专利名称：免插拔的多状态的usb装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机应用领域，具体涉及一种免插拔的多状态的USB装置。
背景技术：
USB(通用串行总线)移动存储盘是一种采用当今先进的Flash(闪存)技术，以Flash芯片为存储介质，采用专业的集成控制芯片，通过USB接口与计算机交换数据的移动存贮设备，不需要外接电源，可热插拔、轻巧、精致、容量大、可靠性高；存储数据可擦写100万次以上，数据保存时间超过10年，读写速度是软盘的50倍以上。移动存储使得数据的交流越来越方便、安全，具有传统的软驱和软盘无法比拟的优点，因此USB移动硬盘开始迅速代替软盘，获得了众多厂商的广泛关注，并引发了激烈的市场竞争。于是越来越多的新功能开始加入其中，例如QQ、加密、自启动、数据备份与恢复等应用功能，都成为了厂家用以吸引用户的卖点。
现有的启动型USB移动存储盘包括一个微处理器、与微处理器相连的FLASH存储器以及与主机相连的USB接口，它还包含一个ZIP/FDD(分区/软驱)功能的切换开关。当开关处于ZIP状态时，系统识别为一个1.44M的标准软驱和一个可移动磁盘；当开关处于FDD状态时，则识别为一个1.44M的标准软驱，并可作为启动盘使用。
已授权的实用新型“通用串行总线接口的大容量移动存储器”、申请号为01200990.3的说明书中公开了一种通过重新插拔USB移动存储器实现其两种使用状态切换的USB移动存储器。
进入中国的PCT申请(PCT申请号PCT/IL00/00555，公开号WO01/23987)“用于可拆卸、有源、个人存储的设备、系统及方法”，其说明书中公开了一种通过自动下载Firmware控制状态切换的USB移动存储器实现其两种使用状态切换的USB移动存储器，需要安装另外的驱动程序来实现。
然而，上述两种方案给用户在使用中带来极大的不变由于用户在使用启动型USB移动存储盘时，常常记不清盘上的ZIP/FDD开关处于何种状态，插上之后系统识别完毕，通过查看资源管理器，才发现USB移动存储盘开关的所处状态不对，只好重新拔下，将开关拨动至正确位置，再插上等待系统重新识别完毕后才可使用。或是虽然不需要重新插拔USB移动存储盘，却需要为此功能另外安装特定的驱动程序，使得用户无法在未安装改驱动的计算机上使用，大大限制了USB移动存储盘的移动性，也降低了实用效率。
图1描绘了现有技术中的USB移动存储盘的硬件结构框图，其中ROM和RAM用于存储数据和程序，EEPROM用来存放厂商代码/产品代码(VID/PID)等基本信息。USB控制器通过系统总线或通用I/O线与FLASH存储器连接，根据主机的命令对闪存器件进行读/写/格式化，实现逻辑扇区与物理扇区之间的转换，数据错误校正等操作。
图2描绘了现有技术中USB传送信号和电源的四线电缆的结构示意图，其中，数据线D+、D-两根线是用于发送信号，目前的标准有两种数据传输率。其中高速信号的比特率定为12Mbps，低速信号传送的模式定为1.5Mbps；两种模式可在用同一USB总线传输的情况下自动地动态切换。此外，USB电缆还包括VBUS、GND两条线，其中VBUS使用+5V电源，向USB设备提供电源，GND是地线。
USB终端设备，如闪盘位于电缆的尾部，计算机在每个端口都可检测终端是否连接或分离，并区分出高速或低速设备。插入或拨掉一个USB终端设备时，不会影响网络中其余设备的正常工作。卸掉一个USB终端设备仅将中止该设备与计算机间的通信，此时集线器会使得原来连接的端口失效，并向计算机机报告该端口已被中断(设备已被移去)。计算机机一收到断开通知后，就会删除此设备，更新拓扑信息。通常，计算机USB接口在检测到USB端口上的信号线D+、D-线上的电压在VIL即0.8V以下并维持2.5us以上时，计算机认为该端口已被中断。
当计算机探测到连接操作后，会使得所连的集线器端口生效，设备也会因此而复位。通常，计算机USB接口的信号线D-或D+的电压在VIH即2.0V以上，且保持2.5us以上时，计算机认为该端口已连接。操作系统开始重新识别设备，USB端口开始信号的发送。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于符合USB协议的新型完全免插拔技术的USB移动存储盘。它的ZIP/FDD两种状态可以在无须重新插拔的情况下，通过拨动开关来自由切换，且不需要安装任何驱动程序，帮助用户更方便省时地使用。
