專利名稱：高速usb數據路由的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及路由USB數據流，特別是對高速USB數據流的串行數據路由。
背景技術：
通用串行總線(USB)是由PC及電信行業(yè)領導者開發(fā)的一種外圍總線規(guī)范。1.1版USB規(guī)范支持2個不同的數據傳輸速率低速設備使用的每秒1.5兆比特(Mbits)以及全速設備的12兆比特/秒。最近，2.0版USB規(guī)范已經被制訂并使用。USB規(guī)范2.0將數據傳輸速率從USB1.1的12Mbps(也稱為12MHz)擴大到USB2.0上高速設備的480Mbps(也稱為480MHz)。
在該規(guī)范下，USB允許PC機箱外的電腦外圍設備的即插即用能力。這種能力免去了在特定電腦插槽中安裝接口卡并且在每次外圍設備安裝到或從PC上卸下時重新配置系統的需求。更典型的，一個USB系統可以通過一個提供了USB端口復制的USB集線器而被擴展。一個USB集線器可以被連接到另一個USB集線器并提供更多USB接口。通過一個USB接口，一個數據處理系統可以連接多達127個設備。
如圖1中的示例所示，一個主機12，也就是一個電腦系統，包括端口1、2，提供了指向設備14和一個USB集線器16的USB連接。在USB標準協議下，設備14大體上被分為三個類型。第一個類型是人性化接口裝置，也就是鍵盤、鼠標或者一個中斷設備。第二個類型是海量設備，即掃描儀，其對每一個傳輸的數據位的準確性都有著嚴格的要求，第三類是同步設備，也就是音頻設備，其對每一個傳輸的數據位的準確性沒有嚴格的要求。如圖所示，集線器16是提供了從主機12到設備14的額外連接點的設備。
因此，集線器16是電腦系統12的即插即用結構中的關鍵組件，也是啟用USB的多連接特性的一個連接器。集線器16的上游接口將集線器16連向主機12。集線器16的每個下游接口都允許連接到另一個集線器或設備14。集線器16在每一個下游接口檢測USB設備14的連接和卸載，并啟用對這些下游USB設備14的供電分配。
在USB2.0的480MHz高速運行的情況下，在集線器16內路由數據時復雜性會增加。當嘗試在路由過程中降低頻率時，為了路由而需在源端口將頻率轉換到一個較低的頻率，之后再在目標端口回到較高的頻率，由于在這個過程中的同步、定時以及時鐘問題，這種嘗試有著它們本身的復雜性。因此，存在著對支持有效果且有效率的高速運行的USB連接的路由配置的需求。本發(fā)明就是為了解決這種需求。

發(fā)明內容
高速USB數據路由的方案被提出。該方案包括從USB輸入/輸出端口串行地路由數據流，以及串行地路由數據流到USB輸入/輸出端口，并且在路由中維持數據流的頻率。除此之外，根端口路由器被提供給根端口，而數據端口路由器被提供給每個輸入/輸出端口，其中在路由中數據流被每個數據端口路由器延遲一個位(one bit)。
通過本發(fā)明，實現了一個有效且直接的高速USB數據傳輸路由解決方案。本發(fā)明利用一個串行數據路由配置，與依賴于在路由中將數據轉換至較低速度的并行路由解決方案相比更加簡單。本發(fā)明的這些和其他優(yōu)勢將和下面的詳細描述以及附圖一起被更全面的理解。


圖1例示了一個典型的有著USB連接的電腦系統的示意框圖。
圖2根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，例示了一個USB集線器的路由器部分。
圖3更詳細的例示了圖2中的路由器。
圖4例示了信號在圖2中的路由器內的傳輸。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及到高速USB數據的數據路由。下文的描述被展示以使本領域技術人員制造并利用此發(fā)明，并在專利申請及其要求的內容中被提供。
對這里描述的優(yōu)選實施例和一般原理及特征的多種修改對那些本領域技術人員是很顯然的。從而，本發(fā)明將不被限制于所示的實施例，而是符合這里描述的與原理和特征相一致的最廣的范圍。
本發(fā)明提供利用一個串行路由配置在USB連接之間進行的數據路由。圖2例示了一個全面的結構框圖，所示的是實現本發(fā)明的串行路由配置的一個USB集線器的路由器部分。應該充分地意識到，盡管本發(fā)明方面的描述與在USB集線器內實現的參考一起被呈現，這意味著對于本發(fā)明的示例性的而不是限制性的一個環(huán)境。
