专利名称：一种电脑主机的延伸装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种电脑主机的延伸装置和方法，确切地说，涉及一种通过以太网总线接口或USB总线接口或无线USB天线连接到电脑主机的延伸装置及其工作方法，属于计算机技术领域。
背景技术：
自从计算机推出至今，计算机CPU的整体性能在不断地提升，现在，计算机CPU主频已经达到3Ghz以上，双CPU芯片以及多线程CPU芯片都已面世，计算机的功能变得越来越强大；同时微电子技术的飞速发展，使得计算机与其外围设备之间的通讯速度也得到了很大的提高。例如与计算机相连的高速USB接口和1千兆位(1Gigabit/a)的以太网接口，能够使得计算机与其外围设备很快地交换数据或很快地通过以太网接口从因特网得到所需信息或数据资源共享。
现有的电脑主机与显示器及其它输入输出设备(如鼠标等)都必须放在一起，当用户需要在不同的地方使用电脑时，必须把现有的电脑搬到新的地方或者另买一台新的电脑。现在有一种字符式电脑终端，它能和电脑主机分开放在不同的地方，同时一台电脑主机可以连接几台字符式电脑终端，以节省硬件成本。这种电脑终端目前已经广泛应用于某些特定领域，如银行系统。但是，这种电脑终端和其主机之间的连接方式和技术已经决定了无法传送图像信号，导致其显示的用户界面不友好，用户使用不方便，同时也导致其无法进入广泛的家庭市场和教学市场。由于WINDOWS操作系统的用户界面友好和易于操作，已经被人们广泛接受和使用，包括已经广泛进入家庭用户市场，使得现代人们的工作、学习、生活、乃至娱乐都已越来越多地依靠计算机，甚至人们的生活方式也因为计算机的发展而在不停地改变。
由于需求的不同，经常会有两个或两个以上的家庭成员需要同时使用计算机。因此，现在拥有一台以上计算机的家庭越来越多，同时很多新的家用电器产品也越来越多地依靠计算机，例如有一些厂商生产出基于电脑主机的家用多媒体中心装置。由于各种限制条件，例如计算机与电视不在同一地方，或者两个或两个以上的用户需要同时使用计算机，使得用户必须购买两台甚至两台以上的计算机，导致用户的硬件成本和软件成本的重复投资，还要占用大量空间；另外，现有的电脑主机与显示器和键盘、鼠标等外围设备都必须就近安装在一起，在有些环境恶劣的地方(如生产车间)，就不能安装计算机。总之，目前的计算机终端，由于其自身的技术不足，不能够解决以上新的需求。
以太网(ETHERNET，又称局域网)接口作为一种高速通用串行总线标准接口，已经广泛应用于电脑行业中。人们通过电脑的以太网接口连接到因特网，寻找所需的信息。基于快速的每秒1千兆位(1Gigabit/s)以太网接口的网卡已经推出，1万兆位以太网接口标准也在研制中。USB接口作为另一种通用串行总线标准接口，同样广泛应用于电脑行业。目前，以INTEL公司为首的几大企业正在研究和制定基于超宽带Ultrea-Wideband(简称UWB)技术的无线USB(Wireless USB，简称WUSB)的标准协议，相关产品即将在2005年底或2006年初推出。在3到4米的范围内，WUSB的传送速度将达到现有的USB 2.0的传送速率，480Mbps的WUSB的推出，将与现有的有线局域网WIRED LAN、无线局域网Wireless LAN以及有线的USB一起为家庭、企业提供更好的产品和服务。
现在，所有的电脑都配有以太网接口和USB接口。随着高速USB标准、无线USB标准和快速以太网接口标准的推出，如何研制一种廉价的、即插即用和基于以太网接口或无线USB接口或USB接口的电脑主机的延伸装置及其工作方法，以便该延伸装置能够远离电脑主机；同时，也让无线USB型输入输出设备和/或USB型输入输出设备和/或显示器安装在远离电脑主机的延伸装置上，既可以在电脑主机上操控安装在延伸装置的外围设备，也可以在延伸装置的外围设备上操控和共享电脑主机上的外围设备和数据，并能够满足各种新需求，就成为人们关注和研发的一个新课题。该装置支持即插即用，安装方便，无须在电脑主机接口插槽内插入硬件。例如，该延伸装置通过以太网电缆连接到电脑主机时，可以安装在远离电脑主机达100米的地方，同时还可以通过路由器ROUTER或以太网转换器ETHERNET SWITCH使得同一台电脑主机的图像信息同时传送到多个电脑主机的延伸装置，并且，如果该延伸装置装有无线USB主控制器时，该延伸装置同时可以通过无线USB天线与无线USB设备相连，无须通过传统的USB电缆，因此该装置可以广泛用于各种场合，具有极大的社会价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够解决上述现有技术不足、并能满足不断出现的新应用的电脑主机的延伸装置及其工作方法，本发明是藉助无线USB总线技术或USB总线技术或以太网总线技术与即插即用技术，为电脑用户提供的一种简单、易用的电脑主机的延伸装置和方法，本发明能够在不同操作系统上实现，适用于各种支持无线USB总线接口或USB总线接口或以太网总线接口的电脑。其中电脑主机的延伸装置通过以太网总线接口或USB总线接口或无线USB天线连接到电脑主机，使得用户可以在离电脑主机比较远的延伸装置上使用电脑，同时该延伸装置又可以通过其USB接口或无线USB天线连接不同的无线USB型和/或USB型的输入输出设备，使得每个电脑主机的延伸装置可以根据不同需要选择使用不同设备。这样在电脑主机上可以操控安装在延伸装置的外围设备，在延伸装置的外围设备上可以操控和共享电脑主机上的外围设备和数据。由于两台或两台以上的电脑主机的延伸装置可以同时通过以太网总线接口或USB总线接口或无线USB天线连接到同一台电脑主机，这样只要购买一套操作系统和相关的应用软件，实现了低成本下的两台或两台以上的电脑主机的延伸装置连接和共享同一台电脑主机，极大限度地节省了硬件和软件成本。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电脑主机的延伸装置，该装置的控制电路上设有与电脑主机相连接的总线接口，用作该装置与电脑主机之间交换信息和数据的通道，以及直流电源；其特征在于所述装置的控制电路上至少包括有与所述总线接口相连的总线物理层收发器或总线控制器，按照相应的总线接口协议与电脑主机进行通信；总线桥接器或微处理器，用作该装置的控制中心，完成该装置与电脑主机之间的数据转换处理和控制命令的执行，以及按照相应的总线接口协议传送和执行电脑主机的命令，并向该装置的外围设备传送数据和命令；数据存储器，用于存储该装置在信息处理过程中的临时转换数据；非易失的闪存存储器，用于存储该装置的固化软件和/或初始化数据；图像显示卡Video Card或图像显示芯片Graphics accelerator，用于连接显示器或电视机接口，以便连接图像输出装置；所述总线物理层收发器和/或总线控制器、数据存储器、程序和/或初始化数据非易失的闪存存储器、图像显示卡或图像显示芯片分别连接总线桥接器或微处理器，相互传递数据信息。
所述装置的控制电路还包括有WUSB主控制器和/或USB主控制器，用作该装置与外接的无线USB型和/或USB型输入输出设备的接口，该两个部件分别连接总线桥接器或微处理器，以相互传递数据和命令信息；该两个部件还连接一个或一个以上的WUSB天线和/或USB总线接口，以便分别连接各种WUSB型和/或USB型输入输出装置；该WUSB主控制器和/或USB主控制器既可以与图像显示卡或图像显示芯片同时设置在所述延伸装置内，也可以选择两者之一设置在所述延伸装置内。
所述总线接口为三种以太网总线接口、无线通用串行总线WUSB接口和通用串行总线USB接口。
当该装置总线接口为以太网总线接口时，所述总线物理层收发器或总线控制器为以太网物理层收发器Ethernet PHY Transceiver及其相关的外围元器件组成；此时的总线桥接器包括有作为数据处理和控制中心的桥接器转换控制电路，以及分别与该桥接器数据转换控制电路连接的微处理器、图像显示卡或图像显示芯片接口电路、WUSB/USB主控制器接口电路、以太网介质存取控制器GMAC/MAC接口电路、数据存储器接口电路、非易失的闪存存储器接口电路和FIFO存储器；该总线桥接器可由能够实现其功能的微处理器及其外围电路替换之。
当该装置总线接口为WUSB接口时，所述总线物理层收发器或总线控制器由超宽带物理层收发器Ultera-Wideband(UWB)PHY Transceiver、相关的UWB介质存取控制器MAC和WUSB器件控制器及其相关的外围元器件组成；此时的总线桥接器包括有作为数据处理和控制中心的桥接器转换控制电路，以及分别与该桥接器转换控制电路连接的微处理器、图像显示卡或图像显示芯片接口电路、WUSB/USB主控制器接口电路、WUSB器件控制器接口电路、数据存储器接口电路、非易失的闪存存储器接口电路和FIFO存储器；所述总线桥接器可以集成由所述总线物理层收发器或总线控制器实现的WUSB器件控制器功能，此时，该总线桥接器中的WUSB器件控制器接口电路则由WUSB器件控制器替换之；该总线桥接器可由能够实现其功能的微处理器及其外围电路替换之。
