一种数字信号与USB信号混合传输装置及方法与流程

本发明涉及信息科学技术领域，特别是一种数字信号与USB信号混合传输的装置及其方法。

背景技术：

USB技术的优越性越来越明显，支持USB技术的设备越来越多，在一些USB系统中，主机端或者设备端有时需要传输除USB数据之外的状态、控制等数据到另一端，增加传输通道可以解决这个问题，但这样会增加成本，尤其是远距离传输时，成本更大。现有的另一种解决方法是不增加传输通道，对通道分时复用，这样会增加系统复杂度，降低USB数据的传输效率。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可以在不增加通道、不影响USB系统通讯速度的情况下，实现数字信号与USB信号混合传输功能的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种数字信号与USB信号混合传输装置，包括UP端和DOWN端，所述UP端和DOWN端之间通过传输线相连接，所述UP端和DOWN端分别连接有一终端设备，所述UP端、传输线和DOWN端双向连接在主机和USB设备之间，所述UP端和DOWN端各分别包括第一数据收发单元、第二数据收发单元、USB拆包单元、USB打包单元以及转发数据处理单元，所述第一数据收发单元、USB拆包单元和转发数据处理单元依次单向信号传输，所述转发数据处理单元、USB打包单元和第一数据收发单元依次单向信号传输，所述转发数据处理单元与第二数据收发单元之间双向信号传输，所述第二数据收发单元与传输线相连接，所述的第一数据收发单元与主机或者USB设备双向连接，所述转发数据处理单元与终端设备相连接。

进一步的，所述UP端和/或DOWN端与终端设备之间为单向或者双向连接。

进一步的，所述第一数据收发单元用于实现USB物理信号的收发，所述USB拆包单元用于将第一数据收发单元接收的USB数据包的同步头和包结束去掉、删除位填充、非归零解码后得到真实的USB数据发送至转发数据处理单元，所述转发数据处理单元将USB数据和其中一个终端设备的输入的信号合并打包后由第二数据收发单元发送至传输线，所述转发数据处理单元从第二数据收发单元接收的数据中解析出USB和其中一个终端设备发来的信号、分别发送给USB打包单元和另一个终端设备，所述USB打包单元对USB数据位填充、非归零编码、增加同步头和包结束后经由第一数据收发单元发送至主机。

进一步的，所述转发数据处理单元包括K码生成单元、K码解析单元、控制码产生单元、控制码解析单元、转发数据打包单元、转发数据解包单元、mBnB编码单元、mBnB解码单元，所述终端设备至K码生成单元单向连接，所述K码生成单元至转发数据打包单元单向连接，所述控制码产生单元至转发数据打包单元单向连接，所述USB拆包单元、转发数据打包单元、mBnB编码单元和第二数据收发单元依次单向连接，所述K码解析单元至终端设备单向连接，所述转发数据解包单元至K码解析单元单向连接，所述转发数据解包单元至控制码解析单元单向连接，所述第二数据收发单元、mBnB解码单元、转发数据打包单元和USB打包单元依次单向连接。

进一步的，所述K码生成单元根据终端设备输入的数字信号产生相对应的K码，所述控制码产生单元产生系统运行所需要的控制数据，所述控制码产生单元用于主机和USB设备以及传输线的插拔信息、USB设备速度信息、USB总线上拉电阻下拉电阻的控制信息以及握手信息的传输，所述转发数据打包单元将USB数据、K码和控制码打包，所述mBnB编码单元择一使用有控制字符的mBnB编码对数据包编码，所述mBnB解码单元用对应的mBnB解码对数据包解码后送给转发数据解包单元，所述转发数据解包单元分离出K码数据、控制码以及USB数据并分别送给K码解析单元、控制码解析单元以及USB打包单元，所述K码解析单元根据K码恢复出对应的数据发送给终端设备，所述控制码解析单元分析转发数据解包单元分离的控制码并对系统的运行状态作出控制。

一种数字信号与USB信号混合传输方法，利用如权利要求2所述的一种数字信号与USB信号混合传输装置，所述UP端和/或所述DOWN端自动检测所述USB设备插拔信息，通过控制码完成USB设备连接状态、设备速度信息以及高速握手信号传输，所述UP端和/或DOWN端将终端设备的数字信号和USB信号混合编码，通过传输线实现主机与USB设备之间的USB信号传输，同时实现终端A和终端B之间的双向或者单向信号传输。

