專利名稱：分布式同步和定時系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提供分布式同步和定時系統(tǒng)的方法和設(shè)備，具體 地但是決不是排他性地，用于提供在必要的任意程度上同步的、測試和測 量設(shè)備、儀器接口和處理控制設(shè)備的時鐘、數(shù)據(jù)采集和控制。
背景技術(shù)：
USB規(guī)范旨在以開放的架構(gòu)促進來自不同廠商的裝置的互連。通過 利用以傳送信息的兩條導(dǎo)線的信號電平之間的差的形式的差動信令(即所 述兩條導(dǎo)線)來編碼USB數(shù)據(jù)。USB規(guī)范旨在作為對PC架構(gòu)、跨越便 攜的、臺式和家用環(huán)境的增強。USB規(guī)范假定各種裝置是不同的。it^于其中連接來自多個制造商 的裝置的指定環(huán)境是成立的，但是還存在其他的環(huán)境(如特定的普通工業(yè) 或者實驗室環(huán)境)，其中要求用于以同步的方式來操作具有相似特性的多 個裝置的規(guī)范。上述規(guī)范不足以解決這個問題。這樣的環(huán)境通常是其中執(zhí) 行測試、測量或者監(jiān)視、并且要求使裝置以比規(guī)定的程度更準確地程度而 同步的環(huán)境。通過向所有的裝置提供l kHz的時鐘信號，USB規(guī)范允許 裝置之間的有限的同步。但是，4艮多實驗室和工業(yè)環(huán)境要求在兆赫茲頻率 和更高頻率下的同步。USB使用分層的星型拓樸，其中，集線器為USB裝置提供附接點。 位于用戶的個人計算機(PC )、便攜式計算機或者個人數(shù)字助理(PDA) 上的USB主機控制器包含根集線器，該根集線器是在系統(tǒng)內(nèi)所有USB端 口的源。所述根集線器提供多個USB端口， USB功能裝置或者附加的集 線器可以附接到所述多個USB端口 。
另外，可以將多個集線器(如USB復(fù)合裝置)附接到這些端口中的 任何一個端口，這些端口又經(jīng)由用于另外的USB裝置的端口而提供另外 的附接點。以這種方式，USB允許最多127個裝置(包括集線器)互連， 其中限制是任何裝置最多可以有5級深。主機內(nèi)的根集線器每亳秒向每個裝置發(fā)送一個幀開始(SOF )信號包， 兩個SOF包之間的時間稱為幀。每個模塊在不同的時間接收該SOF包， 從而允許USB拓樸內(nèi)固有的電延遲。所述拓樸意味著對于接^目同的 信號，在直接連接到主機控制器的裝置與低5級的裝置之間可能有相當大 的時延(規(guī)定為^380iis)。當需要在兆赫茲等級和更高頻率等級同步裝置 時，這是一個嚴重的限制。而且，USB規(guī)范使得主機控制器不能發(fā)送多 達5個的連續(xù)SOF令牌。通過兩種類型的USB傳輸(即中斷和等時)，當前可以在USB主機 和USB裝置之間進行同步。中斷傳輸允許保證裝置的最小周期為125微 秒的輪詢頻率，而等時傳輸保證不變的傳輸速率。這兩種方法均要求在裝 置和主機之間有通信流用于進行同步，并因此保留更多帶寬用于更高程度 的同步。不幸的是，這意味著在連接最大數(shù)量的裝置之前就會用完可用的 USB帶寬。這種方法還在主機上設(shè)置了通過軟件使127個裝置保持與主 機同步的巨大計算負擔，但是仍不能解決保持所述裝置之間同步的問題， 原因是，對于主機，各個裝置代表單獨的進程。包含某種物理換能器(如激光二極管或光電檢測器)的裝置可能需要 時鐘和觸發(fā)信息。這樣的裝置(如具有l(wèi) MHz的調(diào)制光輸出的激光二極 管)可以使用時鐘信號，以便以規(guī)則的間隔或以恒定的頻率來執(zhí)行換能器 功能。通常使用觸發(fā)信號以在設(shè)定的時間啟動或者結(jié)束操作。在激光二極 管的示例中，可以使用觸發(fā)信號來接通或者關(guān)斷調(diào)制光輸出。這些時鐘和觸發(fā)信號或者信息(以下稱為同步信息)可以用于^^多個 裝置彼此同步，只要所述信號對于所有裝置是公共的和同時的。'公共， 和'同時，在此表示這些在所述裝置之間的信號在時間上的變化小于規(guī)定 的量口t。在激光二極管的示例中，這使得多個激光二極管能夠?qū)⑺鼈兊?光輸出調(diào)制在一個頻率上。所有裝置的調(diào)制頻率將^i相同的，并且它們的 波形將是同相的。當前的USB規(guī)范(即2.0 )允許高達0.35微秒的St中 的延遲。對于具有1 MHz的頻率和1.0微秒的周期的信號，這個延遲幾 乎占所述周期的一半。因此其不能用來被指定為用于例行^f吏用的同步信 號。
