专利名称：以多usb模式操作的多系统游戏控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制游戏的外围设备，尤其涉及利用USB标准和协议的游戏控制器。
背景技术：
游戏控制器便于用户与视频游戏的交互。取决于要使用游戏控制器的所需游戏环境，出现了各种形状、尺寸以及配置的游戏控制器。有用于控制广泛范围游戏的具有一个或多个多功能执行机构的多功能控制器。还有为特定游戏种类，诸如赛车游戏中的方向盘、射击游戏中的武器、以及飞行游戏中的导航杆等等设计的专用控制器。
常常将游戏控制器设计成仅在一对应主机游戏系统中进行操作。某些控制器被设计为仅用于个人计算机，而其它则专用于各种各样的基于控制台系统，诸如微软公司的Xbox视频游戏系统、索尼公司的PlayStation游戏系统以及任天堂美国公司的GameCube系统。对于各专用控制器而言共同的是，具有形状和尺寸适于该控制台上相关联插槽的专门插入器并利用专门协议与控制台通信。结果，通常控制器并不适于在多个不同形式产品中使用。兼容性的缺乏防止玩游戏者将其游戏控制器从一类系统连接到另一类。
当今，更多的游戏控制器被设计为使用标准化的USB(通用串行总线)协议以与主机游戏系统通信。然而，即使在USB协议的范围内，仍然可有防止跨不同基于USB系统使用的操作的不同设置和模式。
因此，需要有可在不同类型游戏系统中利用的经改进游戏控制器。
发明内容
多系统游戏控制器能够以不同USB(通用串行总线)模式操作，从而可在诸如PC和控制台游戏系统的不同类型主机游戏系统中使用。在所述实现中，当连接于第一主机游戏系统时该游戏控制器以带有一组操作参数的第一USB模式操作，而在连接于第二主机游戏系统时以带有另一组操作参数的第二USB模式操作。该游戏控制器被设计为用以切断要连接的是哪个主机游戏系统，并基于该片断来切换到适当的USB模式。
详细说明书参照附图进行描述。在附图中，标记的最左端数字标识该标记首次出现的示图。相同标记在不同示图中的使用表示相似或者同一项。
图1示出了两种不同主机游戏系统-个人计算机和游戏控制台-以及通过以不同USB模式进行操作在两种主机游戏系统中都可使用的控制器。
图2是游戏控制台的框图。
图3是计算机的框图。
图4是控制器的框图。
图5是示出根据控制器所连接的主机游戏系统选择控制器的适当USB模式的过程的流程图。
具体实施例方式
以下说明书描述了一种多系统游戏控制器，它通过以不同USB模式(通用串行总线)进行操作可在诸如PC和基于控制台游戏系统的不同类型游戏系统中利用。该游戏控制器判断游戏系统的类型，然后取决于该判断切换到适当的USB模式。当在一主机游戏系统中操作时控制器切换到第一USB模式，而在另一主机游戏系统中操作时切换到第二USB模式。为了进行讨论，游戏控制器在多功能游戏控制器的环境中描述。然而，游戏控制器可用多种不同方法进行配置，包括专用控制器并具有广泛范围的形状、尺寸和功能。
多系统游戏环境图1示出了在其中显示两种主机游戏系统-游戏控制台102和个人计算机(PC)104-的示例性多系统游戏环境100。外围游戏控制器106(1)和106(2)附于主机游戏系统102和104上以便于玩游戏者与视频游戏的交互。
每个控制器106可通过有线或无线接口与主机游戏系统相耦合。在有线操作中，控制器106通过电缆108与主机游戏系统相连。当相连时，控制器通过电缆108获得来自主机游戏系统的电源。在无线操作中，控制器通过无线链接与主机游戏系统相连并从其自己的电源，诸如电池得到电源。无线链接可使用许多不同技术的任一种来实现，例如红外线、蓝牙或者RF技术。可选地，电缆108可从控制器上分开以提供更大的移动自由度。
在所示配置中，尽管可改变插槽的数量和排列，游戏控制台102在前表面上有4个插槽110以支持至多4个控制器106。对于有线操作，游戏控制器106被分配到物理插槽110用于控制视频游戏的各种特征/特性。对于无线操作，游戏控制器106被配以虚拟插槽。PC104支持一个或多个控制器106，它们可通过电缆108连接到USB端口(如图所示)或者通过无线链接来连接。
