CN101334762B - 用在计算机中的数据传输*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据传输***，包括第一转换模块，位于主机侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据；数据传输模块，位于主机和显示器之间，用于主机和显示器之间的数据互通；以及第二转换模块，位于显示器侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据。其中，数据传输模块是DisplayPort辅助通道(DisplayPort AUX CH)。通过本发明，可以实现个人计算机主机与显示器只通过DisplayPort一根线缆连接，即可以在显示器上集成USB接口。这种方式可以降低计算机***的复杂度和成本，并可以提升用户体验。

Description

用在计算机中的数据传输***
技术领域
本发明涉及计算机领域，更具体地涉及一种用在计算机中的数据传输***。
背景技术
DisplayPort是由视频电子标准协会(Video Electronics StandardsAssociation，简称VESA)制订的数字多媒体接口标准。DisplayPort支持在一根线缆上同时传输视频和音频信号，同时也可以用于替代低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signal，简称LVDS)接口。
辅助通道(Auxiliary Channel，简称AUX CH)是DisplayPort的辅助通道。DisplayPort 1.1标准定义AUX CH为一条双向、低延时、高带宽的链路。这条链路用基于微封包的架构传输数据。目前，AUX CH主要用于实现计算机主机与显示器之间的高带宽数字内容保护(High-Bandwidth Content Protection，简称HDCP)相关操作、扩展显示识别数据(Extended Display Identification Data，简称EDID)读取、以及链路训练等功能。
通用串行接口(Universal Serial Bus，简称USB)是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC、和Philips等七家公司共同制订的一种接口标准。它被广泛用于计算机主机与外设之间的数据传输。
在当前的计算机***中，USB设备(鼠标、键盘、存储设备等)需要直接与PC主机连接，或与具有USB上行功能的显示器连接。但是，目前的将USB设备接在显示器上的PC结构复杂，不能很好地为用户所用。
发明内容
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种用在计算机中的数据传输***。
计算机包括主机和显示器，USB设备通过集成在显示器上的USB接口和根据本发明的数据传输***与主机之间进行通讯。根据本发明的数据传输***包括：第一转换模块，位于主机侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据；数据传输模块，位于主机和显示器之间，用于主机和显示器之间的数据互通；以及第二转换模块，位于显示器侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据。其中，数据传输模块是DisplayPortAUX CH。
其中，根据本发明的数据传输***还可以包括：传输控制模块，用于在数据传输模块需要同时传输由USB数据转换的待传输数据和DisplayPort端口本身的待传输数据的情况下，指示数据传输模块优先传输DisplayPort端口本身的待传输数据。其中，传输控制模块可以由仲裁器或继电器实现。第一和/或第二转换单元可以用于USB数据与I2C数据、以及I2C数据与DisplayPort AUX CH物理层格式数据之间的转换，也可以用于USB数据与DisplayPort AUX CH物理层格式数据之间的直接转换。
通过本发明，可以实现个人计算机主机与显示器只通过DisplayPort一根线缆连接，从而可以在显示器上集成USB接口。这种方式可以降低计算机***的复杂度和成本，并可以提升用户体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的数据传输***的框图；
图2是图1所示***的内部具体结构的详细框图；以及
图3是图1所示***的内部具体结构的另一详细框图；以及
图4是图1所示***的内部具体结构的再一详细框图。
具体实施方式
下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，说明根据本发明实施例的数据传输***。该数据传输***用于计算机中，其中，计算机包括主机和显示器，USB设备通过集成在显示器上的USB接口和根据本发明的数据传输***与主机之间进行通讯。如图1所示，该数据传输***包括：第一转换模块102，位于主机侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据；数据传输模块104，位于主机和显示器之间，用于主机和显示器之间的数据互通；以及第二转换模块106，位于显示器侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据。其中，数据传输模块是DisplayPort AUX CH。
其中，根据本发明的数据传输***还可以包括：传输控制模块108，用于在数据传输模块需要同时传输由USB数据转换的待传输数据和DisplayPort端口本身的待传输数据的情况下，指示数据传输模块优先传输DisplayPort端口本身的待传输数据。其中，传输控制模块可以由仲裁器或继电器实现。第一和/或第二转换单元可以用于USB数据与I2C数据、以及I2C数据与DisplayPort AUX CH物理层格式数据之间的转换，也可以用于USB数据与DisplayPort AUX CH物理层格式数据之间的直接转换。