諸如集線器和USB控制器芯片等的裝置通常^_用一定量的鎖相，以 便解碼USB協(xié)議。USB協(xié)議內(nèi)的SYNC模式的目的是提供用于另 一個電 路鎖定到的同步模式。但是，這是設(shè)計用于將裝置與USB比特流同步到 足夠用來解釋MHz比特流的精度。而不是設(shè)計用來將兩個單獨的裝置彼 此同步到許多測試和測量儀器所要求的精度。USB規(guī)范在其處理裝置間 同步的程度上，主要涉及充分地同步USB-CD音頻流使其在USB揚聲器 對上輸出。對這種設(shè)置的需求在kHz的范圍內(nèi)，并JLXt此，USB提供理 想的條件。但是，所述規(guī)范不能解決同步100個USB揚聲器對的潛在問 題。如上所述，USB通信在規(guī)則的1毫秒幀期間或者(在高速USB規(guī)范 的情況下)以每1亳秒幀8個微幀來傳送數(shù)據(jù)。幀開始(SOF)包在每個 幀的開始仗良送到除了低速裝置之外的全部裝置，并且在每個微幀的開始 被發(fā)送到所有的高速裝置。所述SOF包因此表示被廣播到除了低速裝置 之外的連接到給定的主機控制器的所有裝置的周期性低分辨率信號。該SOF包廣播以1 kHz的標稱頻率發(fā)生。但是，USB規(guī)范允許大約 為500 ppm (百萬分率)的很大的頻率容限(按照儀器標準)。
背景技術(shù)：
使用這種低分辨率頻率信號，該信號被廣播到每個裝置以提供時鐘同步， 但僅僅是對USB主M制器提供的一定程度上模糊的頻率的時鐘同步。第6,343,364號美國專利(Leydier等人)公開了一個對被引導(dǎo)到智能 卡讀取器的USB業(yè)務(wù)進行鎖頻的示例。這個專利披露了與USB SYNC和 包IDi M目比的本地的、自由運行的時鐘；其周期被更新以匹配這個頻率， 從而產(chǎn)生1.5 MHz的標稱頻率的本地時鐘。這提供了足以將智能卡信息 讀取到主機PC內(nèi)的同步程度。這種方法涉及智能卡讀取器，不能解決裝 置之間的同步問題。而且，沒有^5^開對lkHz的鎖頻或更高的穩(wěn)定性，也 沒有公開高精度的相位控制。第6，012，115號美國專利和隨后的續(xù)案笫6,226,701號美國專利 (Chambers等人)涉及USB SOF周期性以及定時的編號。如這些公開 的摘要中所述，該發(fā)明允許計算機系統(tǒng)通過使用從USB主機控制器向與 其連接的外圍裝置發(fā)送的幀開始脈沖來執(zhí)行對在實時的外圍裝置內(nèi)發(fā)生 預(yù)定事件的時刻的精確確定。但是，這些方法不測量用于確定USB主機控制器內(nèi)的主時鐘的絕對 頻率的包含在USB數(shù)據(jù)通信流內(nèi)的周期數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率，并且在某些情 況下，這些方法依賴于在主機內(nèi)設(shè)置附加的計數(shù)器。
第6,092,210號美國專利(Larky等人V〉開了 一種用于通過使用USB 到USB連接裝置而連接兩個用于數(shù)據(jù)傳送的USB主機的方法，所述USB 到USB連接裝置用于將本地裝置時鐘同步到兩個USB主機的數(shù)據(jù)流。使 用鎖相環(huán)來同步本地時鐘，并且使用過采樣來保證不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。但是, 這個文獻涉及兩個USB主機的數(shù)據(jù)流的彼此同步(具有有限的精度)，以 便能夠在所述主機之間進行信息傳送。該發(fā)明沒有披露多個USB裝置與 單個USB主機或者與多個USB主機的同步。USB規(guī)范是考慮到音頻應(yīng)用而編寫的，并且第5,761,537號美國專利 (Sturges等人)描述了如何將兩對或者更多對揚聲器與各時鐘同步，其 中一對揚聲器在PC中的立體聲音頻電路外運轉(zhuǎn)，而另一對由USB來控 制。因為兩個揚聲器對^f吏用它們本身的時鐘，所以它們需J^被同步，因此 這個文獻披露了一種用于不論異步時鐘之間的可能的時鐘偏移如何而保 持音頻信號同步的技術(shù)。第10/620,769號美國專利申請^^開了一種USB的同步版本，其中， 每個裝置的本地時鐘在給定的USB上被同步到任意的程度。該文獻還公 開了一種方法和設(shè)備，用于向USB內(nèi)的每個裝置提供觸發(fā)信號，以便可 以通過所述觸發(fā)信號在多個裝置上同步地啟動某事件。第6,卯4，489號美國專利(Zarns)公開了用于遠程訪問USB裝置的 方法和系統(tǒng)，其中，請求裝置(諸如個人計算機)發(fā)出對于USB裝置的 請求，所述請求被截取和封裝、然后通過網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送。包由USB主機裝 置接收，并且所述請求被解封并傳送到控制器，以便由USB裝置來處理。圖1是一種示例性背景技術(shù)的同步USB裝置10的示意圖，該USB 裝置IO連接到數(shù)字USB 12、時鐘信號和同步總線14，并且包括數(shù)字受 控換能器16。裝置10還包括總線連接器18、數(shù)字輸X/輸出總線接口電 路20、微處理器22和同步信道24，所述同步信道24用于向換能器16傳 送包括觸發(fā)和時鐘信號的同步信息。裝置10通過總線連接器18而連接到數(shù)字USB 12，數(shù)字USB 12包 含用于USB裝置10的USB數(shù)據(jù)和控制信號；時鐘信號和同步總線14提 供時鐘和同步信號。第10/620,769號美國專利申請中公開的另一種同步USB裝置在圖2 中被示意性地示出為10，。類似的附圖標記已在圖1中用于表示類似的元 件。在裝置10，內(nèi)，經(jīng)由總線連接器18，通過解碼存在于USB 12的數(shù)據(jù)