主机游戏系统102和104都支持USB协议。然而，即使在USB标准的范围内，操作参数仍然可不同到这样的程度被配置用于在一类系统中操作的控制器不能用于在另一类系统上操作。例如，可将PC104配置为支持全速USB模式(例如将数据速率指定为最高达480Mb/s的USB 2.0)，而游戏控制台102则可被配置为支持低速USB模式(例如将数据速率指定为12Mb/s或更低的USB1.1及其变种)。
如在此所述，同一控制器106被设计用于在不同类型主机游戏系统中使用，包括游戏控制台102和PC104。一控制器106(1)被示为与游戏控制台102或PC104相关联。当与游戏控制台102相关联时，控制器106(1)(用虚线示出)以由游戏控制台102所支持的具有第一组操作参数的第一USB模式(例如低速USB1.1)进行操作。当与PC104相关联时，控制器106(1)(用实线示出)以由PC104所支持的具有第二组操作参数的第二USB模式(例如全速USB2.0或高速USB2.0)进行操作。
通过简单地从一系统(例如游戏控制台102)中来断开控制器并将其重新连接到其它系统(例如PC104)，玩游戏者可将其控制器106(1)从一系统传送到另一系统。从一系统中断开通过物理地拔掉电缆108或中止无线会话来完成。与另一系统重新连接则通过把电缆108物理地附于新游戏端口或USB端口，或者执行发现和绑定过程以建立无线会话来完成。一旦已重新连接，控制器自动判断哪类游戏系统在尝试通信并建立适当的USB模式。
每个控制器106都可用各种各样的用户交互机构进行装备。如图1所示，每个控制器106都装备有2个拇指摇杆112(1)和112(2)、定向或者D-板114、表面按键116、以及两个触发键118。这些机构仅仅是代表性的，可将图1所示的替换为或添加成其它众所周知的游戏机构(例如肩式按键)。
游戏控制台102装备有便携式介质盘120和可选的内部硬盘。便携式介质盘支持如光学存储盘122所示的各种形式的便携式存储介质。适当的便携式存储介质示例包括DVD、CD-ROM、游戏盘、游戏卡等等。
游戏控制台102通过A/V接口电缆与电视或其它显示器(未示出)连接。电源电缆向游戏控制台提供电源。游戏控制台102还可装备有如电缆或调制解调器连接器表示的内部或外部添加网络能力，以便于访问诸如局域网(LAN)或者因特网的网络。可将存储器单元(MU)130插入控制器106以提供附加和便携式存储(如图所示)，或者插入游戏控制台102中。便携式存储器单元使用户能存储游戏参数并进行传输以在其它控制台上玩游戏。
游戏控制台102图2更详细地示出游戏控制台102的功能组件。它具有中央处理单元(CPU)200和便于处理器访问各种类型存储器的存储器控制器202，这些存储器包括闪存ROM(只读存储器)204、RAM(随机存取存储器)206、硬盘驱动器208、以及便携式介质驱动器120。CPU200装备有一级高速缓存210和二级高速缓存212以暂时存储数据并因此减少存储器访问周期数，从而改进处理速度和输入输出总量。
CPU200、存储控制器202和各种存储装置通过一根或多根总线互相连接，包括串行和并形总线、存储器总线、外围总线、以及使用各种总线架构的任一种的处理器或本地总线。作为示例，该架构可包括工业标准架构(ISA)总线、微信道架构(MCA)总线、增强式ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)本地总线、以及外围部件互连(PCI)总线。
作为一适当实现，CPU200、存储控制器202、ROM204、以及RAM206被集成为一公共模块214。在此实现中，ROM204被配置为通过PCI(外围部件互连)总线和ROM总线(以上两种均未示出)与存储控制器202相连的闪存ROM。RAM206被配置为由存储控制器202通过分别的总线(未示出)独立控制的多个DDRSDRAM(双数率同步动态RAM)模块。硬盘208和便携式介质驱动器120通过总线216(例如PCI总线、ATA总线)与存储控制器相连。
3D图像处理单元220和视频编码器222形成了视频处理流水线用于高速和高分辨率的图像处理。数据通过数字视频总线(未示出)从图像处理单元220传送到视频编码器222。音频处理单元224和音频编码解码器226形成了带有高保真和立体声处理的相应音频处理流水线。音频数据在音频处理单元224和音频编码解码器226之间通过通信链接(未示出)传送。视频和音频处理流水线向音频/视频(A/V)端口228输出数据用于向电视或其它显示器传送。在所示实现中，视频和音频处理组件220-228安装在模块214上。
