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信号混合传输装置及方法。

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，我司正在申请的一篇专利中用mBnB(例如8B/10B，64B/66B编码)对USB包编码，利用编码后的USB包中的K码携带终端数字信号达到传输目的，受到USB协议中超时时间以及mBnB中K码数量的限制，终端数据传输距离及传输位宽也受到相应限制。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种通过以太网混合传输数字信号与USB信号的装置及方法，对传输的终端数字信号位宽没有限制，并且使得数字信号与USB信号可以跨网络交换机传输，传输距离有很大幅度的提升。

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端之间通过传输介质相连接，所述UP端和DOWN端分别连接有一终端设备，所述UP端与主机之间双向信号传输，所述DOWN端和USB设备之间双向信号传输，所述UP端和DOWN端各分别包括USB单元、缓存单元、网络数据处理单元和以太网单元，所述USB单元与缓存单元之间双向信号传输，所述缓存单元与网络数据处理单元之间双向信号传输，所述网络数据处理单元与以太网单元之间双向信号传输，所述以太网单元与传输介质之间双向信号传输，所述的USB单元与主机或者USB设备双向信号传输，所述网络数据处理单元与终端设备相连接。

进一步的，所述网络数据处理单元包括：管理包产生单元、管理包解析单元、网络数据打包单元和网络数据解包单元，所述管理包产生单元、终端设备和缓存单元分别至网络数据打包单元单向信号传输，所述网络数据打包单元至以太网单元单向信号传输，所述以太网单元至网络数据解包单元单向信号传输，所述网络数据解包单元分别至终端设备、缓存单元和管理包解析单元单向信号传输。

进一步的，所述传输介质之间设有交换机。

进一步的，所述USB单元通过检测USB总线判断所连接的是主机或USB设备，所述缓存单元用于存储USB单元接收的USB数据和网络数据处理单元接收的以太网数据，所述网络数据处理单元用于将缓存单元中的USB数据或终端设备发送的数据或管理包产生单元产生的管理数据打包成帧格式、并传输至以太网单元，所述网络数据处理单元用于将以太网单元接收的数据帧根据帧格式区分为USB数据、终端数据及管理数据、并将USB数据送至所述缓存单元、终端数据发送至终端设备、管理数据送给管理包解析单元。

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DOWN端连接有终端设备，所述UP端和DOWN端自动检测所述USB设备插拔信息，通过管理包完成USB设备连接状态、设备速度信息以及高速握手信号传输，由所述UP端模拟USB设备，所述UP端与主机通讯，由所述DOWN端模拟主机，所述DOWN端与USB设备的通讯，所述UP端与DOWN之间以网络数据包通信，所述网络数据包携带终端设备数字信号，实现USB信号传输的同时也实现了终端设备之间的双向或单向信号传输。

进一步的，所述网络数据包组成包括同步头、帧开始、目标地址、源地址、类型、终端数据、USB数据及校验位。

进一步的，所述网络数据包组成包括同步头、帧开始、类型、终端数据、USB数据及校验位。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明对传输的终端数字信号位宽没有限制，并且使得数字信号与USB信号可以跨网络交换机传输，传输距离有很大幅度的提升。

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为本发明网络数据处理单元的结构示意图。

图4为传输介质一种连接方式示意图。

图5和图6为太网数据帧组成形式示意图。

具体实施方式：

为了详细阐述本发明的技术内容，特举以下实施例。特别地，本实施例的电路结构仅是基于本发明思想的一种实现形式，事实上任意一种电路结构只要能够符合本发明的方法，一样可以实现本发明。

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端之间通过传输介质相连接，所述UP端和DOWN端分别连接有一终端设备，所述UP端与主机之间双向信号传输，所述DOWN端和USB设备之间双向信号传输，所述UP端连接有终端A，所述DOWN端连接有终端B，主机可以是PC机或其他带USB HOST的主机，USB设备部分可以通过USB-HUB来连接多个USB设备，可以是U盘、USB摄相头、USB键盘、USB鼠标、USB打印机等，终端A或终端B可以是单片机、按键、指示灯等等。

所述UP端和DOWN端可以采用自适应机制实现连接方式的自动判别，从而实现UP和DOWN的不同功能，与主机相连的称之为UP端，与USB设备相连的称之为DOWN端，UP端和DOWN端之间可以通过传输线直接相连接，也可以如图4所示，在传输线之间经过交换机转发后相连。

UP端模拟USB设备与主机通信，DOWN端模拟主机与USB设备通信，UP端和DOWN端通过自定义网络协议经由传输介质相互通信，从而间接实现主机与USB设备之间的信息交互。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端或者DOWN端与终端设备之间为单向或者双向传输，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USB单元、缓存单元、网络数据处理单元和以太网单元，所述USB单元与缓存单元之间双向信号传输，所述缓存单元与网络数据处理单元之间双向信号传输，所述网络数据处理单元与以太网单元之间双向信号传输，所述以太网单元与传输介质之间双向信号传输，所述的USB单元与主机或者USB设备双向信号传输，所述网络数据处理单元与终端设备相连接。