进一步的，所述混合编码是指将K码生成单元生成的K码或者控制码产生单元产生的控制码与USB拆包单元产生的USB数据合并打包成转发数据包、并择一使用有控制字符的mBnB编码对转发数据包编码。

进一步的，所述转发数据包组成包括同步头、包标识符、数据及包结束。或者所述转发数据包组成包括同步头、数据及包结束。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明将USB信号和终端数字信号混合编码成转发数据包，即终端数字信号通过USB包携带传输，完全不影响USB系统通讯速度；转发数据包通过第二数据收发单元发送至传输线上的信号形式单一，占用传输线通道少，第二数据收发单元电路简单，同时还能大大提高USB信号传输距离。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的UP端或DOWN端的结构示意图。

图3为本发明转发数据处理单元的结构示意图。

图4、图5为本发明mBnB编码单元编码后的数据包组成形式示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，一种数字信号与USB信号混合传输装置，包括UP端和DOWN端，所述UP端和DOWN端之间通过传输线相连接，所述UP端连接有终端A，所述DOWN端连接有终端B，终端A或终端B可以是单片机、按键、指示灯等等。所述UP端、传输线和DOWN端双向连接在主机和USB设备之间。UP端和DOWN自动检测USB总线所连接的是USB设备还是主机，并通过传输线实现主机与USB设备之间的互联互通，本发明中主机与USB设备之间传输的转发数据包携带终端A与终端B发送的信号，从而也实现了终端A与终端B之间的互联互通。所述UP端与终端A之间为单向或者双向传输，所述DOWN端与终端B之间为单向或者双向传输。传输线可以是各种类型的网线、光纤、双绞线等等，USB信号的传输与终端A与终端B之间的传输使用相同的通道。

如图2所示，所述UP端和DOWN端各分别包括第一数据收发单元、第二数据收发单元、USB拆包单元、USB打包单元以及转发数据处理单元，所述第一数据收发单元、USB拆包单元和转发数据处理单元依次单向信号传输，所述转发数据处理单元、USB打包单元和第一数据收发单元依次单向信号传输，所述转发数据处理单元与第二数据收发单元之间双向信号传输，所述第二数据收发单元与传输线相连接，所述的第一数据收发单元与主机或者USB设备双向连接，所述转发数据处理单元与终端设备相连接。所述第一数据收发单元用于实现USB信号物理信号的收发，所述USB拆包单元用于将第一数据收发单元转发的USB数据包的同步头和包结束去掉、去掉位填充、非归零解码后得到真实的USB数据发送至转发数据处理单元，所述转发数据处理单元将USB数据和终端A输入的信号合并打包后由第二数据收发单元发送至传输线，所述转发数据处理单元将第二数据收发单元发送的数据中解析出USB数据和终端B发来的信号、分别发送给USB打包单元和终端A，所述USB打包单元对USB数据位填充、非归零编码、增加同步头和包结束后经由第一数据收发单元发送至主机。

如图3所示，所述转发数据处理单元包括K码生成单元、K码解析单元、控制码产生单元、控制码解析单元、转发数据打包单元、转发数据解包单元、mBnB编码单元、mBnB解码单元，所述终端设备至K码生成单元单向连接，所述K码生成单元至转发数据打包单元单向连接，所述控制码产生单元至转发数据打包单元单向连接，所述USB拆包单元、转发数据打包单元、mBnB编码单元和第二数据收发单元依次单向连接，所述K码解析单元至终端设备单向连接，所述转发数据解包单元至K码解析单元单向连接，所述转发数据解包单元至控制码解析单元单向连接，所述第二数据收发单元、mBnB解码单元、转发数据打包单元和USB打包单元依次单向连接。

所述K码生成单元根据终端A输入的数字信号产生相对应的K码，所述控制码产生单元产生系统运行所需要的控制数据，所述控制码产生单元用于主机和USB设备以及传输线的插拔信息、USB设备速度信息、USB总线上拉电阻下拉电阻的控制信息以及一些握手信息的传输，所述转发数据打包单元将USB数据(必要时，可先对USB数据扰码)、K码和控制码打包，所述mBnB编码单元择一使用有控制字符的mBnB编码(例如8B/10B，64B/66B等)对数据包编码，所述mBnB解码单元用对应的mBnB解码对数据包解码后送给转发数据解包单元，所述转发数据解包单元分离出K码数据、控制码以及USB数据(如果USB数据是加扰的，则需要先解扰)并分别送给K码解析单元、控制码解析单元以及USB打包单元，所述K码解析单元根据K码恢复出对应的数据发送给终端A或者终端B，所述控制码解析单元分析转发数据解包单元分离的控制码并对系统的运行状态作出相应控制。特别地，当USB系统挂起时，终端A与终端B之间通过控制码传输数据。