流內(nèi)的信息，在同步USB裝置10，本地產(chǎn)生了時鐘信號。在這個裝置內(nèi)， 使用標準的電纜和連接器、通過USB12而提供所有的同步(使得不必使 用圖l的時鐘信號和同步總線14)。同步信道26向數(shù)字換能器16提供包 括觸發(fā)和時鐘信號的同步信息。用于在多個USB裝置的每個上同步本地時鐘的該架構(gòu)依賴于存在于 USB通信流上的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第10/620,769號美國專利申請的優(yōu)選 實施例實質(zhì)上將本地時鐘在頻率和相位上鎖定于在USB裝置上的SOF包 令牌的檢測。圖3是第10/620,769號美國專利申請的另一個實施例的示意圖。在這 個實施例中，同步信道26通過下述方式而工作當USB信號通信流通過 數(shù)字輸V輸出總線接口電路20 (圖內(nèi)未示出)時從USB 12檢測和提取 信息，并且產(chǎn)生本地時鐘信號28和本地觸發(fā)信號30。本實施例采用電路來觀察通過USB的通信流，并且解碼所有的SOF 包，這導(dǎo)致每l毫秒有一個脈沖.來自受控的振蕩器時鐘32的本地時鐘 信號28在相位和頻率上被鎖定到USB 1 kHz的SOF包的接收。這首先要求將來自時鐘23的本地高速時鐘信號28 (例如可以是1 MHz)由時鐘頻率分割器34向下分割為SOF包接收的頻率(標稱在1 kHz)。匹配濾波器36在SOF包到達時發(fā)送時鐘同步信號38,時鐘同步 信號38被傳送到相位檢測器40。相位檢測器40經(jīng)由濾波器42耦接到受 控的振蕩器時鐘32。本地時鐘信號28 ^被提供到在USB裝置上的換能器電路(即圖1 和2內(nèi)的數(shù)字換能器16 )，從而保證附接到根集線器的所有裝置在頻率上 被鎖定到它們接收SOF包令牌的點。據(jù)說該設(shè)置能夠產(chǎn)生達到任意高頻(如幾十MHz的時鐘頻率)的本 地時鐘信號，由此保證連接到給定USB的每個裝置的本地時鐘在頻率上 同步。第10/620,769號美國專利申請還披露了 一種用于通過測量從主機到 每個裝置的信號傳播時間并在每個USB裝置上提供時鐘相位補償來進一 步在相位上同步多個本地時鐘的方法和設(shè)備。但是，在第10/620,769號專利申請內(nèi)描述的方法在其能力上局限于向 每個裝置提皿確已知的時鐘頻率。參考圖3的上述設(shè)置將每個本地時鐘 的頻率鎖定到SOF包令牌的接收。通過主機PC上的本地晶振來驅(qū)動SOF 包產(chǎn)生的速率。這通常是不準確的，并且USB規(guī)范在時鐘頻率;5U目應(yīng)的
SOF速率上具有很大的容差。USB規(guī)范規(guī)定主機控制器必須以12 MHz土500卯m (百萬分率)(即12 MHz±0.05% )的速率來發(fā)送SOF包。對于時鐘而言，這是很大的容差，例如，標準的晶振具有大約20卯m 的中心頻率容差，并且在可用的溫度范圍上具有大約士50ppm的溫度^l定 性。即使這種容差對于高精度的時鐘系統(tǒng)也是不可接受的。對時間要求極 高的系統(tǒng)經(jīng)常要求具有大約5 ppm或者更好的中心頻率容差和溫度穩(wěn)定 性的溫度穩(wěn)定的晶振。
笫10/620,769號美國專利申請還披露了一種用于通過下述方式來控 制同步USB時鐘頻率的方法制造具有精確受控的基準頻率的本地時鐘 的特殊USB主機控制器。因此，這種系統(tǒng)產(chǎn)生具有百萬分之幾的1 kHz 的SOF時鐘精度的USB數(shù)據(jù)流，但這種裝置成本太高，難以在高度竟爭 的個人計算機市場上廣泛地應(yīng)用；而且，諸如便攜式計算機和PDA (個 人數(shù)字助理)等的系統(tǒng)沒有添加售后USB主機控制器的設(shè)置。第6,226,701號美國專利(Chambers等人)公開了一種用于通過使 用多個計數(shù)器并且比較自USB SOF包起過去的時間而對USB內(nèi)的實時事 件加時間標記的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)要求位于USB裝置和USB主機控制器二 者內(nèi)的計數(shù)器通過SOF令牌而激活。所述裝置內(nèi)的計數(shù)器由外部事件激 活，并且由下一個SOF停止.主機控制器內(nèi)的計數(shù)器通過每個SOF而復(fù) 位并激活。USB主機控制器查詢外圍裝置，所述外圍裝置向主機控制器 傳送數(shù)據(jù)，用于指示(0已經(jīng)發(fā)生了事件、(ii)第一定時器的幀值的開 始之前的時間。USB主機控制器中斷主機處理器，并且向其傳送與外圍 裝置相關(guān)的數(shù)據(jù)。以這種方式，該文獻的系統(tǒng)可以確定M生外部事件和 處理器讀取第二定時器起過去的時間，但是，盡管Chambers等人的系統(tǒng)可以執(zhí)行基本的事件時間標記，但 是其要求USB主機控制器的特定硬件實施方式，因此與一般的USB實施 方式是不兼容的。而且，所述系統(tǒng)依賴于主機PC的PC中斷特性和實時 時鐘的相關(guān)定時限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是補充USB規(guī)范，使得任何數(shù)量(高達某 個允許的最大值)的USB裝置能夠以其中本地時鐘在相位和頻率上都被 鎖定到精確受控的任意頻率的同步和觸發(fā)方式來工作。
