一种利用USB接口监测设备实时运行状态的装置及其工作方法与流程

本发明涉及电力电子检测技术领域，特别是一种利用usb接口监测设备实时运行状态的装置及其工作方法。

背景技术：

开发者在开发一个电子产品的过程中，经常需要对该电子产品进行长时间的压力测试，比如将其放置在温箱里进行高低温测试，以检验设备长时间运行的稳定性。可见，对设备状态进行实时监测与异常诊断是检验设备稳定运行的关键保障。现有的监测技术方案，一般通过设备上内置的指示灯或显示屏来直观观察测试结果，或者通过设备的串口连接到pc端/上位机，打印出调试信息和输入调试命令，进而分析结果。

在温箱环境下，开发者一般很难直接观察设备内置的指示灯状态或显示屏的显示信息，甚至有些产品方案为了节约成本或者没有显示需求，没有内置指示灯和显示屏。再者，开发者通过串口对设备进行调试，一般需要人工手动输入测试命令才能运行程序并打印出调试信息，降低开发效率；或需要额外开发pc端/上位机端测试软件，无意中增加了开发时间和成本；更甚，现在很多嵌入式产品追求体积、重量等指标，可能已经从硬件上移除串口，无法进行相关的异常排查，给设备的开发调试带来很大不便。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决现有电子设备出厂前因没有内置指示灯、显示屏和串口而不便于产品测试的问题，本发明提供一种利用usb接口监测设备实时运行状态的装置及其工作方法，不用增加额外的调试接口，提高了电子设备测试的便捷性。

本发明采用以下方案实现：一种利用usb接口监测设备实时运行状态的装置，包括n组usb监测电路；所述1<=n<=8；每组usb监测电路相互并联；每组usb监测电路均包括一个核心电路、一个type-ausb2.0接口和一个micro_usb2.0接口；所述核心电路分别与所述type-ausb2.0接口和所述micro_usb2.0接口连接；所述type-ausb2.0接口还与待检测设备连接；所述micro_usb2.0接口还与外部pc机连接；所述核心电路包括usb2.0switch芯片、第一指示灯显示电路和第二指示灯显示电路；所述usb2.0switch芯片通过所述type-ausb2.0接口与所述待检测设备连接；所述usb2.0switch芯片通过所述micro_usb2.0接口与pc机连接，用以通过pc机打印待检测设备的日志；所述usb2.0switch芯片与所述第一指示灯显示电路连接，用以显示待检测设备的不同测试状态；所述第二指示灯显示电路分别与所述usb2.0switch芯片和所述micro_usb2.0接口连接，用以显示所述usb2.0switch芯片是否切换到microusb2.0接口的通路。

进一步地，所述usb2.0switch芯片包含一路输入d+/d-、两路输出d1+/d1-和d2+/d2-和输出通路切换控制引脚s；所述usb2.0switch芯片输入端的d+/d-通过所述type-ausb2.0接口与所述待检测设备的d+/d-连接；所述usb2.0switch芯片的一路输出d1+/d1-通过micro_usb2.0接口与pc机连接，用以通过pc机打印待检测设备的日志；所述usb2.0switch芯片的另一路输出d2+/d2-短接，d2+/d2-输入电平状态默认为高电平，用以待检测设备接入所述type-ausb2.0接口后判断是否连接到监测装置，当待检测设备检测到d+/d-都为高，即检测到d2+/d2-输入的高电平，则说明连接到监测装置，进入测试模式；否则，说明未连接到监测装置，未进入测试模式；所述usb2.0switch芯片的另一路输出d2+/d2-短接后，还与第一指示灯显示电路连接，d2+/d2-的输出电平状态用于控制第一指示灯显示电路中指示灯的显示状态，第一指示灯显示电路用以显示待检测设备的不同测试状态，当d2+/d2-输出高电平，则第一指示灯显示电路中的指示灯亮，当d2+/d2-输出低电平，则第一指示灯显示电路中的指示灯灭，d2+/d2-输出电平的高低和持续时间长短不同，进而第一指示灯显示电路中的指示灯亮灭的次数和时间间隔不同，则对应不同的测试状态；所述usb2.0switch芯片的s引脚与第二指示灯显示电路连接后，再连接到micro_usb2.0接口，s引脚电平的状态用于控制所述usb2.0switch芯片的输出端是d1+/d1-引脚还是d2+/d2-引脚，第二指示灯显示电路用于显示所述usb2.0switch芯片输出端是否切换到d1+/d1-引脚，进而显示所述usb2.0switch芯片是否切换到microusb2.0接口的通路，再进而显示待检测设备是否连接到pc机；当s引脚为低电平，即所述usb2.0switch芯片的输出端是d1+/d1-引脚，即所述usb2.0switch芯片切换到microusb2.0接口的通路，则第二指示灯显示电路中的指示灯亮，表示待检测设备连接到pc机；否则，当s引脚为高电平，即所述usb2.0switch芯片的输出端是d2+/d2-引脚，即所述usb2.0switch芯片切换到第一指示灯显示电路通路，则第二指示灯显示电路中的指示灯灭，表示待检测设备未连接到pc机，而是连接到监测装置，进入测试模式。