參考圖2，一個USB集線器的路由器部分作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例被展示，而且其包括一個根端口20(端口0)以及4個I/O(輸入/輸出)端口22(端口1，端口2，端口3，端口4)，其中的每一個都包括數據緩存。雖然只有4個I/O端口被畫出，但是本發(fā)明可以按需要設置不同數量的I/O端口，然而，本發(fā)明的串行路由配置在I/O端口間引入了一個時鐘的延遲，所以，在發(fā)明的時候，基于USB規(guī)范，I/O端口的總數被限制為不超過7個。
再次參考圖2，和根端口20連在一起的是根端口路由器24。連接到每個I/O端口22的是數據端口路由器26。其它數據端口路由器26被相互串連地連接到端口1的數據端口路由器26，而端口1的數據端口路由器26又和根端口路由器24串聯在一起。根端口路由器24進一步連接到一個高速串行接口引擎28(HS SIE)，該引擎執(zhí)行預處理任務，包括電路的枚舉(enumeration)和重置以及啟動每個I/O端口22，正如被本領域技術人員所知道的那樣。連接到每個數據端口路由器26的是數據端口控制模塊30，其提供I/O端口啟動所需的信號，如參考圖3更詳細的所示的那樣。
圖3例示了圖2所示的路由器部分的一個更詳細的圖示。每個數據端口路由器26包含著相同的元件。因此在每個數據端口路由器26內的是延遲元件32a，32b，32c，32d(例如，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，flip/flops)以及選擇元件34(例如，多路轉接器，multiplexer)。兩個二位(tow-bit)電線從它們相應的路由器26接入到每個I/O端口22，而一個二位電線從每個I/O端口22引出至它們相應的路由器26。所有連接到或從根路由器24出發(fā)的連接以及至少一個數據端口路由器26以480MHz的頻率承載信號。進一步的，每個二位電線承載一個啟動信號和一個數據信號，這樣數據流的每個位都有著一個啟動位(enable bit)。HS1代表著到I/O端口22的高速輸入的數據流。HS2代表著從數據控制模塊30到I/O端口22的高速輸入的自動-協商數據(auto-negotiation)(也就是“CHIRP”數據)。
在路由過程中，從根端口路由器24下行通過數據端口路由器26，數據在被串行地每次發(fā)送一位。每個數據端口路由器26內的延遲元件32a在數據流從路由器下行傳輸到路由器時提供一個一位的延遲。每個數據端口控制模塊30提供一個端口連接啟用(PORT ENABLE forCONNECTIVITY)信號到每個路由器26相應的I/O端口22以便啟動或禁用端口22以接收數據流。無論端口22是啟用或禁用，數據流仍然通過每個路由器26被傳送。在上行方向，從I/O端口22中的一個發(fā)出的數據被通過每個數據路由器26的選擇元件34和延遲元件32b路由到根端口路由器24。根端口路由器選擇元件36控制著是上行數據或是一個新的高速數據流被傳給根端口20以避免數據沖突。偏置38和終端40表示著符合USB規(guī)范的必需的電路元件，其細節(jié)在本領域被很好的理解。延遲元件42a、42b、42c以及42d也被包括在根端口路由器24內。
圖4依照本發(fā)明的串行數據路由例示了端口1的根端口路由器24和I/O端口路由器26之間的更詳細的信號線路。信號線路上的名字意思是說明在信號線上傳送的信息，“up”是端口[i]到端口[i-1]，“dn”是端口[i]到端口[i+1]，“tx”是模塊的輸出，“SOF”是幀(frame)的起點，RouterEN是路由器啟用，而“Disc”是斷開。Disc信號檢查USB幀內在一個特定時間下游設備的斷開。在USB2.0規(guī)范里，在HS模式運行中1毫秒周期內有8個微幀。信號Eof2Time指的是在微幀內的一個特殊時間標記，其是一個定義的USB幀時間印記以檢查下游設備的恰當運行。如這個附圖所示，根據本發(fā)明的數據路由以一個直接的且相對不復雜的方式使用了最少數量的信號線路。