如图4所示，mBnB编码单元编码后的数据包由SYNC、PID、DATA和END组成。SYNC为同步码，用于接收端时钟同步，DATA有两种类型，一是mBnB编码后的USB数据，一是mBnB编码后的控制包，PID标志DATA的类型，END由K码生成单元产生的K码组成，不仅表示包结束，同时还携带终端A或者终端B发送的信号。

如图5所示，mBnB编码单元编码后的数据包的另一种组成形式，由SYNC、DATA和END组成。SYNC为同步码，用于接收端时钟同步，DATA是mBnB编码后的USB数据，END由K码生成单元产生的K码组成，不仅表示包结束，同时还携带终端A或者终端B发送的信号以及控制码产生单元产生的系统运行所需要的控制数据。

mBnB编码单元编码后的数据包不仅限于图4和图5所示的组成方式，只要符合本发明的思想，达到本发明目的即可。

一种数字信号与USB信号混合传输方法，利用如权利要求2所述的一种数字信号与USB信号混合传输装置，所述UP端和/或所述DOWN端自动检测所述USB设备插拔信息，通过控制码完成USB设备连接状态、设备速度信息以及高速握手信号传输，所述UP端和/或DOWN端将终端设备的数字信号和USB信号混合编码，通过传输线实现主机与USB设备之间的USB信号传输，同时实现终端A和终端B之间的双向或者单向信号传输。

所述混合编码是指将K码生成单元生成的K码或者控制码产生单元产生的控制码与USB拆包单元产生的USB数据合并打包成转发数据包、并择一使用有控制字符的mBnB编码对转发数据包编码。

所述转发数据包组成包括同步头(SYNC)、包标识符(PID)、数据(DATA)及包结束(END)。或者所述转发数据包组成包括同步头(SYNC)、数据(DATA)及包结束(END)。

具体步骤包括：

1)初始状态下，UP端和DOWN端的USB总线断开上拉电阻，连接下拉电阻，当其中DOWN端连接USB设备后，DOWN端检测到USB总线处于J态后控制码产生单元产生一个控制码，该控制码包含设备连接状态和设备速度信息，由转发数据打包单元打包后再经过mBnB编码单元编码后由DOWN端的第二数据收发单元发送至UP端；

2)UP端的第二数据收发单元接收到数据包后由mBnB解码单元解码，转发数据解包单元解出控制码送给控制码解析单元，控制码解析单元解析控制码中包含的设备连接状态信息和设备速度信息后断开UP端下拉电阻，并连接相应的上拉电阻，从而告知主机下端所连接的设备信息；

3)当主机开始发送复位时，UP端控制码产生单元产生相应的控制码发送至DOWN端，DOWN端控制码解析单元解析出复位信号并向设备发送复位信号，当复位结束时，UP端控制码产生单元产生相应的控制码发送至DOWN端，DOWN端控制码解析单元解析出复位结束信号并停止向设备发送复位信号完成复位操作；

4)主机发送USB包到USB设备：终端设备包括终端A和终端B，UP端连接有终端A，DOWN端连接有终端B，在UP端，第一数据收发单元接收主机发来的USB包，USB拆包单元将该USB包的同步头和包结束去掉，然后去掉位填充，非归零解码后，得到真实的USB数据送给转发数据处理单元，转发数据处理单元将真实的USB数据和终端A发来的数据合并打包，经过mBnB编码后发送至第二数据发送单元发送至传输线；

5)在DOWN端，第二数据收发单元接收到数据后由转发数据处理单元中的mBnB解码单元解码后，再由转发数据解包单元分离出真实的USB数据和K码，分别送给USB打包单元和K码解析单元，USB打包单元对USB数据位填充和非归零编码后增加同步头和包结束由第一数据收发单元发送给USB设备，同时K码解析单元解析出数据发送给终端B；同理，当UP端连接USB设备后步骤与DOWN端连接USB设备相同，USB设备发送USB包到主机与主机发送USB包到USB设备步骤相同。