也在模块214上实现的是USB主机控制器230和网络接口232。网络接口232提供对网络(例如LAN、因特网等等)的访问，并可以是各种各样有线或无线接口组件的任一种，包括以太网卡、调制解调器、蓝牙模块、电缆调制解调器等等。USB主机控制器230与CPU 200和存储控制器202通过总线(例如PCI总线)相耦合，并作为外围游戏控制器106(1)-106(4)的主机。
在一实现中，USB主机控制器230除了在较慢时钟频率(即小于12Mb/s)时遵从USB1.1低层电子信号和低层协议。一示例时钟频率约为3Mb/s。降低的数率帮助降低EMI放射。由于该较慢时钟频率，可以说控制台102能以低速USB操作。尽管USB模式可由除数率外的其它操作参数进行定义，低速USB是一可能USB模式的代表。
游戏控制台102具有两个双控制器支持子部件204(1)和204(2)，其中每个子部件支持游戏控制器106(1)-106(4)中的至多两个，以及控制器无线接口242。无线接口242可使用包括IR、蓝牙以及RF技术的许多技术中的任一种。前面板I/O子部件244支持展现在游戏控制台外表面上的控制按键、LED(发光二极管)或其它指示器的功能。子部件240(1)、240(2)和244以及控制器无线接口242通过电缆集与模块214尤其是USB控制器230相耦合。
游戏控制器通过子部件240和/或无线接口242与USB主机控制器230通信。控制台102的USB配置的一特征是可对每个端口永久地分配预定的唯一地址。然后附于该端口的控制器将分配给端口的地址用作其USB地址。这简化了装置列举过程，因为应来自主机控制台的请求，该控制器仅返回包含所有控制器信息的描述符。另一特征是根集线器不向其所有端口广播通信量，而是在控制台尝试与附于该端口的控制器通信时激活该端口。当没有到该装置的通信量时禁止该端口。
USB接口信号如下
当控制器106与控制台102相连时，USB主机控制器230发送请控制器标识它自己的一请求。基于该请求，控制器106可确定控制台102在尝试建立通信。控制器切换成适当的低速USB模式以支持与控制台102的通信。
控制台102还包括系统电源模块250以向游戏系统100的组件和游戏控制器106提供电源。
PC104图3更详细地示出了PC104的功能组件。注意PC104仅是可作为主机游戏系统进行操作的计算系统的一个示例。其它众所周知的计算系统也可提供其中可采用游戏控制器106的游戏环境。这种系统的示例包括服务器计算机、瘦客户机、手持式或膝上型装置、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、小型计算机、大型计算机等等。
PC104包括通用计算机302，该计算机302具有一个或多个处理单元304、系统存储器306、和耦合各种系统组件的系统总线308。系统总线308代表若干类型的总线结构中任意的一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图像端口、和使用各种总线架构的任一种的处理器或本地总线。
通常计算机302包括各种计算机可读介质，包括易失和非易失介质、可移动和不可移动介质。在所示配置中，系统存储器306包括诸如随机存取存储器(RAM)310的易失存储器形式的、和/或诸如只读存储器(ROM)312的非易失存储器的计算机可读介质。包含有助于计算机302如起动时在元件间传送信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)314存储在ROM312中。通常RAM310包含可被处理单元304立即访问和/或现时操作的数据和/或程序模块。
计算机302还具有硬盘驱动器316、磁盘驱动器318(例如软盘驱动器)、和光盘驱动器320，它们由一个或多个数据介质接口326或者SCSI接口连接到系统总线308。盘驱动器及其相关联的计算机可读介质为计算机302提供计算机可读指令、数据结构、程序模块、和其它数据的非易失存储。注意，也可利用其它类型的计算机可访问的可存储数据的计算机可读介质。