参考图2，说明根据本发明实施例的将USB数据转换为I2C数据在DisplayPort辅助通道上传输的过程。如图2所示，主板(MAINBOARD)一侧，USB信号(USB D+/D-)从南桥芯片(SOUTHBRIDGE)传输到显卡(GRAPHIC CARD)上的USB接口(USBInterface)，该USB Interface输出并行数据给微控制器单元(MCU)，MCU连接到DisplayPort发送端芯片(DP Tx)。显示器(MONITOR)一侧，DisplayPort接收端芯片(DP Rx)连接到MCU，MCU通过USB Interface与USB集线器控制器(USB HUB Controller)连接。这个USB HUB Controller直接与显示器端的USB外设连接。
当前的DisplayPort可以实现I2C到AUX CH的语法转换从而实现在AUX CH上传输I2C协议。所以，将USB信号转换为标准的I2C信号，就可以实现在AUX CH上传输USB信号。考虑到当前使用的是一个速率为100Kbps的I2C，这个带宽可以满足低速(1Mbps)USB传输。所以在实际应用中，这个带宽适用于鼠标、键盘等USB设备使用。
USB传输是双向传输，下面以从主板到显示器的USB数据传输为例进行说明。USB数据(USB D+/D-)从主板上的南桥芯片输出到显卡上的USB Interface。MCU通过一个并行总线(如8位)读取USB Interface接收到的USB数据，并将读到的并行数据通过MCU的I2C Master(I2C MS)输出给DisplayPort发送端芯片集成的I2C Slave。DisplayPort发送端芯片集成的I2C Master通过AUX CH将这些数据发送给处于显示器端的DisplayPort接收端芯片上的I2CSlave。显示器上的MCU通过I2C Master将这些数据读取过来并以并行总线数据的形式发送给USB Interface。该USB Interface会将这些并行数据转化为标准的USB信号(D+/D-)输出给后端的USBHUB Controller。USB HUB Controller直接与各种USB外设(如键盘、鼠标)连接。考虑到整个传输链路中包括I2C、AUX CH、数据总线在内的每一部分都是双向的，所以从显示器到主板的USB数据传输为上述过程的反向。
在主板端，是将高速数据转换为低速数据的链路。由于USB采用的是“硬握手”的传输方式，即USB主机(USB Host)会在发送数据以前发送标记包(Token Packet)与下游的USB设备协商。以鼠标键盘使用的USB中断传输(USB的4种传输方式之一)为例，当下游设备收到USB Host发出的要求下游设备向上传输数据的Token Packet以后，如果这时下游设备暂时无法传输数据或没有数据需要传输，就会在回复的握手(Handshake)包里面写入NAK作为标示。USB Host收到这个信息以后，就会在一段时间(根据设备参数)以后再发起数据传输。整个“握手”过程是由USB Interface与USB Host之间自动完成的。从上述机制可以看出，这个链路并不会引起数据丢失。由于USB的数据传输是由USB Host发起的，所以在显示器端不存在上述问题。
参考图3，说明根据本发明实施例的将USB转换为DisplayPort辅助通道物理层格式的数据在DisplayPort辅助通道上传输的过程。如图3所示，在计算机主板侧，南桥芯片直接与DisplayPort发送端芯片连接，DisplayPort发送端芯片由显示芯片(GPU)的I2C Master(I2C MS)控制。在显示器侧，DisplayPort接收端芯片直接与USBHUB Controller连接，USB HUB Controller连接显示器侧的USB外设。
为了更好地利用DisplayPort AUX CH的带宽，将USB转化为DisplayPort AUX CH格式的数据传输。下面以从主板到显示器的USB数据传输为例进行说明。USB数据(USB D+/D-)从主板上的南桥芯片输出到DisplayPort发送端芯片，DisplayPort发送端芯片接收到这些USB数据以后，由一个USB物理(USB PHY)模块将他们接收并转换为标准USB包传输给MCU。MCU将这些USB包转换为AUX CH协议，传输给一个仲裁器(ARBITER)。这个仲裁器的主要功能是在I2C与USB之间仲裁优先级，以保证处于更高优先级的I2C控制信号优先传输；当AUX CH空闲的时候就可以传输USB包。DisplayPort接收端芯片也具有相似的一个仲裁器模块，用于保证I2C传输优先。当收到携带USB数据的AUX CH数据以后，由MCU将其转换为标准USB包，传输给USB PHY从而输出USB数据(USB D+/D-)给USB HUB Controller。
DisplayPort AUX CH上传输的I2C协议主要处理HDCP、LinkTraining(链路训练)，以使个人计算机主机能读取显示器的信息(EDID)并实现对显示器的控制，这些功能相对USB处于更高的优先级。当AUX CH被I2C传输占用时，DisplayPort发送端的MCU需要识别南桥芯片发出的USB数据中的Token Packet部分，并在回复的Handshake(握手)包中写入NAK以表示USB设备不能接收/发送数据。根据标准，南桥芯片的USB主机控制器(USB HostController)会每间隔一段时间(根据设备参数)重新发起数据传输。当AUX CH重新空闲以后，MCU就正常传输USB信号给AUX CH。