当该装置总线接口为USB接口时，所述总线物理层收发器或总线控制器由USB器件控制器及其相关的外围元器件组成；此时的总线桥接器包括有作为数据处理和控制中心的桥接器转换控制电路，以及分别与该桥接器转换控制电路连接的微处理器、图像显示卡或图像显示芯片接口电路、WUSB/USB主控制器接口电路、USB器件控制器接口电路、数据存储器接口电路、非易失的闪存存储器接口电路和FIFO存储器；该总线桥接器可由能够实现其功能的微处理器及其外围电路替换之。
所述总线桥接器或微处理器是采用现场可编程逻辑阵列FPGA芯片或专用集成电路ASIC芯片及其外围元器件实现的。
所述装置控制电路中的总线物理层收发器或总线控制器与总线桥接器或微处理器集成在一片专用集成电路ASIC芯片内，辅以外围元器件实现其功能。
所述图像显示卡为PCI型图像显示卡、或AGP型图像显示卡、或PCIEXPRESS型图像显示卡；所述图像显示芯片为2D图像加速芯片、或2D/3D图像加速芯片、或LCD控制器。
所述WUSB主控制器是由超宽带物理层收发器Ultera-Wideband(UWB)PHY Transceiver、相关的UWB介质存取控制器MAC和WUSB主控制器逻辑电路及其有关的外围元器件组成。
所述装置控制电路中的总线接口、总线物理层收发器或总线控制器、总线桥接器、图像显示卡和/或图像显示芯片、WUSB主控制器和/或USB主控制器、WUSB天线和/或USB总线接口、数据存储器、非易失的闪存存储器都集中设置在显示器内的控制电路中。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种电脑主机的延伸装置的工作方法，其特征在于包括如下步骤(1)初始化准备操作在电脑主机的上层操作系统和底层操作系统之间装载驱动程序，以及在装置中的微处理器内安装固化软件；将该电脑主机的延伸装置分别连接电脑主机、显示器或电视机、以及相应的通用USB和/或WUSB输入输出设备；(2)建立数据交换通道将该电脑主机的延伸装置通过以太网接口或USB接口或无线USB天线连接到电脑主机，建立基于以太网总线或USB总线或WUSB总线通信协议的数据信息交换通道；(3)进行数据和命令信息的传递、转换和执行按照以太网总线标准或USB总线标准或WUSB总线标准的通信协议在电脑主机和电脑主机的延伸装置之间传递、转换数据和执行命令信息。
所述驱动程序用于指示操作系统为插入该电脑主机的以太网接口或USB接口的每个电脑主机的延伸装置或通过无线USB天线相连的每个电脑主机的延伸装置分别产生相应的装置符，并将上层操作系统传送来的标准的图像显示数据和命令、标准的WUSB/USB主控制器或WUSB/USB集线器数据和命令转换为该延伸装置所能理解和执行的信息，数据转换完毕后，再按照以太网总线标准或USB总线标准或WUSB总线标准格式打包，通过底层操作系统传送到所述总线桥接器或微处理器或固化在微处理器内的固化软件；同时，将总线桥接器或微处理器和/或固化软件传送来的数据和信息进行转换后传送给上层操作系统；所述总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器中的固化软件用于配合电脑主机的驱动程序完成该延伸装置的初始化，并按照驱动程序或上层操作系统的要求，执行以太网接口标准或USB总线接口标准或WUSB总线接口标准的操作或特殊指令的操作；以及执行来自所述驱动程序或所述延伸装置外围输入输出设备的操作请求，并将该操作请求或结果和状态返回所述驱动程序。
所述步骤(2)进一步包括下列步骤当所述延伸装置插入电脑主机的以太网接口或USB接口或通过无线USB型天线连接到电脑主机时，进入初始化所述驱动程序指示电脑主机的操作系统产生一个图像显示卡装置、一个WUSB/USB主控制器或WUSB/USB集线器装置，并由操作系统为其分配相应的装置符；而且，当所述延伸装置拔出电脑主机的以太网接口或USB接口或所述延伸装置失电时，所述装置符自动消失。
所述步骤(3)在电脑主机和该延伸装置之间传递图像数据的操作进一步包括下列步骤(301)电脑主机上层操作系统接受到该延伸装置对应的桌面系统Desktop应用程序发送给延伸装置的图像显示命令和数据；(302)电脑主机上层操作系统将图像显示命令和数据解释为一系列的标准图像驱动命令和数据后，将该命令和数据发送给驱动程序；
(303)驱动程序将标准图像驱动命令和数据转换为所述延伸装置能够理解并执行的特殊格式的图像显示操作命令和数据，按照USB标准或WUSB标准或以太网标准打包，再将打包后的数据和命令传送给电脑主机底层操作系统；(304)电脑主机的底层操作系统将打包后的特殊格式的图像显示操作命令和数据经无线USB天线或USB总线或以太网总线通道控制电路传送给所述延伸装置的总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(305)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件执行相应操作，将该特殊格式的图像显示操作命令和数据输出给图像显示卡或图像显示芯片或数据存储器，并将结果和状态信息经由底层操作系统返回给驱动程序。
所述步骤(3)在电脑主机和该电脑主机的延伸装置之间传递和转换WUSB主控制器或USB主控制器数据和命令的操作进一步包括下列步骤(311)电脑主机上层操作系统接受到操作系统内核Kernel或USB型输入输出设备驱动程序或WUSB型输入输出设备驱动程序发送给该电脑主机的延伸装置的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令；(312)电脑主机上层操作系统将接收到的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令解释为一系列的标准的USB主控制器或WUSB主控制器数据和命令，并将该数据和命令发送给驱动程序；(313)驱动程序将标准的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令转换为该延伸装置能够理解并执行的特殊格式的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令，并按照USB标准或WUSB标准或以太网标准打包，再将打包后的数据和命令传送给电脑主机底层操作系统；(314)电脑主机底层操作系统将打包后的特殊格式的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令经USB总线或无线USB天线或以太网总线通道控制电路传送给该延伸装置的总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(315)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件执行相应操作，将该特殊格式的WUSB主控制器或USB主控制器的数据和命令输出给WUSB主控制器或USB主控制器或数据存储器，由WUSB主控制器或USB主控制器处理该数据或执行相应的操作，并将结果和状态信息或读取的WUSB型输入输出设备和/或USB型输入输出设备的数据经由总线桥接器或微处理器发送给底层操作系统，再由底层操作系统传送返回给驱动程序。
所述步骤(3)在电脑主机的延伸装置内的USB主控制器或WUSB主控制器与其外接的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备之间传递和转换数据和命令的操作进一步包括下列步骤(321)USB主控制器或无线USB主控制器接收来自总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件传送的命令和数据；(322)USB主控制器或无线USB主控制器执行相应的操作，将命令直接输出到与其相连的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备，或把数据从数据存储器中读出并输出到与其相连的相应的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备，或者从相应的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备中读入数据，并写入到数据存储器中；(323)USB主控制器或无线USB主控制器执行完上述操作后，通知总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件，由总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件进行后续处理。