进一步地，所述usb2.0switch芯片所采用的芯片型号为fsusb30mux。

进一步地，本发明提供一种利用usb接口监测设备实时运行状态的装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤s1：将待检测设备插入所述type-ausb2.0接口，并通过vbus5v向待检测设备供电；

步骤s2：当待检测设备检测到vbus线为高，待检测设备初始化usb控制器和phy（端口物理层），并使能usb连接；根据usb2.0协议规范，若待检测设备为high-speed或full-speed，则拉高设备的d+引脚，若待检测设备为low-speed，则拉高设备的d-引脚，然后等待usbhost的复位信号；

步骤s3：待检测设备判断等待usbhost的复位信号是否超时，若没有超时，则待检测设备在usb协议规定的时间内检测到复位信号，说明待检测设备正常连接到usbhost，则按照usb2.0协议规范，进入正常的usb枚举流程,不再执行剩余的步骤；否则，等待usbhost的复位信号超时，则进一步判断待检测设备的d+/d-电平状态是否都为高，若不都为高，则说明待检测设备未连接到监测装置，则关闭usb控制器和phy，并进入充电模式，不再执行剩余的步骤；否则，d+/d-都为高，说明设备连接到监测装置，即设备的d+/d-连通了监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-引脚，则进入正常测试模式，通过usb控制器和phy开始控制d+/d-的电平状态，进而控制监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-的电平状态，则第一指示灯显示电路中的指示灯进入第一种闪烁状态；

步骤s4：待检测设备判断测试时间是否到达，若到达，则通过usb控制器和phy开始控制d+/d-的电平状态，进而控制监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-的电平状态，第一指示灯显示电路中的指示灯进入第二种闪烁状态，结束检测；否则，判断待检测设备是否发生异常，如果发生异常则进入异常测试模式，通过usb控制器和phy控制d+/d-电平状态，进而控制监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-的电平状态，第一指示灯显示电路中的指示灯进入第三种闪烁状态；否则，测试时间未到达并且未检测到异常，继续循环正常测试模式；

步骤s5：当待检测设备进入异常测试模式流程时，判断设备的d+/d-是否处于短接状态，若短接，说明监测装置中usb2.0switch芯片的输出端仍在d2+/d2-引脚，则循环异常测试模式，设置第一指示灯显示电路中的指示灯持续显示第三种闪烁状态；否则，检测到设备的d+/d-未短接，说明监测装置中usb2.0switch芯片的输出端切换到d1+/d1-引脚，代表设备已经切换到连接pcusbhost的micro_usb2.0接口，则退出测试模式，根据usb2.0协议规范，进入正常的usb枚举流程，当pc端识别到待检测的usb设备后，通过micro_usb2.0接口的usb调试功能利用pc机打印出待检测设备的日志,用以进一步定位异常问题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明可以非常快捷、方便地对电子设备的运行状态进行监控，除了能够直观感受电子设备的运行状态，还可以进一步诊断设备的异常问题。