任何数量的程序模块可存储于硬盘316、磁盘320、光盘324、ROM312、和/或RAM310。在所示实现中，操作系统326’、一个或多个应用程序328(例如视频游戏)、其它程序模块330、和程序数据332(例如视频游戏数据)都可存储于硬盘316和/或系统存储器306中。
计算机302包括通过诸如视频适配器336和系统总线308相连的监视器334。网络接口338提供对网络340(例如因特网、内联网、LAN、WAN等等)的访问，而输入/输出(I/O)接口342激活与诸如鼠标344和键盘346等外围装置的通信。
该计算机还装备有USB主机控制器348以支持与游戏控制器106的通信。当控制器106与USB主机348相连时，控制器106意USB主机控制器348所支持的USB模式进行操作。在一实现中，USB主机控制器348实现USB2.0电子信号和协议。USB2.0指定与低速USB相比高得多的数据速率(例如48Mb/s)。由于该较高时钟频率，可以说PC104以代表另一可能USB模式的全速USB模式进行操作。或者，PC104可被配置以用全速USB模式进行操作。
当控制器106与PC104相连时，USB主机控制器348发送请控制器标识自己的请求。基于该请求，控制器106可确定计算机302在尝试建立通信。控制器切换成适当的全速USB模式(或者高速USB模式)以支持与PC104的通信。更具体地，控制器106改变D+/D-线(针2和3)上的状态并重新设定USB连接以全速USB模式(或者高速USB模式)进行操作。
控制器106图4更详细地显示游戏控制器106的功能组件。它具有中央处理单元(CPU)402和包括ROM404、RAM406以及EEPROM408的存储器。在所示实现中，CPU402、ROM404和RAM406被集成到公共模块410中，并通过一个或多个总线结构互相连接。EEPROM408与模块410分离，但通过接口相连。
游戏控制器106包括向玩游戏者提供可触觉反馈的马达驱动器412，以及提供马达驱动器控制信号的PWM(脉宽调制)输出414。通过可变输入执行架构416(例如拇指摇杆112和触发键118)接收的玩游戏者动作由模数转换器(ADC)418转换成数字信号并传送给CPU402。ADC418可作为例如八通道10-比特或者12-比特转换器实现。其它通过双态切换器420(例如D-板114和按键116)接收的其它玩游戏者动作通过I/O 422或传送到CPU402。
游戏控制器可支持有线或无线操作。USB连接器提供有线接口，而RF模块426(例如2.4GHzRF模块)、无线电基带单元428、以及DMA(直接存储器存取)通道单元430支持无线接口。在其它实现中，游戏控制器可被设计为利用另外的无线技术，诸如IR(红外线)、蓝牙、UWB(超宽带)等等。游戏控制器104装备有自己的电源(诸如电池432)，以通过向游戏控制器106的电子模块和组件提供电源来激活无线操作。电源管理单元434提供了对电池寿命有效储备的管理。电池充电电路436在控制器通过电缆与主机游戏系统相连时对电池432重新充电。
如上所述，可在不同主机游戏系统中使用游戏控制器106，它使用不同的USB模式，诸如低速、全速和高速USB模式。游戏控制器106包括根据游戏系统的类型在不同模式之间切换的多模式USB接口440。USB接口440包括判断控制器在尝试与哪个主机程序系统通信的主机检测器442。在初始接触(例如接上电缆)之后，主机检测器442从主机游戏系统接收要求控制器标识自己的请求。主机检测器使用该请求来确定哪个系统在请求。一旦查出主机系统，USB接口440切换成适当的USB模式。在我们的示例中，如果与控制台102相连，USB接口440切换成低速USB模式；而如果控制器与PC104相连，则切换成全速USB模式(或者高速USB模式)。注意尽管USB模式之间的切换在初始接触或起动之后发生，可将控制器106配置为在起动后的较晚时间作切换。