所述步骤(3)进行的数据信息传递和转换，当电脑主机调用插入该电脑主机的延伸装置的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备的驱动程序时，该操作进一步包括下列步骤(331)USB主控制器或无线USB主控制器将新插入的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备信息通知总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(332)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件将新插入的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备信息通过无线USB天线或USB总线或以太网总线通道传送给底层操作系统；(333)底层操作系统将新插入的USB型输入输出设备信息或无线USB型输入输出设备信息传送给驱动程序；(334)驱动程序通知上层操作系统有USB外围设备或无线USB外围设备已插入电脑主机的延伸装置，并将新插入的USB外围设备信息或无线USB外围设备信息传送给上层操作系统；(335)上层操作系统根据新插入的USB型输入输出设备信息或无线USB型输入输出设备信息调用相应的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备的驱动程序。
当电脑主机的延伸装置通过以太网接口连接到电脑主机时，该延伸装置和电脑主机之间的数据交换是在以太网协议基础上按照以太网MAC地址协议或因特网协议IP进行的。
本发明的优点是该电脑主机的延伸装置支持即插即用，安装方便，无须在电脑主机接口插槽内插入硬件；同时，使用该延伸装置时，其电脑主机可以安装在距离恶劣环境比较远而相对安全的地方，例如该延伸装置可以安装在环境恶劣的生产车间，而电脑主机安装在专门的计算机房；也可以在电脑教室中安装和使用该电脑主机的延伸装置，而将电脑主机安装在专门的计算机房，通过路由器和/或USB延长器USB Extender将终端连接到电脑主机，从而保证电脑主机的安全。而在家庭里，可以将电脑主机安装在书房或计算机房，再将该电脑主机的延伸装置连接到电视机、USB型鼠标和键盘，并通过以太网电缆和计算机主机相连接，就可以构成家庭多媒体中心，取代网络电视。
同时，也可以将两个或两个以上的本发明电脑主机的延伸装置通过以太网总线接口或USB总线接口或无线USB天线同时连接到电脑主机，每一个电脑主机的延伸装置通过连接相应的外围设备而构成一个电脑终端，供一个用户使用。当N个电脑主机的延伸装置通过以太网接口或USB接口或无线USB天线连接到同一台电脑主机时，再加上主机本身所配的外围设备，就有N+1个计算机用户在同时使用该台电脑主机，共享该电脑主机的外围设备、操作系统和其它软件资源；而且，这N+1个计算机用户只需购买一套操作系统和相关的应用软件，极大限度地节省了硬件和软件成本，因此，本发明的电脑主机的延伸装置可以广泛地用于家庭或学校或企业。
图1是通过无线USB天线或USB总线接口连接到电脑主机的本发明电脑主机的延伸装置的控制电路结构组成方框图。
图2是通过以太网总线接口连接到电脑主机的本发明电脑主机的延伸装置的控制电路结构组成方框图。
图3是图1中WUSB/USB总线桥接器的控制电路结构组成方框图。
图4是图2中以太网总线桥接器的控制电路结构组成方框图。
图5是本发明电脑主机的延伸装置连接到电脑主机时的工作方法流程方框图。
图6是本发明的软件结构层次示意图。
图7是本发明中的固化软件操作流程方框图。
图8是本发明中的驱动程序操作流程方框图。
图9是两台本发明电脑主机的延伸装置通过以太网电缆分别连接到同一台电脑主机的以太网接口的实施例示意图。
图10是四台本发明电脑主机的延伸装置通过路由器连接到同一台电脑主机的实施例示意图。
图11是本发明电脑主机的延伸装置集成于显示器控制面板内、并以触摸屏作为用户输入设备的实施例示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，介绍本发明的电脑主机的延伸装置的控制电路硬件结构组成方框图，该终端100的控制电路包括有为该延伸装置提供电源的直流电源5，WUSB或USB器件控制器20A，与WUSB或USB器件控制器20A连接、用于与电脑主机连接的WUSB天线或USB总线接口10A，WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A及与其相互连接并传递数据信息的外围器件图像显示卡Video Card或图像显示芯片2D/3D Graphics accelerator 40、WUSB主控制器和/或USB主控制器60、用于存储该延伸装置在信息处理过程中的临时转换数据的数据存储器80和存储该延伸装置的固化软件和/或初始化数据的非易失的闪存存储器90。其中WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A用作该装置的控制中心，完成该延伸装置与电脑主机之间的数据转换处理和控制命令的执行，以及按照USB总线接口标准或无线USB总线接口标准向该延伸装置外围设备传送数据和执行命令；图像显示卡或图像显示芯片40连接显示器或电视机接口50，以便连接图像输出装置；WUSB和/或USB主控制器60用作该延伸装置与无线USB型外围设备和/或USB型外围设备的接口，可以同时连接多个WUSB天线和/或USB总线接口70，71、72和73，以便分别连接各种WUSB型输入输出设备和/或USB型输入输出设备。该延伸装置由电脑主机(图中未示)中的上层操作系统和底层操作系统之间的驱动程序和该延伸装置100的USB总线桥接器或微处理器30A和/或固化在微处理器内的固化软件进行驱动。这两个软件的安装结构层次如图6所示。
参见图2，介绍本发明另一种结构的电脑主机的延伸装置的控制电路硬件结构组成方框图，其与图1的区别只是采用以太网总线接口与电脑主机连接和交换信息；此时图1中的WUSB/USB器件控制器20A、用于与电脑主机连接的WUSB天线/USB总线接口10A和WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A分别被以太网物理层收发器20B、用于与电脑主机连接的以太网总线接口10B和以太网总线桥接器或微处理器30B同时进行置换。其它器件及其连接方式和工作原理都与图1相同，这里不再叙述。
需要特别说明的是，图1和图2中的图像显示卡或图像显示芯片40和连接图像输出装置的显示器或电视机接口50，以及用作无线USB型输入输出设备和/或USB型输入输出设备的接口的WUSB/USB主控制器60及其多个WUSB天线和/或USB总线接口70、71、72和73，既可以同时配置在一个电脑主机的延伸装置100内，也可以在电脑主机的延伸装置100内只选配两者其中之一，组成一种相对结构简易的设备，以满足不同用户的需求。
另外，图1和图2中的WUSB/USB器件控制器20A和WUSB/USB主控制器60，可以是有线USB器件控制器或有线USB主控制器，也可以是基于超宽带Ultra-Wideband(UWB)的无线WUSB器件控制器或无线WUSB主控制器。如果采用无线WUSB器件控制器或无线WUSB主控制器时，则相应的WUSB天线/USB总线接口10A、70～73都应为无线WUSB型天线。无线WUSB器件控制器或无线WUSB主控制器可以分别集成WUSB UWD收发器电路和相应的Ultra-wideband(UWB)Medium access control(MAC)超宽带介质存取控制器电路，如果无线WUSB器件控制器和/或无线WUSB主控制器中没有集成WUSBUWD收发器电路时，还需要另外设置WUSB UWD收发器Transceiver电路分别与无线USB器件控制器或无线USB主控制器相连接，以及设置WUSB UWD收发器Transceiver电路与无线USB型天线相连接。
为了叙述简单，下述涉及USB的输入输出装置都同时包括相关的有线USB输入输出设备和无线WUSB输入输出设备。
本发明的电脑主机的延伸装置由安装在电脑主机(图中未示)中上层操作系统和底层操作系统之间的驱动程序和在该电脑主机的延伸装置100中的WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)和/或固化在微处理器内的固化软件进行驱动。这两个软件的安装结构层次如图6所示。其中驱动程序按照其流程工作，在该电脑主机的延伸装置通过USB总线接口或以太网接口插入电脑主机或通过无线USB天线连接到电脑主机时，配合WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)以及固化软件(firmware)一起完成该延伸装置的初始化，并指示电脑主机的上层操作系统产生一个图像显示卡装置、一个WUSB/USB主控制器和/或WUSB和/或USB集线器装置。