（2）本发明装置不用增加额外的调试接口，提高了电子设备测试的便捷性；可以对多台电子设备的运行状态同时进行监测，通过指示灯的状态直观判断电子设备是否处于异常运行状态，实现了自动化的异常调试；相比传统串口，pc端连接usb接口即可进行usb调试，并能够打印出异常调试信息，以进一步诊断异常问题，提高了开发调试效率。

附图说明

图1为本发明实施例的usb监测装置框图。

图2为本发明实施例的usb监测电路原理框图。

图3为本发明实施例的usb监测电路原理图。

图4为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供一种利用usb接口监测设备实时运行状态的装置，包括n组usb监测电路；所述1<=n<=8；每组usb监测电路相互并联；每组usb监测电路均包括一个核心电路、一个type-ausb2.0接口和一个micro_usb2.0接口；所述核心电路分别与所述type-ausb2.0接口和所述micro_usb2.0接口连接；所述type-ausb2.0接口还与待检测设备连接；所述micro_usb2.0接口还与外部pc机连接；所述核心电路包括usb2.0switch芯片、第一指示灯显示电路和第二指示灯显示电路；所述usb2.0switch芯片通过所述type-ausb2.0接口与所述待检测设备连接；所述usb2.0switch芯片通过所述micro_usb2.0接口与pc机连接，用以通过pc机打印待检测设备的日志；所述usb2.0switch芯片与所述第一指示灯显示电路连接，用以显示待检测设备的不同测试状态；所述第二指示灯显示电路分别与所述usb2.0switch芯片和所述micro_usb2.0接口连接，用以显示所述usb2.0switch芯片是否切换到microusb2.0接口的通路。

在本实施例中，所述usb2.0switch芯片包含一路输入d+/d-、两路输出d1+/d1-和d2+/d2-和输出通路切换控制引脚s；所述usb2.0switch芯片输入端的d+/d-通过所述type-ausb2.0接口与所述待检测设备的d+/d-连接；所述usb2.0switch芯片的一路输出d1+/d1-通过micro_usb2.0接口与pc机连接，用以通过pc机打印待检测设备的日志；所述usb2.0switch芯片的另一路输出d2+/d2-短接，d2+/d2-输入电平状态默认为高电平，用以待检测设备接入所述type-ausb2.0接口后判断是否连接到监测装置，当待检测设备检测到d+/d-都为高，即检测到d2+/d2-输入的高电平，则说明连接到监测装置，进入测试模式；否则，说明未连接到监测装置，未进入测试模式；所述usb2.0switch芯片的另一路输出d2+/d2-短接后，还与第一指示灯显示电路连接，d2+/d2-的输出电平状态用于控制第一指示灯显示电路中指示灯的显示状态，第一指示灯显示电路用以显示待检测设备的不同测试状态，当d2+/d2-输出高电平，则第一指示灯显示电路中的指示灯亮，当d2+/d2-输出低电平，则第一指示灯显示电路中的指示灯灭，d2+/d2-输出电平的高低和持续时间长短不同，进而第一指示灯显示电路中的指示灯亮灭的次数和时间间隔不同，则对应不同的测试状态；所述usb2.0switch芯片的s引脚与第二指示灯显示电路连接后，再连接到micro_usb2.0接口，s引脚电平的状态用于控制所述usb2.0switch芯片的输出端是d1+/d1-引脚还是d2+/d2-引脚，第二指示灯显示电路用于显示所述usb2.0switch芯片输出端是否切换到d1+/d1-引脚，进而显示所述usb2.0switch芯片是否切换到microusb2.0接口的通路，再进而显示待检测设备是否连接到pc机；当s引脚为低电平，即所述usb2.0switch芯片的输出端是d1+/d1-引脚，即所述usb2.0switch芯片切换到microusb2.0接口的通路，则第二指示灯显示电路中的指示灯亮，表示待检测设备连接到pc机；否则，当s引脚为高电平，即所述usb2.0switch芯片的输出端是d2+/d2-引脚，即所述usb2.0switch芯片切换到第一指示灯显示电路通路，则第二指示灯显示电路中的指示灯灭，表示待检测设备未连接到pc机，而是连接到监测装置，进入测试模式。