如图3所示，所述网络数据处理单元包括：管理包产生单元、管理包解析单元、网络数据打包单元和网络数据解包单元，所述管理包产生单元、终端设备和缓存单元分别至网络数据打包单元单向信号传输，所述网络数据打包单元至以太网单元单向信号传输，所述以太网单元至网络数据解包单元单向信号传输，所述网络数据解包单元分别至终端设备、缓存单元和管理包解析单元单向信号传输。

所述USB单元具有模拟主机和模拟USB设备功能，通过检测USB总线判断所连接的是USB设备/主机，自动模拟为相应的USB设备/主机。与主机相连的称之为UP端，其模拟USB设备功能；与USB设备相连的称之为DOWN端，其模拟主机功能。所述缓存单元用于存储USB单元接收的USB数据和网络数据处理单元接收的以太网数据，所述网络数据处理单元具有打包和解包以太网数据帧功能。所述网络处理单元打包以太网数据帧功能为：将所述缓存单元中USB数据或终端设备发来的数据或管理包产生单元产生的管理数据组成如图5所示的帧格式，如无需经过交换机也可以组成如图6所示的帧格式，然后将打包好的数据帧交至所述以太网单元，通过传输介质发送出去；所述网络处理单元解包以太网数据帧功能为：将所述以太网单元接收的数据帧，根据如图5或图6所示的帧格式(如图5所示，所述帧格式依次包括：同步头、帧开始、目标地址、源地址、类型、终端数据、USB数据和校验位。如图6所示，所述帧格式依次包括：同步头、帧开始、类型、终端数据、USB数据和校验位)，将USB数据、终端数据及管理数据区分开，把USB数据送至所述缓存单元，把终端数据赋给终端设备，把管理数据送给管理包解析单元。图5和图6中“类型”用于表示：当前帧只有终端数据、当前帧只有USB数据、当前帧既有USB数据又有终端数据以及当前帧USB数据为管理数据。所述以太网单元可以为以太网物理层收发芯片(如RTL8211E，IP1001)也可以是其他具有以太网物理层收发功能的IP核。

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DOWN端连接有终端设备，所述UP端和DOWN端自动检测所述USB设备插拔信息，通过管理包完成USB设备连接状态、设备速度信息以及高速握手信号传输，由所述UP端模拟USB设备，所述UP端与主机通讯，由所述DOWN端模拟主机，所述DOWN端与USB设备的通讯，所述UP端与DOWN之间以网络数据包通信，所述网络数据包携带终端设备数字信号，实现USB信号传输的同时也实现了终端设备之间的双向或单向信号传输。

具体步骤包括：

1)初始状态下，USB总线建立连接，即USB设备与DOWN端、主机与UP端的USB总线处于握手状态，所述管理包产生单元根据USB总线状态产生相应管理数据，并由所述网络数据处理单元打包，当所述终端设备无数据传递时，则图5或图6帧格式中“类型”标记为当前帧只有USB数据，且数据帧中“USB数据”为管理数据；当终端设备有数据交互时，则图5或图6帧格式中“类型”标记为当前帧既有USB数据，又有终端数据，且数据帧中“USB数据”为管理数据，所述DOWN端和UP端根据数据帧中管理数据来和USB设备或主机进行握手；

2)数据传输时，所述主机向USB设备索要数据：当主机第一次向USB设备获取数据时，发送USB获取数据命令包，由于模拟设备的UP端的缓存单元并没有相应的数据，所述UP端向主机回应此刻没有准备好数据，然后将主机发送的USB获取数据命令包接收至所述缓存单元，所述UP端的网络数据处理单元根据缓存单元和终端A当前是否有数据传输情况设置数据帧的“类型”，经传输介质发送至DOWN端，所述DOWN端的网络数据处理单元根据帧格式和“类型”，将相应的终端数据和USB数据区分开，所述终端数据则发送于终端B，USB数据保存至所述缓存单元，所述DOWN端的USB单元模拟为主机，将所述缓存单元的USB数据(即主机发送的USB获取数据命令包)发送至USB设备，然后将USB设备回应的USB数据保存至所述缓存单元，所述DOWN端的网络数据处理单元根据缓存单元和终端B通信情况设置数据帧的“类型”，经传输介质发送至UP端；当该数据帧“类型”表示该帧内有终端数据，则将终端数据发送于终端A，USB数据保存至所述缓存单元；当主机再次发送USB设备时，所述UP端的USB单元模拟为USB设备，将缓存单元中的数据发送给主机；同理，所述USB设备向主机索要数据与所述主机向USB设备索要数据的步骤相同；

3)当USB总线挂起或USB总线上无数据传输，而终端设备有数据通信，此时其中一端的网络数据处理单元将设置该数据帧“类型”为只有终端数据，通过以太网单元经传输介质发送至另一端网络数据处理单元，另一端网络数据处理单元只将数据帧中的终端数据提取出来，发送至与另一端网络数据处理单元相连接的终端设备。