本發(fā)明的另 一個目的是在補充USB規(guī)范的同時保留USB的優(yōu)點，包 括通過分層的星型架構(gòu)來^Mt多個裝置(當前至多127個裝置)的能力、 熱插拔能力、自舉、易于使用、跨操作系統(tǒng)的兼容性以及便攜性。本發(fā)明的另 一個目的是利用可應(yīng)用于每個USB的USB主機控制器硬 件的 一般實施方式來提供對實時系統(tǒng)的事件的高度精確的時間標記。在第一廣義方面，本發(fā)明提供了一種用于控制USB裝置的本地時鐘 的相位和頻率的方法和設(shè)備，所述設(shè)備包括用于觀察USB通信流和從USB通信流解碼周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的電路， 信息；以及用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且從至少所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 本地時鐘信號的電路，所述本地時鐘信號在頻率和相位上被鎖定到所述周 期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，所述周期性結(jié)構(gòu)用作時鐘信息的載波，其本身不構(gòu)成時鐘頻率 信息。所述時鐘可以具有與載波相同的頻率，或者根據(jù)用于修改栽波信號 頻率的任何數(shù)量的附加信號而具有不同的頻率。事實上，可以利用所述周期性結(jié)構(gòu)/載波信號的頻率的非整數(shù)倍(包 括約數(shù))的頻率來產(chǎn)生本地時鐘信號；在下文描述的本發(fā)明的其他方面中 也是這樣。即，不必利用周期性結(jié)構(gòu)/載波信號的頻率的固定倍數(shù)的頻率 來產(chǎn)生本地時鐘信號，而是利用基于周期性結(jié)構(gòu)/栽波信號的實際頻率而 計算的頻率。例如，如果周期性結(jié)構(gòu)/栽波信號的頻率是1.01 kHz，則按 照本發(fā)明，可以同步到實質(zhì)上正好10 MHz(而不是整數(shù)倍，如10.1 MHz )。用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且產(chǎn)生本地時鐘信號的電路還可以 用來(諸如從微控制器)接收信息信號，并且至少從周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信 息信號產(chǎn)生本地時鐘信號。用于接收周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生本地時鐘信號的電路可以包括相位 比較器、受控振蕩器時鐘產(chǎn)生器和頻率合成電路，所述頻率合成電路用于 產(chǎn)生任意頻率的時鐘信號。優(yōu)選的是，所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括USB幀開始(SOF)包令牌。 按照第二廣義方面，本發(fā)明還提供了 一種用于產(chǎn)生本地時鐘信號的方 法，包括
測量USB數(shù)據(jù)流中的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如SOF包令牌)的頻率。在一個實施例中，所述方法還包括:根據(jù)所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率， 確定USB主機控制器的時鐘速率。按照該廣義的方面，本發(fā)明還提供了一種用于產(chǎn)生本地時鐘信號的設(shè) 備，包括USB,用來接收USB數(shù)據(jù)流；基準信號源，用于提供基準信號；以及定時電路，用于將所述USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如SOF包 令牌)與所述基準信號相比較，并且確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。因此，在這個方面，可以確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率，所述周期 性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率本身可以用于確定例如USB主機控制器的時鐘速率。所述USB可以無線地接收USB數(shù)據(jù)流，或者所述設(shè)備可以包括USB 總線連接器，用于連接到所述USB，并且用于向所述USB發(fā)送USB數(shù)據(jù) 流。所述設(shè)備通常是USB裝置的形式，但是其也不必是這樣的形式。