USB模式切换操作图5示出了基于控制器所连接的主机游戏系统为控制器106选择适当USB模式的过程500。过程500被示为逻辑流程图中框图的集合，而流程图表示可在硬件、软件或其组合中实现的操作序列。在软件环境中，框图表示在由一个或多个处理器执行时执行所述操作的计算机指令。
该过程包括在与主机游戏系统的初始交互期间由游戏控制器执行的操作。为了进行讨论，过程500参照图1-4如上所述的控制器106、游戏控制台102以及PC104进行描述。注意，过程500可由为有线和/或无线通信并为其它类型的主机游戏系统而设计的其它类型控制器来实现。
在框502，开始以第一USB模式设置游戏控制器106，作为示例，游戏控制器106开始缺省地以低速USB模式进行操作。当玩游戏者将控制器106连接到主机游戏系统时，控制器106拉高其D+线以通知控制台，装置已连上。然后游戏控制器106接收来自主机游戏系统的要求控制器标识自己的请求(框504)。
在框506，游戏控制器106确定该标识请求源自游戏控制台102或PC104。如果请求来自游戏控制台102(即在况506的“控制台”分支)，则游戏控制器106已预设为第一USB模式，并因此游戏控制台102可开始列举以使用第一USB模式的操作参数来建立USB连接(框508)。作为列举过程的一部分，控制器向控制台发送描述符。描述符包含诸如ID、装置类、终点地址等等的装置信息。一旦建立了连接，控制器以第一USB模式进行操作以便于玩游戏者与在控制台102上执行的视频游戏的交互(框510)。
另一方面，如果游戏控制器确定该标识请求来自PC104(即框506的“PC”分支)，控制器510执行D+/D-线上的状态改变(框512)并重新设置USB连接以第二USB模式进行操作(框516)。然后控制器可以第二USB模式进行操作以便于玩游戏者与在PC104上执行的视频游戏的交互(框518)。
尽管USB模式之间的切换如所述在初始起动之后发生，该切换也可在起动随后的时间发生。
结论上述控制器能够以不同USB(通用串行总线)模式进行操作，从而可在各种类型的主机游戏系统中使用。尽管本发明以结构特征和/或方法论动作的专用语言进行描述，可以理解在所附权利要求书中定义的本发明并不必限于所述特定特征或动作。相反，特定特征和动作被揭示为实现本发明的示例性形式。
权利要求
1.一种支持不同USB模式在不同主机游戏系统中使用的多系统视频游戏控制器，其特征在于，所述多系统视频游戏控制器包括一通信接口，其便于与所述不同主机游戏系统的通信；以及一USB协议模块，其在与第一主机游戏系统通信期间利用第一USB模式而在与第二主机游戏系统通信期间利用第二USB模式。
2.如权利要求1所述的多系统视频游戏控制器，其特征在于，所述通信接口包括便于无线通信的RF模块。
3.如权利要求1所述的多系统视频游戏控制器，其特征在于，所述通信接口包括便于有线通信的串行电缆。
4.如权利要求1所述的多系统视频游戏控制器，其特征在于，所述第一USB模式是低速USB而第二USB模式是全速USB或高速USB之一。
5.如权利要求1所述的多系统视频游戏控制器，其特征在于，所述第一主机游戏系统包括基于控制台游戏系统而所述第一主机游戏系统包括个人计算机。
6.如权利要求1所述的多系统视频游戏控制器，其特征在于，所述控制器被实现为具有一个或多个多功能执行部件的通用控制器。
7.一种视频游戏控制器，其特征在于，包括一处理器；与所述处理器操作上耦合的一存储器；以及与所述处理器操作上耦合的一USB模块，其便于在所述视频游戏控制器与第一主机游戏系统相连时以第一USB模式进行通信，而在所述视频游戏控制器与第二主机游戏系统相连时以第二USB模式进行通信。
8.如权利要求7所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述第一USB模式是低速USB而第二USB模式是全速USB或高速USB之一。
9.如权利要求7所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述USB模块在所述游戏控制器首次连接时选择所述第一USB模式或所述第二USB模式之一。
10.如权利要求7所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述USB模块在所述游戏控制器连接后的随后时间选择所述第一USB模式或所述第二USB模式之一。