当通用的有线USB型设备(如USB型键盘)插入本发明电脑主机的延伸装置的USB总线接口70、71、72或73时，或者当无线WUSB型设备加电时，WUSB/USB主控制器60就将插入的USB设备信息和/或无线USB设备信息通过USB桥接器或微处理器30A(图2中为以太网桥接器或微处理器30B)和USB器件控制器20A(图2中为以太网物理层PHY收发器20B)传递到电脑主机中的驱动程序，由该驱动程序通知上层操作系统有一USB设备和/或无线USB设备已插入电脑主机的延伸装置，由上层操作系统调用相应的USB设备和/或无线USB设备的驱动程序。
本发明中图1所示的WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A和图2所示的以太网总线桥接器或微处理器30B的结构形式不限；既可以由现场可编程逻辑器件FPGA的结构型式组成，也可制成为一个专用的集成电路ASIC芯片，还可以将USB总线桥接器或微处理器30A与USB通用串行总线接口控制器20A组合在一起，或者将以太网总线桥接器或微处理器30B与以太网物理层PHY收发器20B组合在一起，分别集成于一个专用集成电路ASIC芯片中。其中微处理器32也可以作为一个独立的微处理器芯片。图像显示卡VIDEO CARD或图像显示芯片Graphics Aceelerator Chip 40的结构型式也没有限定，可以是PCI型图像显示卡、或AGP型图像显示卡、或PCI EXPRESS型图像显示卡，也可以是2D图形加速芯片、或2D/3D图形加速芯片、或LCD控制器。数据存储器80可以为SRAM、或SDRAM、或DDR RAM。非易失闪存存储器90为任何掉电不失数据的存储器，例如FLASH、EEPROM、ROM等。
参见图3，介绍图1中的电脑主机的延伸装置WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A的结构组成方框图，包括WUSB/USB器件控制器接口31A、微处理器32、桥接器控制转换电路33、图像显示卡或图像显示芯片接口电路34、WUSB/USB主控制器接口电路35、数据存储器接口电路36、FIFO存储器37以及非易失的闪存存储器接口电路38。其中WUSB/USB器件控制器接口31A分别通过控制信号A和数据信号总线B与WUSB/USB器件控制器20A相连，通过控制信号D和数据信号总线E与FIFO存储器37相连，通过控制信号C和桥接器控制转换电路33相连。该桥接器控制转换电路33还分别通过控制信号H和数据总线信号I与微处理器32相连，通过数据总线Y和非易失的闪存存储器接口电路38相连，通过控制信号J和地址总线K与图像显示卡或图像显示芯片接口电路34相连，通过控制信号M和地址总线N与WUSB/USB主控制器接口电路35相连，通过控制信号O和地址总线P与数据存储器接口电路36相连。非易失的闪存存储器接口电路38还通过数据总线信号X与存储固化软件和/或初始化数据的非易失闪存存储器90相连。图像显示卡或图像显示芯片接口电路34又通过数据总线信号R与图像显示卡或图像显示芯片40相连。WUSB/USB主控制器接口电路35还通过控制信号U、地址总线V和数据总线W与数据存储器接口电路36相连，以及通过控制信号S与WUSB/USB主控制器60相连，数据存储器接口电路36通过数据总线信号T与数据存储器80相连。
其中WUSB/USB总线桥接器可以集成由上述WUSB或USB器件控制器20A实现的WUSB器件控制器功能，此时，该总线桥接器中的WUSB器件控制器接口电路31则由WUSB器件控制器替换之。
参见图4，该图是图2中的电脑主机的延伸装置里的以太网总线桥接器或微处理器30B的结构组成方框图，其与图3中的WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A的区别只是用以太网GMII/MAC控制器接口31B替换图3中的WUSB/USB器件控制器接口31A，用以太网物理层收发器20B替换图3中的WUSB/USB器件控制器20A，其它各个器件及其相互之间的信号连线都相同，不再赘述。
图3和图4中总线R的型式不限，可以是PCI型总线、AGP型总线、PCIEXPRESS型总线或其他类型的传输总线；总线S的型式也不限，可以是PCI型总线或其他类型的总线；总线T的型式还不限，可以是任何形式的存储器芯片读写总线。如果图像显示卡或图像显示芯片和WUSB/USB主控制器都是PCI型总线接口，则图3和图4所示的图像显示卡或图像显示芯片接口电路34和WUSB/USB主控制器接口电路35可以集成于一个接口电路。
下面结合图3和图4，简要说明该电脑主机的延伸装置中WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A、以太网总线桥接器或微处理器30B的工作原理和各种信号处理流程(1)当该延伸装置得电时，微处理器32通过总线信号Y给非易失的闪存存储器接口电路38发出读写命令，再由该非易失的闪存存储器接口电路38通过总线信号X从非易失闪存存储器90中读取固化软件和/或初始化数据再传送给微处理器32，并通过控制信号H和数据总线I给桥接器控制转换电路33发送初始化命令，并由桥接器控制转换电路33执行之。
(2)用于接受来自电脑主机的命令和数据的WUSB/USB器件控制器20A或以太网物理层收发器20B通过控制总线A和数据总线B分别与WUSB/USB器件控制器接口31A或以太网GMAC/MAC控制器31B相连，WUSB/USB器件控制器接口31A或以太网GMAC/MAC控制器31B又通过控制信号C将电脑主机的命令传送到桥接器控制转换电路33，同时还通过先进先出控制信号D将来自电脑主机的数据通过数据总线E传送给FIFO存储器37。WUSB/USB器件控制器接口31A或以太网GMAC/MAC控制器31B同时也会将来自桥接器控制转换电路33的状态及控制命令C、来自FIFO存储器的数据信息E传送到电脑主机。
(3)桥接器控制转换电路33接收来自WUSB/USB器件控制器接口31A或以太网GMAC/MAC控制器31B的控制信号C，同时也接收来自微处理器32的控制信号H和数据总线信号I，桥接器控制转换电路33根据所接收的不同的命令分别进行不同的处理。
(4)如果桥接器控制转换电路33接收到给图像显示卡或图像显示芯片40输出/输入数据和/或命令，则发出DMA控制信号J和DMA地址信号K给图像显示卡或图像显示芯片接口电路34，图像显示卡或图像显示芯片接口电路34准备好后，启动DMA引擎，发出先进先出控制信号F给FIFO存储器37，并将数据通过数据总线G从FIFO存储器37传送到图像显示卡或图像显示芯片接口电路34，或从图像显示卡或图像显示芯片接口电路34传送到FIFO存储器37；图像显示卡或图像显示芯片接口电路34再将传送来的DMA的读写命令和数据转换成图像显示卡或图像显示芯片型总线信号R的读写处理过程，以执行该命令。
(5)如果桥接器控制转换电路33接收到给WUSB/USB主控制器60输出/输入数据和/或命令，则发出DMA控制信号M和DMA地址信号N给USB主控制器接口电路35，USB主控制器接口电路35准备好后，启动DMA引擎，发出先进先出控制信号F给FIFO存储器37，并将数据通过数据总线G从FIFO存储器37传送到WUSB/USB主控制器接口电路35或从WUSB/USB主控制器接口电路35传送到FIFO存储器37；WUSB/USB主控制器接口电路35再将传送来的DMA读写命令和数据转换成WUSB/USB主控制器型总线信号S的读写过程，以执行该命令。
(6)如果桥接器控制转换电路33收到给数据存储器80输出/输入数据和/或命令，则发出DMA控制信号M和DMA地址信号N给数据存储器接口电路36，数据存储器接口电路36准备好后，启动DMA引擎，发出先进先出控制信号F给FIFO存储器37，并将数据通过数据总线G从FIFO存储器37传送到数据存储器接口电路36，或从数据存储器接口电路36传送到FIFO存储器37；数据存储器接口电路36将传送来的DMA读写命令和数据转换成数据存储器内存单元型总线信号T的读写过程，以执行该命令。
(7)如果WUSB/USB主控制器60欲从数据存储器80读写数据，WUSB/USB主控制器60通过总线信号S给WUSB/USB主控制器接口电路35发出DMA读写命令，WUSB/USB主控制器接口电路35则通过DMA控制信号U、DMA地址信号V和数据信号W给数据存储器接口电路36发送信号，数据存储器接口电路36又通过数据总线T把数据写入或从数据存储器80中读出，然后通过DMA控制信号U和数据信号W将读入的数据或写入的反馈信号经过WUSB/USB主控制器接口电路35再传送给WUSB/USB主控制器60。