参考图4，说明使用图1所示的***进行数据传输和数据处理的过程。在图4中，DP CON表示DisplayPort的接头。为了复用DisplayPort AUX CH的物理链路，使用继电器(JD)来分离AUX(AUX_P，AUX_N)信号与USB(USB D+，USB D-)信号。分离出来的USB信号在主板(MAIN BOARD)侧连接南桥芯片(SOUTH BRIDGE)，在显示器(MONITOR)侧，连接USB HUBController，USB HUB Controller连接显示器侧的USB外设。分离出来的AUX信号则分别与DisplayPort发送端芯片(DP Tx)和DisplayPort接收端芯片(DP Rx)连接。HPD即Hot Plug Detect是DisplayPort标准定义的热插拔信号，用于接收端向发送端发送中断信号。DP_PWR是DisplayPort标准定义的一个5V信号，由DisplayPort发送端发给DisplayPort接收端。
图4所示的JD是数据传输链路上的关键器件。它实现了DisplayPort AUX CH物理链路的复用。该JD是简单的一个物理开关，典型的器件如Matsushita Electric Works的TX-Relay。在工作时，JD1和JD2被共同控制，即同时选择USB信号或同时选择AUX信号，JD3和JD4被共同控制。***刚开始工作时，默认接通AUX信号进行链路训练等操作，直到***进入稳定播放阶段。这时DisplayPort的Tx和Rx都会得到这个信息，并将各个JD都接通到USB信号。此时USB设备可以正常工作。
当用户需要与DisplayPort主链路进行信号调整(如调整显示器分辨率等操作)时，如果是从位于显示器端的按键操作，则由位于该端的DisplayPort Rx发出HPD通知DisplayPort Tx。此时，DisplayPort Tx会将JD1和JD2接通到AUX并在DP_PWR输出一个低电平(在DisplayPort稳定播放阶段，DisplayPort Tx会通过DP_PWR向DisplayPort Rx发送+5V的信号。该DP_PWR上的低电平由DisplayPort Tx和Rx在软件中协商定义)，以通知DisplayPortRx将JD3和JD4也接通到AUX。直到***再次进入稳定播放阶段，各个JD才又接回USB信号。
如果用户与DisplayPort主链路进行信号调整相关的操作是从主机侧进行的，如通过USB键盘操作，则位于主机侧的DisplayPortTx会将JD1和JD2接通到AUX并在DP_PWR输出一个低电平(在DisplayPort稳定播放阶段，DisplayPort Tx会通过DP_PWR向DisplayPort Rx发送+5V的信号，该DP_PWR上的低电平由DisplayPort Tx和Rx在软件中协商定义)，通知DisplayPort Rx将JD3和JD4也接通到AUX。直到***再次进入稳定播放阶段，各个JD才又接回USB信号。
从以上描述可知，将DisplayPort AUX CH作为USB延长线，可以实现直接在AUX CH上传输USB信号。这样做可以使DisplayPort AUX CH理论上可以传输任何带宽的USB信号而不受AUX CH自身带宽限制。
考虑到AUX CH被I2C较长时间(1s以上)占用的时候(如HDCP认证等)，显示器都处于正常的黑屏阶段，所以这时不能操作USB外设不会对用户产生影响。而显示器控制功能(如调整显示器亮度等)占用AUX CH时间很短，不会影响用户体验。
综上所述，本发明使用DisplayPort的辅助通道传输USB数据，从而实现了个人计算机主机与显示器只通过DisplayPort一根线缆连接，并在显示器上集成USB接口。这种方式可以降低计算机***复杂度和成本，提升用户体验。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种用在计算机中的数据传输***，所述计算机包括主机和显示器，USB设备通过集成在所述显示器上的USB接口和所述数据传输***与所述主机之间进行通讯，其特征在于，所述数据传输***包括： 
第一转换模块，位于所述主机侧，用于将USB数据转换为数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将所述数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据； 
所述数据传输模块，位于所述主机和所述显示器之间，用于所述主机和所述显示器之间的数据互通；以及 
第二转换模块，位于所述显示器侧，用于将USB数据转换为所述数据传输模块能够传输的格式的数据，以及用于将所述数据传输模块能够传输的格式的数据转换为USB数据。 
2.根据权利要求1所述的数据传输***，其特征在于，所述数据传输模块是DisplayPort AUX CH。 
3.根据权利要求2所述的数据传输***，其特征在于，所述数据传输***还包括： 
传输控制模块，用于在所述数据传输模块需要同时传输由USB数据转换的待传输数据和DisplayPort端口本身的待传输数据的情况下，指示所述数据传输模块优先传输DisplayPort端口本身的待传输数据。 
4.根据权利要求3所述的数据传输***，其特征在于，所述传输控制模块是仲裁器。 
5.根据权利要求3所述的数据传输***，其特征在于，所述传输控制模块是继电器。
6.根据权利要求4或5所述的数据传输***，其特征在于，所述第一转换模块和/或所述第二转换模块用于USB数据与I2C数据、以及I2C数据与DisplayPort AUX CH物理层格式数据之间的转换。
7.根据权利要求4或5所述的数据传输***，其特征在于，所述第一转换模块和/或所述第二转换模块用于USB数据与DisplayPort AUX CH物理层格式数据之间的直接转换。 
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