11.如权利要求7所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述第一主机游戏系统包括基于控制台游戏系统而所述第二主机游戏系统包括个人计算机。
12.如权利要求7所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述USB模块包括一主机检测器以检测所述视频游戏控制器与所述第一主机游戏系统相连还是与所述第二主机游戏系统相连，如果所述主机检测器检测为第一主机游戏系统则所述USB模块自动切换成第一USB模式，而如果检测为第二主机游戏系统则自动切换成第二USB模式。
13.如权利要求7所述的视频游戏控制器，其特征在于，还包括支持无线通信的一无线模块；以及向所述处理器、存储器、以及无线模块提供电源的一电源。
14.一种视频游戏控制器，其特征在于，包括一装置，用于判断第一主机游戏系统或第二主机游戏系统的哪一个正尝试与所述视频游戏控制器建立USB连接；以及一装置，用于在所述视频游戏控制器与所述第一主机游戏系统相连时利用第一USB模式进行通信，而在其与所述第二主机游戏系统相连时利用第二USB模式进行通信。
15.如权利要求14所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述第一USB模式是低速USB而第二USB模式是全速USB或高速USB之一。
16.如权利要求14所述的视频游戏控制器，其特征在于，根据由所述判断装置所作的确定，所述利用装置自动切换成所述第一或第二USB模式。
17.如权利要求14所述的视频游戏控制器，其特征在于，还包括一装置，用于经无线链接与所述第一或第二主机游戏系统之一进行通信。
18.如权利要求14所述的视频游戏控制器，其特征在于，所述控制器被实现为具有一个或多个多功能执行部件的通用控制器。
19.一种方法，其特征在于，包括在视频游戏控制器上确定所述视频游戏控制器是与第一主机游戏系统连接，还是第二主机游戏系统连接进行通信；当所述视频游戏控制器与所述第一主机游戏系统连接进行通信时，以所述第一USB模式操作所述视频游戏控制器；以及当所述视频游戏控制器与所述第二主机游戏系统连接进行通信时，以所述第二USB模式操作所述视频游戏控制器。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一USB模式是低速USB而第二USB模式是全速USB或高速USB之一。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一主机游戏系统包括基于控制台游戏系统而所述第一主机游戏系统包括个人计算机。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述确定包括在初始连接期间接收对标识所述视频游戏控制器的请求；以及基于所述请求确定所述视频游戏控制器在与所述第一或第二主机游戏系统中的哪一个连接。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括把所述视频游戏控制器设置为所述第一USB模式；以及在确定所述视频游戏控制器与所述第二主机游戏系统相连进行通信之后，自动把所述视频游戏控制器重新设置为所述第二USB模式。
24.一种或多种包括计算机可执行指令的计算机可读介质，其特征在于，在执行时所述指令执行如权利要求19所述的方法。
全文摘要
多系统游戏控制器能以不同USB(通用串行总线)模式操作，从而可在诸如PC和控制台游戏系统的不同类型主机游戏系统中使用。在所述实现中，当连接第一主机游戏系统时该游戏控制器以带有一组操作参数的第一USB模式操作，而在连接第二主机游戏系统时以带有另一组操作参数的第二USB模式操作。该游戏控制器被设计为用以判断要连接的是哪个主机游戏系统，并基于该判断来切换到适当的USB模式。
文档编号G06F13/42GK1677378SQ20051006375
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者R·伦姆, W·郭 申请人:微软公司