所述設(shè)備可以用來測量多個裝置中僅一個裝置內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 的頻率，并且可以被配置成向其他裝置發(fā)送信號，以相應(yīng)地控制它們的本 地時鐘。所述基準信號或者頻率源(在這個實施例和其他實施例中)可以包括 本地基準時鐘或者外部基準信號源(如用于連接到外部基準時鐘的連接 器)。如果在此使用外部基準時鐘，則其可以具有任意高的精度，并且可 以是例如精確頻率基準(如銫鐘或者銣鐘)、全球定位系統(tǒng)(GPS)時間 服務(wù)器或者IEEE-1588時間服務(wù)器的形式。所述設(shè)備可以包括時間標記鎖存器和基準時間標記信號源，其中，所 述時間標記鎖存器用來對來自所述基準時間標記信號源的數(shù)據(jù)信號加時 間標記，由此可以將所述時間標記信息同步到所述載波信號的接收.所述基準時間標記信號源可以包括連接器，用于連接到外部基準時間 標記信號源。在笫三廣義的方面，本發(fā)明提供了一種用于確定USB主W^制器的 時鐘頻率的設(shè)備，該設(shè)備包括USB集線器，其可附接到所述USB主機控制器； 基準信號源，用于提供基準信號；USB裝置，其附接到所述USB集線器，并且具有定時電路，所述定較，并且確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率，以便能夠進行對時鐘速率的估 計。優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括附接到所述USB集線器的多個USB裝置， 每個USB裝置具有定時電路，所述定時電路用于將所述USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的 周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所ii^準信號比較，并且用于確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 的頻率，并且所述設(shè)備可用于進行對時鐘速率的相應(yīng)的估計。其中，所述 設(shè)備還包括數(shù)據(jù)處理器，用于接收對所述時鐘速率的相應(yīng)的估計，并且用 于^L據(jù)所述估計(如通過對所述估計的統(tǒng)計分析)來確定所述USB主機 控制器的時鐘速率。所述設(shè)備可以在相應(yīng)的USB裝置內(nèi)或者在數(shù)據(jù)處理器內(nèi)或者其他裝 置內(nèi)進行對所述時鐘速率的估計。所&基準信號源可以具有任意高的精度，并且可以是例如公共的全球 定位系統(tǒng)(GPS )時間服務(wù)器或者與每個USB裝置對應(yīng)的相應(yīng)GPS時間 服務(wù)器的形式。因此，GPS服務(wù)器可以提供跨地球的任意精度的基準時鐘信號和任 意精確的相位精度，但是任何其他的基準時鐘信號(優(yōu)選的是外部提供的) 也是適合的。還應(yīng)當理解，還可以將任何外部的分布基準定時系統(tǒng)(諸如 稱為IEEE-1588的同步以太網(wǎng)標準)用作用于保證廣泛分布的同步USB 系統(tǒng)的時鐘基準源。在第四廣義的方面，本發(fā)明揭 供了一種同步USB，用于同步多個USB 裝置，所述同步USB包括外部基準時鐘信號，其被提供到所述多個USB裝置，使得它們每個 能夠?qū)⑺鼈冏陨硗降酵獠炕鶞蕰r鐘信號(并且通過彼此暗示)。因此，按照該方面，可以使實質(zhì)上無限數(shù)量的USB裝置同步，使得 同步USB的同步信道計數(shù)能夠提高到高于由USB規(guī)范實行的127個裝置 (包括集線器)的當前限制。這使得USB每個能夠?qū)⑺鼈冏陨硗降侥?個外部基準信號。 按照本發(fā)明的該方面，提供了一種用于同步多個USB裝置的方法， 該方法包括向所述多個USB裝置提供外部基準時鐘信號；以及所述USB裝置將它們自身同步到外部基準時鐘信號(并且通過彼此 暗示)。所述方法可以包括同步多個同步USB上的事件。優(yōu)選的是，所述 方法包括向所述USB裝置上的另外的多個USB裝置發(fā)送信息，4吏得所 述另外的多個USB裝置被觸發(fā)以實時地并如操作員所要求地執(zhí)行命令或 者功能。因此，按照這種方法，擴展所述裝置的數(shù)量，并且可以擴展USB在 同步的系統(tǒng)內(nèi)支持的裝置的物理分離。USB當前可以支持127個裝置(包 括集線器)，并且除了極少數(shù)例外的情況還被限定于30m的范圍。在這個 方面，GPS或者IEEE-1588信號(舉例而言)可以被用作多個USB的本 地定時基準，因此，系統(tǒng)內(nèi)可以包括實質(zhì)上無限數(shù)量的裝置，其中對它們 的位置沒有限制。因此，可以提供全局同步的系統(tǒng).在第五廣義的方面，本發(fā)明提供了一種用于降低USB (如時間至關(guān) 重要的應(yīng)用，包括控制應(yīng)用)的通信延遲的方法，該方法包括監(jiān)視和解碼與USB相關(guān)聯(lián)的上行USB數(shù)據(jù)通信流；從所述上行信息中提取特定信息包；以及按照所述特定信息包的內(nèi)容來啟動至少一個動作。