为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种免插拔的多状态的USB装置，包括非易失性存储器，用于存储运行所述装置的程序和较固定的数据；
易失性存储器，用于存储运行所述装置的数据；USB控制器，耦合到所述易失性存储器和非易失性存储器，以读写数据和执行程序；USB接口，耦合到所述USB控制器；和状态转换开关，耦合到所述USB控制器；其中，所述USB控制器包括USB断路模拟器和USB连接模拟器，所述USB断路模拟器和USB连接模拟器连接到所述状态转换开关，在所述状态转换开关切换状态时，在所述USB接口上产生所述多状态的USB装置被断开(拔掉)的模拟信号，然后产生所述多状态的USB装置又被接上的模拟信号。
可选地，所述多状态的USB装置为免插拔的启动型USB移动存储盘，所述非易失性存储器包括EPROM或EEPROM，用于存放厂商代码/产品代码(VID/PID)等基本信息；所述状态转换开关为ZIP/FDD开关，其中，所述的装置还包括FLASH(闪存)存储器，耦合到所述USB控制器，用于与所述USB接口连接的设备进行数据交换；优选地，所述USB控制器通过系统总线或通用I/O线与所述FLASH(闪存)存储器耦合，根据主机的命令对闪存器件进行读/写/格式化；所述USB控制器通过系统总线或通用I/O线与所述易失性存储器和非易失性存储器耦合。
可选地，该装置还包括复位器，用于在产生所述断开(拔掉)的模拟信号后，复位USB控制芯片。
优选地，所述的复位器为收到状态转换信号发生装置产生的状态转换信号后，产生用于所述装置的复位信号。
可选地，所述USB断路模拟器和USB连接模拟器包括延时触发器与电压整形滤波电路，所述延时触发器根据所述状态转换信号产生满足所述USB装置时序要求的触发信号，所述触发信号通过所述电压整形滤波电路整形为所述断路模拟信号和连接模拟信号。
优选地，所述电压整形滤波电路为有源或无源RC(阻容)网络或LC(感容)网络或LCR(阻容感)网络或RL(阻感)网络。
可选地，所述延时触发器包括一个555芯片，开关切换信号发生装置包括ZIP和FDD两个手动开关。
本实用新型还提供一种在USB接口上实现多状态的USB的装置免插拔切换状态的方法，所述多状态的USB的装置通过USB接口与预定设备耦合，所述方法包括步骤发出切换状态请求信号，调整所述USB装置的信号线上的信号为等效于断开状态，维持所述等效于断开状态的信号第一预定时间，以使所述预定设备判断所述多状态的USB的装置已被断开；复位USB装置，以在所述USB装置的信号线上产生等效于再次插上状态的信号；维持所述等效于再次插上状态的信号第二预定时间，以使所述预定设备判断所述多状态的USB的装置已被连接。
可选地，其中所述调整所述USB装置的信号线上的信号的步骤包括调整所述USB装置的信号线D+、D-上的电压同时调整到逻辑“0”的电压VIL以下。
优选地，所述产生等效于再次插上状态的信号的步骤包括将所述信号线D+或D-中的一个的电压调整到逻辑“1”电压VIH以上，另一个保持在VIL以下。
可选地，所述第一预定时间和第二预定时间为2.5us以上。
利用本实用新型，实现了对USB移动存储盘状态的自动识别与驱动，方便了用户。
图1是现有技术中的USB移动存储盘的硬件结构框图；图2是现有技术中USB传送信号和电源的四线电缆的结构示意图；图3是本发明的实施例的对USB移动存储盘状态的自动识别与驱动的状态转换流程图；图4是本发明的实施例的断路模拟器产生的在拨动ZIP/FDD开关时USB端口信号线D+、D-上的电压信号的示意图；图5是本发明的实施例的硬件电路中的连接模拟器产生的USB端口信号线D+、D-上的电压信号的示意图；图6是本实用新型的实施例的完成状态切换功能的装置的原理框图；图7A是本实用新型的实施例的USB移动存储盘中USB控制器芯片及其连接结构示意图；图7B是本实用新型的实施例的USB移动存储盘中两个存储器芯片及其连接结构示意图；图7C是本实用新型的实施例的USB移动存储盘中时钟芯片及其连接结构示意图；图8是本实用新型的实施例的USB端口信号线D-上测试的电压信号示意图。
具体实施例为了使本领域技术人员了解和实施本实用新型，现结合实施例参照附图描绘本实用新型。