在本实施例中，所述usb2.0switch芯片所采用的芯片型号为fsusb30mux。

较佳的，本实施例还提供一种利用usb接口监测设备实时运行状态的装置的工作方法，根据usb2.0规范，待检测usb设备一般是通过检测usb线缆的vbus是否为高，来判断是否连接到usbhost或者usb充电器；本实施例是在此基础上，增加了判断是否连接所述监测装置的流程；包括以下步骤：

步骤s1：将待检测设备插入所述type-ausb2.0接口，并通过vbus5v向待检测设备供电；

步骤s2：当待检测设备检测到vbus线为高，待检测设备初始化usb控制器和phy（端口物理层），并使能usb连接；根据usb2.0协议规范，若待检测设备为high-speed或full-speed，则拉高设备的d+引脚，若待检测设备为low-speed，则拉高设备的d-引脚，然后等待usbhost的复位信号；

步骤s3：待检测设备判断等待usbhost的复位信号是否超时，若没有超时，则待检测设备在usb协议规定的时间内检测到复位信号，说明待检测设备正常连接到usbhost，则按照usb2.0协议规范，进入正常的usb枚举流程,不再执行剩余的步骤；否则，等待usbhost的复位信号超时，则进一步判断待检测设备的d+/d-电平状态是否都为高，若不都为高，则说明待检测设备未连接到监测装置，则关闭usb控制器和phy，并进入充电模式，不再执行剩余的步骤；否则，d+/d-都为高，说明设备连接到监测装置，即设备的d+/d-连通了监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-引脚，则进入正常测试模式，通过usb控制器和phy开始控制d+/d-的电平状态，进而控制监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-的电平状态，则第一指示灯显示电路中的指示灯进入第一种闪烁状态；

步骤s4：待检测设备判断测试时间是否到达，若到达，则通过usb控制器和phy开始控制d+/d-的电平状态，进而控制监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-的电平状态，第一指示灯显示电路中的指示灯进入第二种闪烁状态，结束检测；否则，判断待检测设备是否发生异常，如果发生异常则进入异常测试模式，通过usb控制器和phy控制d+/d-电平状态，进而控制监测装置中usb2.0switch芯片的输出端d2+/d2-的电平状态，第一指示灯显示电路中的指示灯进入第三种闪烁状态；否则，测试时间未到达并且未检测到异常，继续循环正常测试模式；

步骤s5：当待检测设备进入异常测试模式流程时，判断设备的d+/d-是否处于短接状态，若短接，说明监测装置中usb2.0switch芯片的输出端仍在d2+/d2-引脚，则循环异常测试模式，设置第一指示灯显示电路中的指示灯持续显示第三种闪烁状态；否则，检测到设备的d+/d-未短接，说明监测装置中usb2.0switch芯片的输出端切换到d1+/d1-引脚，代表设备已经切换到连接pcusbhost的micro_usb2.0接口，则退出测试模式，根据usb2.0协议规范，进入正常的usb枚举流程，当pc端识别到待检测的usb设备后，通过micro_usb2.0接口的usb调试功能利用pc机打印出待检测设备的日志,用以进一步定位异常问题。

较佳的，本实施例包含n组usb监测电路，每组usb监测电路都一样，可以同时对n个待检测设备的运行状态进行实时监测。每组usb监测电路都包含一个核心电路、一个type-ausb2.0接口、一个micro_usb2.0接口。type-ausb2.0接口用于连接待检测设备；micro_usb2.0接口用于连接pc机；核心电路内含fsusb30mux芯片和相应的指示灯显示电路，fsusb30mux芯片用于动态切换指示灯电路和micro_usb2.0接口电路。指示灯用于显示待检测设备的实时运行状态。