所述特定信息包在受到作用之前可以由本地處理器處理。在一個實施例中，所述動作包括與一個或多個其他裝置(即在所述 USB環(huán)境之外)通信。該通信可以包括向所述其他裝置發(fā)送數(shù)據(jù)。所述 數(shù)據(jù)可以通過任何通信信道來發(fā)送，所述信道包括串行通信信道、并行通 信信道、有線通信信道、光纖通信系統(tǒng)和無線通信信道。該方面還提供了一種具有降低的延遲的USB，該USB包括具有上行端口的USB裝置；以及數(shù)據(jù)解碼器和處理器，用于觀察所述上行端口上的USB數(shù)據(jù)通信流， 解碼所述USB通信流內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且按照所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容來啟 動至少一個動作。
因此，按照該方面， 一種新類型的USB控制裝置是可能的，由此降 低USB上常見的延遲限制。在笫六廣義的方面，本發(fā)明提供了一種可同步到同步以太網(wǎng)的同步多 信道USB,該USB包括USB主機系統(tǒng)；同步多信道USB;多個USB裝置，耦接到所述USB主機系統(tǒng)，每個USB裝置具有本 地時鐘和絕對時間寄存器；其中，所述多個USB裝置的本地時鐘在頻率和相位上同步，所述USB 裝置的絕對時間寄存器通過相應(yīng)的本地時鐘而同步和定時序，并且所述 USB包括同步信道，通過該同步信道，可以在所述同步USB和所述同步 以太網(wǎng)及用于與所述同步以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)信道之間發(fā)送時鐘 頻率和時間標記信息。所述同步信道可以包括附接到同步USB的一個或多個USB裝置、復(fù) 合USB集線器和USB裝置功能或者觀察同步USB上的USB數(shù)據(jù)通信流 并且不是所述同步USB的附接部件的裝置。在另一個廣義的方面，本發(fā)明提供了一種USB裝置，該USB裝置包 括至少一個(并且在某些實施例中為多個)本地時鐘，其中，所述本地時 鐘與USB同步，由此，所述本地時鐘可以被控制為任意精確的頻率和相 位。所述USB裝置可以包括同步器，用于將本地時鐘與在USB數(shù)據(jù)流內(nèi) 包含的載波信號同步，其中，本地時鐘的頻率和相位的精度不受USB主 機控制器時鐘的精度的限制。在這個(和其他)實施例中，所述栽波信號 可以在USB數(shù)據(jù)包內(nèi)包括USB數(shù)據(jù)OUT令牌、IN令牌、ACK令牌、 NAK令牌、STALL令牌、PRE令牌、SOF令牌、DATA0令牌、DATA1 令牌或者可編程的比特模式序列。應(yīng)當注意，可以根據(jù)需要來組合本發(fā)明的上述每個方面的各種特征.另外，可以用各種方式來實施按照本發(fā)明的設(shè)備。例如，可以用印刷 電路上或印刷布線板上、陶瓷襯底上或者半導(dǎo)體級別(即作為單個硅(或 其他半導(dǎo)體材料)芯片)的多個部件的形式來構(gòu)造這樣的裝置。


為了能夠更清楚地說明本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖、通過示例來說明各實施例，在附圖中圖1是一種背景技術(shù)的同步USB裝置的示意圖；圖2是另一種背景技術(shù)的同步USB裝置的示意圖；圖3是背景技術(shù)的同步USB電路的細節(jié)的示意圖；圖4是按照本發(fā)明的笫一實施例的同步USB裝置的示意圖；圖5是圖4的同步USB裝置的同步信道的示意困；困6是按照本發(fā)明的第二實施例的用于4吏USB同步的裝置的示意圖；圖7是圖6的USB同步裝置的定時測量電路的示意圖；圖8是按照本發(fā)明的第三實施例的USB系統(tǒng)的示意圖；圖9是按照本發(fā)明的第四實施例的USB系統(tǒng)的示意圖；圖10^i按照本發(fā)明笫五實施例的USB定時集線器的示意圖；圖11是按照本發(fā)明的第六實施例的用于提高USB的同步信道計數(shù)的 系統(tǒng)的示意圖；圖12是按照本發(fā)明的第七實施例的同步USB的示意圖；圖13是按照圖12的實施例的全局同步的USB的示意圖；圖14是按照本發(fā)明的第八實施例的同步到以太網(wǎng)的USB的示意圖；圖15是圖14的USB的USB定時集線器的USB以太網(wǎng)同步電路的 示意圖；圖16是按照本發(fā)明的第九實施例的混合USB集線器的示意圖，所述 混合USB集線器提供了沒有通常的USB滯后延遲的控制絲；圖17是圖16的同步USB的混合USB集線器的USB監(jiān)視電路的示意圖；圖18A、18B和18C示意性地圖解了在圖17的USB監(jiān)視電路內(nèi)使用、 用于向USB數(shù)據(jù)流內(nèi)插入有效負荷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)插入交換器和方法；圖19是按照本發(fā)明的第十實施例的、同步到以太網(wǎng)的具有混合USB 主機控制器的USB的示意圖20是圖19的實施例的USB的混合USB主機控制器的示意圖；圖21是按照本發(fā)明的第十一實施例的具有實時概念的USB裝置的示 意圖；圖22是圖21的USB裝置的實時時鐘電路的示意圖; 圖23是圖21的USB裝置的時序圖；以及圖24是按照本發(fā)明的第十二實施例的能夠?qū)ν獠渴录_地加時間 標記的USB裝置的時序圖。