参照图3，描述了本实用新型的实施例的对USB移动存储盘状态的自动识别与驱动的状态转换流程图。在本实用新型的实施例中，首先，在步骤310，拨动ZIP/FDD开关，该开关状态的改变控制本实用新型的硬件电路中的断路模拟器在步骤320将USB端口上的信号线D+、D-上的电压同时调整到VIL以下，在本实施例中为0.8V以下(此时该端口不再是由集线器控制的)，然后，在步骤330，在下行端口产生一个SE0状态(表明USB断开的状态)，并将此状态维持2.5us以上。图4描绘了本实用新型的实施例在拨动ZIP/FDD开关时USB端口D+、D-上的电压信号的示意图。
在步骤340，USB端口检测到此信号后(SE0状态)将中止该设备与主机间的通信，此时集线器会使得原来连接的端口失效，并向主机警告该端口已被中断(设备已被移去)。主机收到断开通知后删除此设备，同时更新拓扑信息。然后，本实用新型的硬件电路中的复位器在步骤350将USB控制器芯片的复位脚置零，即将该USB控制器芯片执行复位操作。然后，本实用新型的硬件电路中的连接模拟器在步骤360将USB端口上的信号线D+或D-中的一个的电压调整到VIH即2.0V以上，且保持2.5us以上，其中，另一个保持在VIL以下。图5示出了本实用新型的硬件电路中的连接模拟器产生的USB端口信号线D+、D-上的电压信号。
在步骤370，集线器发现其中一根数据线上的电压大于它的临界值的持续时间超过2.5us，则USB集线器生效，操作系统开始重新识别设备，USB端口开始信号的发送。
在步骤380，系统识别完成，USB移动存储盘的状态转换结束。
图6示出了本实用新型的实施例的完成状态切换功能的装置的原理框图。拨动ZIP/FDD状态切换的开关(未示出)，通过开关切换电路610产生一个单脉冲信号，此单脉冲信号一方面用作USB控制器复位电路620的输入，此电路620的输出将直接连到USB控制器芯片的RETN脚，以此引发该芯片的复位和控制时序；此单脉冲信号另一方面用作一个受定时器控制的延时触发器630的信号输入，该延时触发器630与电压整形滤波电路640一起，控制USB端口的信号线D+、D-上的电压，产生如图4和图5及图8所示的信号的，由此达到切换状态的目的。
图7A、B、C共同示出了本实用新型的实施例的USB移动存储盘总体结构的电路原理图。图7A中，USB控制器芯片701的型号为3S666X-48，用于控制USB的运行，产生各种控制信号和时序信号。图7B中存储器芯片702、703为韩国现代公司生产的16M的Flash存储器芯片。USB控制器芯片701控制存储器芯片702、703完成存储功能的控制。图7C中器件704是555时钟芯片，该芯片可用任何公司生产的类似芯片，它和电阻705、第一电容706、第二电容707运算放大器708元件一起，用于实现状态转换信号的延时触发电路，根据所用公司的芯片的不同，这个电路也略有不同，但其功能都是相同的，可以采用任何能够实现延时触发功能的电路。本实用新型中，通过延时触发电路实现模拟USB插拔的动作。通过这些电路，产生USB被拔下的信号，即这些电路构成断路模拟器，将USB端口上的信号线D+、D-上的电压同时调整到VIL即0.8V以下；在下行端口产生一个SE0状态，并将此状态维持2.5us以上，以中止该设备与主机间的通信，此时集线器会使得原来连接的端口失效，并向主机报告该端口已被中断。然后产生USB又插上的信号，以使使用USB的机器识别USB装置，即将USB端口上的信号线D+或D-中的一个的电压调整到VIH即2.0V以上，且保持2.5us以上，其中，另一个保持在VIL以下。集线器发现其中一根数据线上的的电压大于它的临界值的持续时间超过2.5us，则USB集线器生效，操作系统开始重新识别设备，USB端口开始信号的发送。电阻709和电容710元件构成RC电压整形滤波电路，用于防止信号对机器的损害。电路711为反相施密特触发器，用于配合USB时序产生USB控制器的复位信号，本领域一般技术人员知道，有很多方法实现反相施密特触发器，这里不详细描述。另外，电路中的时钟电路为本领域一般技术人员所知道，这里不详细描绘。在电路中，接口件712为通用的USB信号接口件，用于与主机接口。第一开关713和第二开关714两个手动开关构成状态切换信号发生装置，用于控制延时触发电路实现断路模拟功能和连接模拟功能。
本实用新型的实施例虽然仅描绘了在一个两状态的USB移动存储盘，应知道，本实用新型适用于所有多个状态的USB设备，只要在该USB改变状态后，通过模拟该USB被拔下后又插上的信号，就可以适用于所有多个状态的USB设备。实际上，本实用新型可适用于任何装置，只要使用该装置的机器有识别功能，可以通过模拟拔下后又插上的信号，触发其识别该装置状态的改变，以适用于改变的状态。