(8)以太网GMAC/MAC控制器31B按照设定的通信方式和以太网ETHENERT通信协议标准，只接受相关的符合规范的MAC地址的以太网数据，并按照以太网的标准发送数据。
(9)当该电脑主机的延伸装置通过以太网接口连接到电脑主机时，桥接器控制转换电路33和/或微处理器32可以采用TCP/IP、UDP/IP协议与电脑主机交换数据，也可以按照自定义的通信协议和电脑主机交换数据。
参见图5，本发明是一种电脑主机的图像终端的工作方法，包括如下步骤(1)初始化准备操作在电脑主机的上层操作系统和底层操作系统之间装载驱动程序，以及在装置中的微处理器内安装固化软件；将该电脑主机的延伸装置分别连接电脑主机、显示器或电视机、以及相应的通用USB和/或WUSB输入输出设备；(2)建立数据交换通道将该电脑主机的延伸装置通过以太网接口或USB接口或无线USB天线连接电脑主机，建立基于以太网总线或USB总线或WUSB总线通信协议的数据信息交换通道；(3)进行数据和命令信息的传递、转换和执行按照以太网总线标准或USB总线标准或WUSB总线标准的通信协议在电脑主机和该电脑主机的延伸装置之间传递、转换数据和执行命令信息。
参见图6，本发明电脑主机的延伸装置的工作方法是由安装在电脑主机里的驱动程序和WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)和/或安置在该装置微处理器32中的固化软件(firmware)共同驱动完成的。其中WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)和/或安置在该装置微处理器32中的固化软件与电脑主机的底层操作系统互动，驱动程序被装载在电脑主机的上层操作系统和底层操作系统之间，该驱动程序与电脑主机上层操作系统和底层操作系统互动。
本发明又是一种电脑主机的延伸装置的工作方法，包括建立电脑主机与该延伸装置之间的信息交换通道，在电脑主机内安装驱动程序，以及分别设置电脑主机与该延伸装置之间的图像数据和命令信息的传送方法、WUSB或USB主控制器的数据和命令信息的传送方法和电脑主机底层操作系统与该装置驱动程序之间的信息交流方法。本发明的电脑主机的延伸装置及其工作方法适用于任何支持以太网总线接口或USB总线接口或无线USB总线接口的操作系统。
本发明电脑主机的延伸装置内设有实现以太网接口标准功能或WUSB/USB总线接口标准功能、控制数据信息传送和执行命令的以太网物理层收发器20B(或WUSB/USB器件控制器20A)与以太网总线桥接器或微处理器30B(或WUSB/USB总线桥接器和/或微处理器30A)以及固化在微处理器内的固化软件。其中WUSB/USB总线桥接器30A或以太网总线桥接器30B按照前述工作原理工作，而设置在该电脑主机的延伸装置微处理机中的固化软件(firmware)则按照其自身流程进行如下操作当本发明延伸装置通过以太网接口或USB总线接口插入电脑主机或通过无线USB天线连接到电脑主机时，该WUSB/USB总线桥接器30A或以太网总线桥接器30B和/或相应的固化软件就配合电脑主机的驱动程序完成该延伸装置的初始化，并按照电脑主机内的驱动程序或上层操作系统的要求，执行WUSB/USB总线标准或以太网接口标准的操作或执行其它特殊指令的操作；将来自电脑主机的图像数据和命令、WUSB/USB主控制器的数据和命令分别传送给图像显示卡或图像显示芯片40、WUSB/USB主控制器60、数据存储器80，同时WUSB/USB总线桥接器30A或以太网总线桥接器30B和/或固化软件也会根据命令将从图像显示卡或图像显示芯片40、WUSB/USB主控制器60、数据存储器80读出的数据信息通过WUSB天线或USB总线接口或以太网接口传送给电脑主机。
如果该电脑主机的延伸装置通过以太网总线接口10B连接到电脑主机时，以太网总线桥接器或微处理器30B中的以太网GMAC/MAC控制器31B只接受相关的符合设定规范的MAC地址的以太网数据，并按照以太网通信协议标准发送数据；同时桥接器控制转换电路33或微处理器32则能够以TCP/IP、UDP/IP协议和电脑主机交换数据，也可以按照自定义的协议和电脑主机交换数据。
安装在电脑主机上的驱动程序工作流程是当该延伸装置通过USB总线接口或以太网接口插入电脑主机或通过无线USB天线连接到电脑主机时，驱动程序就配合WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A和/或固化在微处理器内的固化软件(或以太网总线桥接器或微处理器30B和/或固化在微处理器内的固化软件)一起完成该延伸装置的初始化，并指示上层操作系统产生一个图像显示卡装置、一个WUSB主控制器或USB主控制器装置或WUSB集线器或USB集线器装置。此后，该驱动程序将上层操作系统传送来的标准的图像显示数据和命令、标准的WUSB主控制器或USB主控制器或WUSB集线器或USB集线器的数据和命令进行转换后，按照WUSB总线标准或USB总线标准或以太网总线标准规定格式打包，通过底层操作系统传送到WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A或以太网总线桥接器或微处理器30B和/或固化软件执行。该驱动程序同时将WUSB/USB总线桥接器30A或以太网总线桥接器30B和/或固化软件传送来的数据进行转换后，传送给上层操作系统。驱动程序还要完成即插即用和其它可支持的与上层操作系统的协调操作；一旦该延伸装置从电脑主机拔出，驱动程序会立即通知上层操作系统取消分配给该延伸装置的所有装置符。
当本发明的多个电脑主机的延伸装置分别通过USB总线接口或以太网接口插入电脑主机或通过无线USB天线连接到电脑主机时，每个延伸装置都可以分别连接显示器或电视机，还可同时通过无线USB天线或USB总线接口70、71、72或73连接各种通用的无线USB型设备或USB型设备，所有这些延伸装置及其连接的外围输入输出设备都由该电脑主机的操作系统进行管理，同时所有这些延伸装置都可以共享电脑主机的应用软件和数据资源。
当通用的或无线USB型设备或USB型设备(如USB型键盘)通过无线USB天线连接到该电脑主机的延伸装置或插入该延伸装置的USB总线接口70、71、72或73时，WUSB/USB主控制器60将无线USB设备的信息或USB设备信息通过WUSB/USB桥接器或微处理器30A(或以太网桥接器或微处理器30B)、WUSB/USB器件控制器20A(或以太网物理层PHY收发器20B)传送到电脑主机中的驱动程序，由驱动程序通知上层操作系统已有无线USB设备或USB设备插入图像终端，由上层操作系统调用相应的USB设备的驱动程序。
本发明的电脑主机的延伸装置与电脑主机之间的信息传送方法，采用无线USB总线标准或USB总线标准或以太网总线标准的规范方法，由无线USB天线或USB总线接口或以太网总线接口两端的驱动程序和WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)和/或固化软件分别按照通信协议格式将欲传送的数据信息打包后，再传送给对方。
下面介绍本发明电脑主机的延伸装置的工作方法，其中在电脑主机和该延伸装置之间传送图像数据的操作包括如下步骤(1)电脑主机上层操作系统接受到用户桌面系统Desktop应用程序发送给该电脑主机的延伸装置的图像显示命令和数据；(2)电脑主机上层操作系统将图像显示命令和数据解释为一系列的标准图像驱动命令和数据后，将该命令和数据发送给驱动程序；(3)驱动程序将标准图像驱动命令和数据转换为该延伸装置能够理解并执行的特殊格式的图像显示操作命令和数据，按照USB标准或WUSB标准或以太网标准打包，再将打包后的数据和命令传送给电脑主机底层操作系统；(4)电脑主机的底层操作系统将打包后的特殊格式的图像显示操作命令和数据经无线USB天线或USB总线或以太网总线通道控制电路传送给该延伸装置的总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(5)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件执行相应操作，将该特殊格式的图像显示操作命令和数据输出给图像显示卡或图像显示芯片或数据存储器，并将结果和状态信息经由底层操作系统返回给驱动程序。