具體實施方式
圖4中示意性地將按照本發(fā)明的第一實施例的USB裝置為50，該 USB裝置具有USB 52。在這個實施例中，將使得USB裝置50的本地時 鐘被頻率控制為任意程度的時鐘同步信息通過栽波信號(下文描述)傳送 到USB裝置，然后從USB數(shù)據(jù)流中解碼所述栽波信號。參見圖4， USB裝置50包括總線連接器54、數(shù)字輸V輸出(I/O) 總線接口電路56、微控制器58、數(shù)字受控的換能器60以及同步器62形 式的同步電路(下文將更詳細地描述).數(shù)字輸vV/輸出總線接口電路56 作為在總線連接器54處檢測的USB數(shù)據(jù)的JlUL器，其將所述USB數(shù)據(jù) 傳送到微控制器58。所述微控制器58向同步器62提Wf息64，用于精 確的頻率合成，并且向數(shù)字受控的換能器60提供直接控制信道66。上述載波信號是周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此可被用作載波信號；在這個實 施例和下述的其他實施例中，該栽波信號是SOF包令牌的形式，其提供 頻率模糊的周期性低分辨率信號，該頻率信號被廣播到除了低速裝置之外 的所有連接到給定的主機控制器的裝置。所述載波信號一^w USB通信 流中解碼出來，則與標度因子(scalingfactor)相組合，以產(chǎn)生同步信息， 并因而將本地時鐘信號與時鐘頻率的精確控制合成起來。圖5是該實施例的同步器62的詳細示意圖。同步器62包括匹配過濾 器68，用于觀察通過總線連接器54的USB通信流、解碼上述的周期性 栽波信號(在這個實施例中是SOF包令牌)并向本地時鐘合成電路72發(fā) 送時鐘同步信號70。使用由微控制器58提供的信息信號76，根據(jù)解碼的栽波信號(即時 鐘同步信號70 )來合成頻率精確的本地時鐘信號74。在這個實施例中(并 且通常地)，本地時鐘信號74的頻率比時鐘同步信號70高幾個數(shù)量級， 并且分頻器78將本地時鐘信號74向下劃分為頻率更接近時鐘同步信號 70的頻率的分割信號80。本地時鐘合成電路72按照由微控制器58提供的信息信號76來處理 其輸入信號(即時鐘同步信號70和分割信號80)。結(jié)果產(chǎn)生的兩個輸出 信號82和84被傳送到相位比較器86。相位比較器86通過濾波器88耦 接到受控的振蕩器時鐘產(chǎn)生器卯。精確的本地時鐘信號74然后被用作觸發(fā)電路的時鐘信號，用于產(chǎn)生 相位精確的觸發(fā)信號92。同步器62包括另一個匹配濾波器94，該匹配濾 波器94也解碼通過USB總線連接器54接收的USB數(shù)據(jù)，并且在從USB 數(shù)據(jù)流中檢測到所需要的觸發(fā)信號時產(chǎn)生觸發(fā)使能信號96。所述觸發(fā)使 能信號96被傳送到數(shù)據(jù)鎖存器98，該數(shù)據(jù)鎖存器98使用本地頻率精確 的時鐘信號74對所述觸發(fā)使能信號96計時，使其通過以形成相位精確的 觸發(fā)信號92。因此，根據(jù)該實施例，能夠產(chǎn)生在任意高頻(如幾十兆赫茲的時鐘頻 率)處穩(wěn)定的時鐘信號，其具有幾納秒或者更低的隨機抖動，并且具有任 意高的頻率精度。如上所述，SOF包廣播發(fā)生在l kHz的標稱頻率，但是這個信號的 實際頻率通過USB主機控制器時鐘的精度來確定。#^本發(fā)明的第二實 施例的USB裝置100使用 一種通it^"確地測量SOF包的頻率來確定IJSB 主機控制器的有效時鐘速率的方法。這個信號可以被當作與主機控制器時 鐘速率有關(guān)的信息的載波，并且該載波信號被廣播到所有連接的USB裝 置。這樣，對嵌入于通常的USB協(xié)議中的栽波信號進行解碼，并測量其 頻率，以確定USB主機控制器時鐘的有效時鐘速率。圖6是按照本發(fā)明的第二實施例的用于使USB同步的裝置100的示 意圖，該裝置100包括用于連接到USB的USB總線連接器102。裝置100 具有第一連接器104,用于接收外部基準時鐘信號；以及第二連接器106， 用于接收外部基準時間標記信號。通過所述連接器，裝置100測量SOF 包信號(或者栽波信號)的頻率。裝置IOO包括USB監(jiān)視電路108，用 于觀察USB數(shù)據(jù)流；微控制器110;定時測量電路112;以及信息總線114 (包含模擬和/或數(shù)字總線)，用于微控制器110和定時測量電路112之間 的通信。
