能模塊的配置。這使得USB不能用于復雜的應用，例如在智能手機里，操作系統可以運行在一個純CPU或CPU+顯示的環境里，而所有其它外部設備如鍵盤、大容量存儲、modem、攝像頭等都可以通過USB來接入，但以合成設備的形式來將它們整合起來再接入操作系統就不能被接受，原因就是合成設備缺乏管理上的靈活性。

USB標準定義了另一種將多功能設備接入主機的結構：組合設備（compound?device）．它是用集線器（HUB）連接起來的多個USB設備（相當于一棵USB子樹）．每個功能以一個獨立USB設備（也被稱作功能設備）的形式接入主機。由于組合設備的每一功能是一個獨立的USB設備，可以直接使用主機的功能設備驅動程序，因而組合設備沒有合成設備驅動程序的問題，可以做到無軟件安裝即插即用，在對各功能設備的管理上也有相當的靈活性，可以用來整合多個外部設備并將它們接入操作系統。但如將每個功能做成獨立的USB設備顯然有成本上的問題。

對于通訊中的基本問題：如何在一條物理線路上傳輸多路邏輯上獨立的數據流，USB的方案是：定義一個單向數據傳輸的基本單元“端口”（endpoint），端口包含一個數據緩沖區，由主機以輪詢的方式，以會話（transaction）為單位將數據由設備的端口數據緩沖區讀入主機（即輸入），或將數據由主機寫入設備的端口數據緩沖區（即輸出，USB的數據傳輸方向總是以主機為參考點而定義的）。USB的會話是由硬件實現的，程序只要將數據放入端口的數據緩沖區或直接從端口的數據緩沖區讀取數據就可以了。因此，由包（packet）處理直至會話處理的會話控制器就構成了USB硬件的主要部分。端口在USB系統中由一個三元組＜USB設備地址，端口號（endpoint?number），端口數據方向＞唯一尋址，每個設備由主機設定一個唯一的設備地址并可有至多16個端口號即32個端口，這樣，各個設備的各個端口的獨立數據流就復用了同一條物理USB線。

會話總是由主機發起的，通常包含2至3個包。一個典型的輸入會話是這樣的：主機發出會話啟動包（IN，設備地址，端口號），設備如無數據發往主機，則回一包（NAK），會話結束；設備如有數據發往主機，則回以數據包（DATA，數據），主機收到數據后回以一確認包（ACK），表示數據已收到，可從設備的端口數據緩沖區中除去。會話是USB數據交換的最小單位，一定是一個會話接一個會話順序地進行的，屬于不同會話的包是不會交叉在一起的（USB3?SuperSpeed除外）。因此，一個USB設備雖然可有多個端口，卻只需要一個會話控制器．

USB會話的這一順序特征隱含的另一性質是：如果需要，一個會話控制器可以為所有USB系統中的設備處理會話。有些發明正是基于這一點試圖通過復用會話控制器來使一個USB設備擁有多于一個設備的功能。但是到目前為止，這些方案都只滿足于使用一個會話控制器來實現多于一個USB設備的功能，而對已有的USB設備處理器技術卻未加利用，因此，從所提的技術方案來看，其實施難度相當于重新設計一個USB設備處理器，成本較高。這些難以實施的技術方案反過來又使人們忽略了將多功能設備以USB組合設備呈現給主機這一技術方案，使之至今沒有得到很好的應用。