本发明电脑主机的延伸装置的工作方法中，在电脑主机和该延伸装置之间传送USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令的操作包括如下步骤(1)电脑主机上层操作系统接受到操作系统内核Kernel或相关的USB外围输入输出设备PERIPHERAL驱动程序或WUSB外围输入输出设备驱动程序发送给该延伸装置的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令；(2)电脑主机上层操作系统将接收到的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令解释为一系列的标准的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令，并将该数据和命令发送给驱动程序；(3)驱动程序将标准的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令转换为该延伸装置中总线桥接器或以太网总线桥接器或固化软件能够理解并执行的特殊格式的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令，并按照USB标准或WUSB标准或以太网标准打包，再将打包后的数据和命令传送给电脑主机底层操作系统；(4)电脑主机底层操作系统将打包后的特殊格式的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令经无线USB天线或USB总线或以太网总线通道控制电路传送给给该延伸装置的总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(5)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件执行相应操作，将该特殊格式的WUSB主控制器或USB主控制器的数据和命令输出给WUSB主控制器或USB主控制器或数据存储器，由WUSB主控制器或USB主控制器处理该数据或执行相应的操作，并将结果和状态信息或读取的WUSB外围输入输出设备和/或USB外围输入输出设备的数据经由总线桥接器或微处理器发送给底层操作系统，再由底层操作系统传送返回给驱动程序。
本发明电脑主机的延伸装置的工作使用方法中，该延伸装置内的USB主控制器或WUSB主控制器与外接的USB输入输出设备或无线USB输入输出设备之间传送和转换数据和命令的操作包括如下步骤(1)USB主控制器或无线USB主控制器接收来自总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件传送的命令和数据；(2)USB主控制器或无线USB主控制器执行相应操作，将命令直接输出到相应的USB外接的输入输出设备或无线USB输入输出设备或把数据从数据存储器中读出，并输出到相应的USB外接的输入输出设备或无线USB输入输出设备，或者从相应的USB输入输出设备或无线USB输入输出设备中读入数据，并写入到数据存储器中；(3)USB主控制器或无线USB主控制器执行完上述操作后，采用中断方式通知总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件，由总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件进行后续处理。
本发明电脑主机的延伸装置的工作方法中，当电脑主机调用插入该延伸装置的USB外围输入输出设备或无线USB外围输入输出设备的驱动程序时，该操作包括如下步骤(1)USB主控制器或无线USB主控制器通过中断方式将新插入的USB外围设备或无线USB外围设备信息通知总线桥接器桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(2)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件将新插入的USB外围设备信息或无线USB外围设备信息通过USB总线或以太网通道传送给底层操作系统；(3)底层操作系统将新插入的USB外围设备信息或无线USB外围设备信息传送给驱动程序；(4)驱动程序通知上层操作系统有USB外围设备或无线USB外围设备已插入该延伸装置，并将新插入的USB外围设备信息或无线USB外围设备信息传送给上层操作系统；(5)上层操作系统根据新插入的USB外围设备信息或无线USB外围设备信息调用相应的USB外围设备或无线USB外围设备的驱动程序。
参见图7，具体介绍本发明固化软件的流程图。当本发明电脑主机的延伸装置通过USB接口或以太网接口插入到电脑主机或通过无线USB天线连接到电脑主机时，该延伸装置的微处理器32立即开始执行固化在该微处理器32中的固化软件指令首先进行初始化，完成初始化后即进入等待状态，等待电脑主机底层操作系统传送来的命令和数据。当该延伸装置得电后，电脑主机的上层操作系统会查询WUSB/USB器件控制器20A(或以太网PHY收发器20B)，此时WUSB/USB器件控制器20A(或以太网PHY收发器20B)会将电脑主机操作系统传送来的信息传送给WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)和/或微处理器32，然后WUSB/USB总线桥接器30A(或以太网总线桥接器30B)或微处理器32通过操作WUSB/USB器件控制器20A(或以太网PHY收发器20B)与电脑主机上层操作系统取得联系，电脑主机上层操作系统则根据该延伸装置的WUSB/USB器件控制器20A(或以太网PHY收发器20B)所反馈的信息，向WUSB/USB总线桥接器30A(或以太网总线桥接器30B)或微处理器32发送相应的初始化指令。
本发明中所述微处理器32和固化软件所实现的功能也可以由相应的硬件逻辑电路实现，此时，可以省略该微处理器32和固化软件。
参见图8，具体介绍本发明驱动程序的流程图(需要说明的是图8中的描述是以USB主控制器的相关操作为主，实际上还包括有WUSB主控制器或USB集线器或WUSB集线器的类似操作，不再赘述)。当本发明的每个电脑主机的延伸装置通过USB接口或以太网接口插入电脑主机或通过无线USB天线连接到电脑主机时，电脑主机上层操作系统都会通过USB接口或以太网接口或无线USB天线接口自动检测到该延伸装置的插入，此时上层操作系统就会立即激活驱动程序。该驱动程序被激活后，即执行初始化操作，同时配合WUSB/USB总线桥接器/或微处理器30A(或以太网总线桥接器/或微处理器30B)或固化软件完成该延伸装置的初始化，并指示上层操作系统产生一个图像显示卡装置、一个WUSB主控制器装置或USB主控制器装置或WUSB集线器装置或USB集线器装置。上层操作系统接到该指令后，就为该延伸装置产生并分配相应的装置符。在上述操作过程中，WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)或固化软件会接收并处理来自上层操作系统和驱动程序的操作请求。当驱动程序完成插入处理后，即进入等待输入操作请求的等待状态。
当用户把该延伸装置从电脑主机的USB接口或以太网接口拔出或关掉该电脑主机的延伸装置的电源时，WUSB/USB总线桥接器或微处理器30A(或以太网总线桥接器或微处理器30B)或固化软件立即停止运行，而电脑主机的上层操作系统能够自动检测到该延伸装置已经从电脑主机上拔出或失电；此时，上层操作系统会立即把这一事件通知驱动程序，驱动程序接到该通知后，立即执行相关处理，并指示上层操作系统消除与该延伸装置相对应的各个装置和装置符；上层操作系统接到指令后，操作系统立即取消与该延伸装置相对应的各个装置和装置符。
图9是本发明的两个电脑主机的延伸装置分别通过各自以太网接口连接到同一个电脑主机的第一实施例示意图，该图可以作为一个家庭中通过两个本发明的延伸装置使用同一台电脑主机配置的实施例。其中延伸装置B通过以太网电缆连接到电脑主机200的以太网接口210，同时，该延伸装置B通过四个外围USB总线接口70、71、72、73分别连接到USB音响700、USB键盘500、USB鼠标400和USB电视调谐器TUNER300，还通过显示器或电视机接口50连接到电视机330，从而构成一个家庭多媒体影像中心。同样地，通过以太网电缆连接到同一电脑主机200的以太网接口220的电脑主机的延伸装置A则通过三个外围设备的USB总线接口71、72、73分别连接到USB键盘500、USB鼠标400和USB型网络摄像器WEBCAM 600，并通过显示器或电视机接口50连接到显示器800，此时，电脑主机可以安装在另外一个地方，这样电脑主机的延伸装置B和电脑主机的延伸装置A及其连接的外围设备可以构成俩个终端，可以供俩个用户同时使用。而且，延伸装置B还可以在电视机330上看到延伸装置A的USB型网络摄像器WEBCAM 600发送的图像信息，延伸装置A也可以在显示器800上看到图像终端B的USB电视调谐器TUNER 300的图像信息。
图9所示的显示器800的型式不限，可以是VGA显示器、LCD显示器或电视机，本实施例中是以VGA显示器为说明。USB外围设备的接口数量不限，本实施例中是以四个为说明。