虽然通过实施例描述了本实用新型，本领域一般技术人员知道，不脱离本实用新型的精神，可以有许多改进和变形，这些改进和变形及等效变换均在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种免插拔的多状态的USB装置，包括非易失性存储器，用于存储运行所述装置的程序和较固定的数据；易失性存储器，用于存储运行所述装置的数据；USB控制器，耦合到所述易失性存储器和非易失性存储器，以读写数据和执行程序；USB接口，耦合到所述USB控制器；其特征在于还包括状态转换开关，耦合到所述USB控制器；其中，所述USB控制器包括USB断路模拟器和USB连接模拟器，所述USB断路模拟器和USB连接模拟器连接到所述状态转换开关，在所述状态转换开关切换状态时，在所述USB接口上产生所述多状态的USB装置被断开的模拟信号，然后产生所述多状态的USB装置又被接上的模拟信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多状态的USB装置为免插拔的启动型USB移动存储盘，所述非易失性存储器包括EPROM或EEPROM，用于存放厂商代码/产品代码等基本信息；所述状态转换开关为ZIP/FDD开关，其中，所述的装置还包括闪存存储器，耦合到所述USB控制器，用于与所述USB接口连接的设备进行数据交换；所述USB控制器通过系统总线或通用I/O线与所述闪存存储器耦合，根据主机的命令对闪存器件进行读/写/格式化；所述USB控制器通过系统总线或通用I/O线与所述易失性存储器和非易失性存储器耦合。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于还包括复位器，用于在产生所述断开的模拟信号后，复位USB控制芯片。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的复位器为收到状态转换信号发生装置产生的状态转换信号后，产生用于所述装置的复位信号。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述USB断路模拟器和USB连接模拟器包括定时装置，以维持所述被断开的模拟信号第一预定时间，然后产生所述多状态的USB装置又被接上的模拟信号，维持所述被接上的模拟信号第二预定时间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定时装置包括延时触发器与电压整形滤波电路，所述延时触发器根据状态转换信号产生满足所述USB装置时序要求的触发信号，所述触发信号通过所述电压整形滤波电路整形为所述断路模拟信号和连接模拟信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压整形滤波电路为有源或无源阻容网络或感容网络或阻容感网络或阻感网络；所述延时触发器包括一个555芯片，开关切换信号发生装置包括ZIP和FDD两个手动开关。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述USB断路模拟器和USB连接模拟器包括调整装置，用于同时调整所述USB装置的信号线D+、D-上的电压到逻辑“0”的电压VIL以下；和/或将所述信号线D+或D-中的一个的电压调整到逻辑“1”电压VIH以上，另一个保持在VIL以下。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定时装置控制第一预定时间和第二预定时间为2.5us以上。
专利摘要本实用新型提供了一种免插拔的多状态的USB装置。该USB装置包括非易失性存储器；易失性存储器；USB控制器，耦合到所述易失性存储器和非易失性存储器，以读写数据和执行程序；USB接口；和状态转换开关，耦合到所述USB控制器；其中，所述USB控制器包括USB断路模拟器和USB连接模拟器，所述USB断路模拟器和USB连接模拟器连接到所述状态转换开关，在所述状态转换开关切换状态时，在所述USB接口上产生所述多状态的USB装置被断开(拔掉)的模拟信号，然后产生所述多状态的USB装置又被接上的模拟信号。本实用新型实现了对USB移动存储盘状态的自动识别与驱动，方便了用户。
文档编号G11C16/00GK2783391SQ20042000340
公开日2006年5月24日 申请日期2004年2月9日 优先权日2004年2月9日
发明者姜宁, 竺树铭 申请人:联想(北京)有限公司