待检测设备有如下几种状态：

1、连接pc，进入正常的枚举流程。这个流程，不同的usb设备都是按照usb协议规范实现，是标准的。

2、连接监测装置，进入测试模式。测试模式，本身并不限于测试usb的连接，而是包含测试待检测设备所有模块。当检测所有设备模块都正常时，称之为正常测试模式。否则，如果有模块异常，则称之为异常测试模式；当进入异常测试模式时，仍然可以执行正常的usb枚举流程，目的是通过usb连接到pc，打印日志，进一步诊断异常的模块。打印日志是调试日志输出的一种通用表达。

需要说明的是，一般情况下，只有待检测设备的指示灯发现异常时，才需要通过micro_usb2.0接口用于连接pcusbhost，进入usb调试并打印出调试信息。一种特殊的连接方式是，装置的type-ausb2.0接口连接待检测设备，同时，装置的microusb2.0接口连接到pcusbhost，则根据步骤s1-s3的说明，待检测设备会进入正常的usb枚举流程，而不是进入测试模式。

较佳的，在本实施例中，每一组的usb监测电路原理框图如图2所示，核心部件是fsusb30mux芯片，该芯片是双向低功耗双端口高速usb2.0开关，结构类似于双刀双掷开关。如图3所示，当s引脚为低电平时，d+/d-引脚接通hsd1+/hsd1-;当s引脚为高电平时，d+/d-引脚接通hsd2+/hsd2-。芯片外围设计相应的指示灯和控制电路，用于配合软件监测程序，对电子设备的运行状态进行实时检测。指示灯的状态用来直观显示出待检测电子设备处于正常还是异常测试状态。

较佳的，在本实施例中，如图3所示，fsusb30mux芯片的输入端d+/d-引脚连接到type-ausb接口的d+/d-引脚，用以通过fsusb30mux芯片的输入端d+/d-引脚电平状态来反应待检测设备的d+/d-引脚电平状态。较佳的，在本实施例中，软件监测程序流程图如下图4所示，待测电子设备插入装置的type-a接口后，usb监测装置通过vbus5v向其供电。当待测电子设备检测到vbus线为高，初始化usb控制器和phy，使能usb连接，若设备为high-speed或full-speed，则拉高d+，若设备为low-speed，则拉高d-，然后等待usbhost的复位信号。若在usb协议规定的时间内检测到复位信号，说明设备正常连接到host，则进入正常的usb枚举流程。若等待复位信号超时，则进一步检测d+和d-引脚的电平状态，若不都为高，说明设备未连接到监测装置，则关闭usb控制器和phy，并进入充电模式；若都为高，说明连接到监测装置，则进入正常测试模式，usb控制器和phy开始控制d+/d-的电平状态，设置图3中的led1灯进入第一种闪烁状态1。若没有检测到设备异常，当测试时间到就结束检测，设置led1灯进入第二种闪烁状态2。若检测到设备发生异常，进入异常测试模式，usb控制器和phy控制d+/d-电平，设置图3中的led1灯为第三种闪烁状态3。在进入异常测试模式后，轮询检查d+/d-是否处于短接状态，如果短接，则循环异常测试模式；否则，退出测试模式，进入正常的usb枚举流程，当待测设备正常连接到usbhost后，可通过usb调试功能，如usbadb，打印出设备日志,以进一步定位异常问题。在图3中，led2只是用于显示装置是否切换到microusb2.0接口的通路。当切换到microusb2.0接口的通路，则led2亮。

较佳的，本实施例的装置包含多组usb监测电路，每组usb监测电路都能单独执行上述图4的检测过程，可以实现对多台待检测设备的运行状态进行实时测试。一旦发现某台设备测试出现异常，对应的异常指示灯亮起，并可通过microusb2.0接口连接pc机进入usb调试，打印出设备的监测日志。开发人员可以分析日志，进一步诊断或者定位异常问题。为电子设备特别是没有内置指示灯、显示屏或移除串口的电子设备提供了快捷、方便的运行状态监测方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。