图10是本发明电脑主机的延伸装置用于电视教学或广告发送的实施例示意图，图中四台延伸装置100的以太网接口10B通过以太网电缆分别连接到路由器900的以太网接口910、920、930、940，路由器900通过其以太网接口950藉由以太网电缆连接到电脑主机200的以太网接口210，其中每个延伸装置100都通过各自的显示器和/或电视机接口50连接到显示器800，以输出图像进行电视教学或广告发送。其中，电脑主机的延伸装置100的USB外围总线接口也可以根据需要连接相应的USB设备；电脑主机200通过路由器900向各个延伸装置100分别发送图像显示信息，各个延伸装置100既可以显示相同的图像信息，也可以显示不同的图像信息。
图11是本发明电脑主机的延伸装置通过一个USB接口或以太网接口连接到电脑主机的第三实施例示意图。该延伸装置100的控制电路都整合于显示器800中的显示控制主板上。延伸装置100的USB接口10A或以太网接口10B与电脑主机200的USB端口或以太网端口210相连接，以实现该装置100与电脑主机200之间的信息和数据的交换；还通过显示器或电视机接口50与该显示器控制主板的输入端相连，以便输出图像信息，并显示在该显示器800中；同时，其作为外围USB总线接口之一的触摸屏接口75与触摸屏450相连，以接受触摸屏输入的命令和数据。
权利要求
1.一种电脑主机的延伸装置，该装置的控制电路上设有与电脑主机相连接的总线接口，用作该装置与电脑主机之间交换信息和数据的通道，以及直流电源；其特征在于所述装置的控制电路上至少包括有与所述总线接口相连的总线物理层收发器或总线控制器，按照相应的总线接口协议与电脑主机进行通信；总线桥接器或微处理器，用作该装置的控制中心，完成该装置与电脑主机之间的数据转换处理和控制命令的执行，以及按照相应的总线接口协议传送和执行电脑主机的命令，并向该装置的外围设备传送数据和命令；数据存储器，用于存储该装置在信息处理过程中的临时转换数据；非易失的闪存存储器，用于存储该装置的固化软件和/或初始化数据；图像显示卡Video Card或图像显示芯片Graphics accelerator，用于连接显示器或电视机接口，以便连接图像输出装置；所述总线物理层收发器和/或总线控制器、数据存储器、程序和/或初始化数据非易失的闪存存储器、图像显示卡或图像显示芯片分别连接总线桥接器或微处理器，相互传递数据信息。
2.根据权利要求1所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述装置的控制电路还包括有WUSB主控制器和/或USB主控制器，用作该装置与外接的无线USB型和/或USB型输入输出设备的接口，该两个部件分别连接总线桥接器或微处理器，以相互传递数据和命令信息；该两个部件还连接一个或一个以上的WUSB天线和/或USB总线接口，以便分别连接各种WUSB型和/或USB型输入输出装置；该WUSB主控制器和/或USB主控制器既可以与图像显示卡或图像显示芯片同时设置在所述延伸装置内，也可以选择两者之一设置在所述延伸装置内。
3.根据权利要求1所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述总线接口为三种以太网总线接口、无线通用串行总线WUSB接口和通用串行总线USB接口。
4.根据权利要求1或2或3所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于当该装置总线接口为以太网总线接口时，所述总线物理层收发器或总线控制器为以太网物理层收发器Ethernet PHY Transceiver及其相关的外围元器件组成；此时的总线桥接器包括有作为数据处理和控制中心的桥接器转换控制电路，以及分别与该桥接器数据转换控制电路连接的微处理器、图像显示卡或图像显示芯片接口电路、WUSB/USB主控制器接口电路、以太网介质存取控制器GMAC/MAC接口电路、数据存储器接口电路、非易失的闪存存储器接口电路和FIFO存储器；该总线桥接器可由能够实现其功能的微处理器及其外围电路替换之。
5.根据权利要求1或2或3所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于当该装置总线接口为WUSB接口时，所述总线物理层收发器或总线控制器由超宽带物理层收发器Ultera-Wideband(UWB)PHY Transceiver、相关的UWB介质存取控制器MAC和WUSB器件控制器及其相关的外围元器件组成；此时的总线桥接器包括有作为数据处理和控制中心的桥接器转换控制电路，以及分别与该桥接器转换控制电路连接的微处理器、图像显示卡或图像显示芯片接口电路、WUSB/USB主控制器接口电路、WUSB器件控制器接口电路、数据存储器接口电路、非易失的闪存存储器接口电路和FIFO存储器；所述总线桥接器可以集成由所述总线物理层收发器或总线控制器实现的WUSB器件控制器功能，此时，该总线桥接器中的WUSB器件控制器接口电路则由WUSB器件控制器替换之；该总线桥接器可由能够实现其功能的微处理器及其外围电路替换之。
6.根据权利要求1或2或3所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于当该装置总线接口为USB接口时，所述总线物理层收发器或总线控制器由USB器件控制器及其相关的外围元器件组成；此时的总线桥接器包括有作为数据处理和控制中心的桥接器转换控制电路，以及分别与该桥接器转换控制电路连接的微处理器、图像显示卡或图像显示芯片接口电路、WUSB/USB主控制器接口电路、USB器件控制器接口电路、数据存储器接口电路、非易失的闪存存储器接口电路和FIFO存储器；该总线桥接器可由能够实现其功能的微处理器及其外围电路替换之。
7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述总线桥接器或微处理器是采用现场可编程逻辑阵列FPGA芯片或专用集成电路ASIC芯片及其外围元器件实现的。
8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述装置控制电路中的总线物理层收发器或总线控制器与总线桥接器或微处理器集成在一片专用集成电路ASIC芯片内，辅以外围元器件实现其功能。
9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述图像显示卡为PCI型图像显示卡、或AGP型图像显示卡、或PCIEXPRESS型图像显示卡；所述图像显示芯片为2D图像加速芯片、或2D/3D图像加速芯片、或LCD控制器。
10.根据权利要求1或2或4或5或6所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述WUSB主控制器是由超宽带物理层收发器Ultera-Wideband(UWB)PHY Transceiver、相关的UWB介质存取控制器MAC和WUSB主控制器逻辑电路及其有关的外围元器件组成。
11.根据权利要求1或2所述的电脑主机的延伸装置，其特征在于所述装置控制电路中的总线接口、总线物理层收发器或总线控制器、总线桥接器、图像显示卡和/或图像显示芯片、WUSB主控制器和/或USB主控制器、WUSB天线和/或USB总线接口、数据存储器、非易失的闪存存储器都集中设置在显示器内的控制电路中。
12.一种电脑主机的延伸装置的工作方法，其特征在于包括如下步骤(1)初始化准备操作在电脑主机的上层操作系统和底层操作系统之间装载驱动程序，以及在装置中的微处理器内安装固化软件；将该电脑主机的延伸装置分别连接电脑主机、显示器或电视机、以及相应的通用USB和/或WUSB输入输出设备；(2)建立数据交换通道将该电脑主机的延伸装置通过以太网接口或USB接口或无线USB天线连接到电脑主机，建立基于以太网总线或USB总线或WUSB总线通信协议的数据信息交换通道；(3)进行数据和命令信息的传递、转换和执行按照以太网总线标准或USB总线标准或WUSB总线标准的通信协议在电脑主机和电脑主机的延伸装置之间传递、转换数据和执行命令信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述驱动程序用于指示操作系统为插入该电脑主机的以太网接口或USB接口的每个电脑主机的延伸装置或通过无线USB天线相连的每个电脑主机的延伸装置分别产生相应的装置符，并将上层操作系统传送来的标准的图像显示数据和命令、标准的WUSB/USB主控制器或WUSB/USB集线器数据和命令转换为该延伸装置所能理解和执行的信息，数据转换完毕后，再按照以太网总线标准或USB总线标准或WUSB总线标准格式打包，通过底层操作系统传送到所述总线桥接器或微处理器或固化在微处理器内的固化软件；同时，将总线桥接器或微处理器和/或固化软件传送来的数据和信息进行转换后传送给上层操作系统；所述总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器中的固化软件用于配合电脑主机的驱动程序完成该延伸装置的初始化，并按照驱动程序或上层操作系统的要求，执行以太网接口标准或USB总线接口标准或WUSB总线接口标准的操作或特殊指令的操作；以及执行来自所述驱动程序或所述延伸装置外围输入输出设备的操作请求，并将该操作请求或结果和状态返回所述驱动程序。