因而，本發(fā)明實現了高速USB數據傳輸的一個有效的路由解決方案，從而避免了依賴于路由時將數據轉換到較低速度的典型并行路由解決方案的布局、定時、時鐘偏差，以及物理安裝限制的復雜性。進一步的，串行路由配置提供了在路由器之間的連貫性，為調整正在使用中的I/O端口數量提供了更大的適應性。
盡管本發(fā)明依照所示的實施例被闡述，一個本領域技術人員會容易的認識到可能會有針對實施例的變更，而這些變更將會落在本發(fā)明的主旨和范圍之內。因而，本領域技術人員可以做出很多修改而不會背離附帶的權利要求的主旨和范圍。
權利要求
1.一種高速USB數據路由的方法，該方法包括串行地路由數據流到USB I/O端口，以及從USB I/O端口串行地路由數據流；以及在路由過程中保持數據流的頻率。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括為根端口提供根端口路由器，以及為每個I/O端口提供數據端口路由器，其中每個數據端口路由器在路由中延遲數據流一位。
3.如權利要求1所述的方法，其中路由數據流進一步包括在一個二位線路上的路由，該二位線路承載數據流的每一位的一個數據位和一個對應的啟動位。
4.如權利要求1所述的方法，其中路由進一步包括從根端口下行路由到至少一個I/O端口，以及從一個I/O端口上行路由至根端口。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括在一個USB集線器內進行路由。
6.如權利要求2所述的方法進一步包括對至多七個I/O端口的路由。
7.如權利要求1所述的方法，其中在路由過程中保持數據流的頻率進一步包括保持頻率在480MHz。
8.一種高速USB數據路由的系統，該系統包括多個USB I/O端口；以及連接到多個USB I/O端口的多個路由器，用來串行地路由數據流到USB I/O端口以及從USB I/O端口串行地路由數據流，并在路由中保持數據流的頻率。
9.如權利要求8所述的系統，其中多個路由器進一步包括用于根端口的根端口路由器，以及用于每個I/O端口的數據端口路由器，其中每個數據端口路由器在路由中延遲數據流一位。
10.如權利要求8所述的系統，其中所述多個路由器在一個二位線路上進行路由，該二位線路承載著數據流的每一位的一個數據位以及一個對應的啟動位。
11.如權利要求8所述的系統，其中所述多個路由器從根端口下行路由到至少一個I/O端口，以及從一個I/O端口上行路由至根端口。
12.如權利要求8所述的系統，其中所述多個I/O端口和多個路由器進一步包括一個USB集線器內的路由器部分。
13.如權利要求9所述的系統，其中所述多個I/O端口進一步包括至多七個I/O端口。
14.如權利要求8所述的系統，其中所述數據流的頻率進一步包括480MHz。
15.一種高速USB數據路由的方法，該方法包括為USB集線器的根端口提供一個根端口路由器；為USB集線器的每個I/O端口提供數據端口路由器；以及在根端口路由器和每個數據端口路由器之間串行地路由數據流的數據而不改變數據流的頻率。
16.如權利要求15所述的方法，其中路由數據進一步包括從根端口通過根端口路由器并通過每個數據端口路由器下行路由數據到至少一個I/O端口。
17.如權利要求16所述的方法，其中路由數據進一步包括從一個I/O端口通過每個數據端口路由器以及通過根端口路由器上行路由數據到根端口。
18.如權利要求15所述的方法，其中每個數據端口路由器以及根端口路由器在路由過程中延遲數據流一位。
19.如權利要求5所述的方法，其中數據流的頻率進一步包括480MHz。
20.如權利要求15所述的方法，進一步包括提供一個數據控制模塊，以使數據端口路由器和每個I/O端口在路由過程中能控制每個I/O端口的啟用。
全文摘要
高速USB數據路由的方案被呈現，該方案包括串行地路由數據流到USB I/O端口，或從USB I/O端口串行地路由數據流；以及在路由中保持數據流的頻率。除此之外，根端口路由器被提供給根端口，而數據端口路由器被提供給每個I/O端口，其中每個數據端口路由器在路由中延遲數據流一位。
文檔編號G06F13/40GK1914584SQ200580003193
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權日2004年1月27日
發(fā)明者M·西德帕 申請人:愛特梅爾公司