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述步骤(2)进一步包括下列步骤当所述延伸装置插入电脑主机的以太网接口或USB接口或通过无线USB型天线连接到电脑主机时，进入初始化所述驱动程序指示电脑主机的操作系统产生一个图像显示卡装置、一个WUSB/USB主控制器或WUSB/USB集线器装置，并由操作系统为其分配相应的装置符；而且，当所述延伸装置拔出电脑主机的以太网接口或USB接口或所述延伸装置失电时，所述装置符自动消失。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述步骤(3)在电脑主机和该延伸装置之间传递图像数据的操作进一步包括下列步骤(301)电脑主机上层操作系统接受到该延伸装置对应的桌面系统Desktop应用程序发送给延伸装置的图像显示命令和数据；(302)电脑主机上层操作系统将图像显示命令和数据解释为一系列的标准图像驱动命令和数据后，将该命令和数据发送给驱动程序；(303)驱动程序将标准图像驱动命令和数据转换为所述延伸装置能够理解并执行的特殊格式的图像显示操作命令和数据，按照USB标准或WUSB标准或以太网标准打包，再将打包后的数据和命令传送给电脑主机底层操作系统；(304)电脑主机的底层操作系统将打包后的特殊格式的图像显示操作命令和数据经无线USB天线或USB总线或以太网总线通道控制电路传送给所述延伸装置的总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(305)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件执行相应操作，将该特殊格式的图像显示操作命令和数据输出给图像显示卡或图像显示芯片或数据存储器，并将结果和状态信息经由底层操作系统返回给驱动程序。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述步骤(3)在电脑主机和该电脑主机的延伸装置之间传递和转换WUSB主控制器或USB主控制器数据和命令的操作进一步包括下列步骤(311)电脑主机上层操作系统接受到操作系统内核Kernel或USB型输入输出设备驱动程序或WUSB型输入输出设备驱动程序发送给该电脑主机的延伸装置的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令；(312)电脑主机上层操作系统将接收到的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令解释为一系列的标准的USB主控制器或WUSB主控制器数据和命令，并将该数据和命令发送给驱动程序；(313)驱动程序将标准的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令转换为该延伸装置能够理解并执行的特殊格式的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令，并按照USB标准或WUSB标准或以太网标准打包，再将打包后的数据和命令传送给电脑主机底层操作系统；(314)电脑主机底层操作系统将打包后的特殊格式的USB主控制器或WUSB主控制器的数据和命令经USB总线或无线USB天线或以太网总线通道控制电路传送给该延伸装置的总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(315)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件执行相应操作，将该特殊格式的WUSB主控制器或USB主控制器的数据和命令输出给WUSB主控制器或USB主控制器或数据存储器，由WUSB主控制器或USB主控制器处理该数据或执行相应的操作，并将结果和状态信息或读取的WUSB外围输入输出设备和/或USB外围输入输出设备的数据经由总线桥接器或微处理器发送给底层操作系统，再由底层操作系统传送返回给驱动程序。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述步骤(3)在电脑主机的延伸装置内的USB主控制器或WUSB主控制器与其外接的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备之间传递和转换数据和命令的操作进一步包括下列步骤(321)USB主控制器或无线USB主控制器接收来自总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件传送的命令和数据；(322)USB主控制器或无线USB主控制器执行相应的操作，将命令直接输出到与其相连的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备，或把数据从数据存储器中读出并输出到与其相连的相应的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备，或者从相应的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备中读入数据，并写入到数据存储器中；(323)USB主控制器或无线USB主控制器执行完上述操作后，通知总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件，由总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件进行后续处理。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述步骤(3)进行的数据信息传递和转换，当电脑主机调用插入该电脑主机的延伸装置的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备的驱动程序时，该操作进一步包括下列步骤(331)USB主控制器或无线USB主控制器将新插入的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备信息通知总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件；(332)总线桥接器或微处理器和/或固化在微处理器内的固化软件将新插入的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备信息通过无线USB天线或USB总线或以太网总线通道传送给底层操作系统；(333)底层操作系统将新插入的USB型输入输出设备信息或无线USB型输入输出设备信息传送给驱动程序；(334)驱动程序通知上层操作系统有USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备已插入电脑主机的延伸装置，并将新插入的USB型输入输出设备信息或无线USB型输入输出设备信息传送给上层操作系统；(335)上层操作系统根据新插入的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备信息调用相应的USB型输入输出设备或无线USB型输入输出设备的驱动程序。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于当电脑主机的延伸装置通过以太网接口连接到电脑主机时，该延伸装置和电脑主机之间的数据交换是在以太网协议基础上按照以太网MAC地址协议和/或因特网协议IP进行的。
全文摘要
一种电脑主机的延伸装置，其控制电路包括直流电源，WUSB/USB器件控制器(或以太网物理层收发器)，WUSB天线/USB总线接口(或以太网总线接口)，用作该终端控制中心的USB总线桥接器(或以太网总线桥接器)或微处理器及与其相互连接的外围器件图像显示卡或图像显示芯片、WUSB/USB主控制器、数据存储器和非易失的闪存存储器。该装置藉助无线USB天线或USB总线接口或以太网总线接口与即插即用技术连接到电脑主机，可在离电脑主机比较远的地方使用电脑主机，并通过其不同接口连接显示器或电视机，以及不同的USB型或无线USB型输入输出设备，使得每个延伸装置可根据不同需要选择使用不同设备和共享电脑主机上的操作系统、应用程序、数据和其它外围设备。
文档编号H04L29/10GK1841352SQ20051005938
公开日2006年10月4日 申请日期2005年3月29日 优先权日2005年3月29日
发明者李春尧, 赵芳, 李春柏 申请人:李春柏, 李春尧, 赵芳