裝置100確定SOF包載波信號頻率，并且通過暗示來確定USB主機 控制器頻率，并且可以向^L控制器、實際上向主主機PC傳送回關(guān)于所述 頻率的信息，但是對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員顯然的是，這種方法也可以用 于非USB裝置。例如，這種方法可以應(yīng)用于銀僅檢測和解碼USB數(shù)據(jù)流 但不是USB裝置的裝置。雖然裝置100確定SOF包載波信號頻率，但是對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員顯然的是，用于接收外部基準時鐘信號的連接器104和用于接收外部 基準時間標記信號的連接器106都可以是雙向端口。這樣的雙向端口可以 行外部裝置發(fā)送時鐘和數(shù)據(jù)信號(包括時間標記信息)并從外部裝置接收 時鐘和數(shù)據(jù)信號(包括時間標記信息)。另外，對于^域內(nèi)的技術(shù)人員 顯然的是，這樣的信號可以用于控制外部裝置。圖7是定時測量電路112的更詳細的示意圖。定時測量電路112包括 匹配濾波器116，用于解碼USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的栽波同步信號，以輸出解碼 的栽波信號118;以及頻率測量電路120，其將解碼的載波信號118與本 地基準信號122相比較。頻率測量電路120產(chǎn)生時鐘精度信息信號124， 用于指示栽波信號的絕對時鐘精度，并因此指示USB主機控制器的時鐘 速率。(這個時鐘精度信息信號124被傳送通過圖6的信息總線114).通 過復(fù)用器126來提供本地基準信號122，復(fù)用器126選擇由本地基準時鐘 130產(chǎn)生的本地基準時鐘信號128或者由微控制器110通過信息總線114 控制的外部基準信號132 (由第一連接器104提供)。時間標記鎖存器134也4吏用所述解碼的載波信號118，所述時間標記 鎖存器134對從外部時間標記第二連接器106接收的數(shù)據(jù)信號136加時間 標記，并且在138處輸出到信息總線114。以這種方式，可以將來自外部 源的絕對時間標記信息同步到栽波信號的接收。圖8是按照本發(fā)明的第三實施例的USB系統(tǒng)140的示意圖，其中， 具有USB主機控制器144的個人計算機142在USB 148處被附接到單個 USB裝置146。所述USB裝置144包含定時測量電路150 (根據(jù)圖7的定 時測量電路112 )，用于使用內(nèi)部基準時鐘(可與圖7的本地基準時鐘130 比較)在任意程度上測量反復(fù)的栽波信號的頻率。因此，在這個實施例中， 通過完全包含在USB裝置內(nèi)的電路(即定時測量電路150 )來確定USB 主機控制器144的時鐘載波信號的絕對頻率。而且，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員顯然的是，雖然這個實施例包含個人計算機，但是替代的類似實施例 可以包括任何裝置，諸如包含USB主機控制器或者USB在運行中的控制
器的個人數(shù)字助理(PDA)或者移動通信裝置等。
圖9是按照本發(fā)明的第四實施例的USB系統(tǒng)160的示意圖，其中， 具有USB主機控制器164的個人計算機162在USB 168處被附接到USB 集線器166。 USB集線器168提供到多個USB裝置170的連接，其中每 個USB裝置170包含定時測量電路(可與USB系統(tǒng)140的定時測量電路 150相比)，用于使用內(nèi)部基準時鐘(可與圖7的本地基準時鐘130比較) 來測量反復(fù)的栽波信號的頻率。每個USB裝置170以某個有限的誤差來 測量載波信號頻率。由于所述誤差實質(zhì)上是隨機的，因此使用統(tǒng)計分析來 分41"來自USB裝置170的測量值，由此減少在栽波信號頻率的測量中的 整體不確定性。
因此，在這個實施例中，以比使用單個USB裝置可獲得的精度更高 的精度，確定USB主機控制器164的時鐘載波信號頻率的絕對頻率。
圖10是按照本發(fā)明的第五實施例的USB定時集線器180的示意表 示。所述USB定時集線器180具有上行端口 182，用于連接到主;^ 制器(或者在USB定時集線器180和主機控制器之間的中間上行裝置)； 多個下行端口 184 (其提供USB擴展)；外部基準時鐘輸入端口 186和外 部基準時間標記輸入端口 188。
USB上行端口 182連接到USB集線器電路l卯，USB集線器電路l卯 向所述多個下行USB端口 184提供USB擴展；所述下行USB端口 184 之一被引導(dǎo)到內(nèi)部USB裝置192。內(nèi)部USB裝置192經(jīng)由通信總線196 連接到定時測量電路194 (可與圖6的定時測量電路112相比)。所述定 時測量電路194包含內(nèi)部本地基準時鐘(可與圖7的本地基準時鐘130相 比)，并且還從外部基準時鐘輸入端口 186和外部時間標記輸入端口 188 接收信息。所述定時測量電路194還使用USB監(jiān)視電路198來觀察上行 端口 182上的USB數(shù)據(jù)通信流，并且使用信號199來解碼USB主機控制 器時鐘載波信號，以測量栽波信號頻率。
因此，USB定時集線器180包含用于確定USB主機控制器的絕對時 鐘速率的(參見圖7所述的類型的)電路194和常規(guī)USB集線器電路190。 這樣的混合裝置提供了 USB主機控制器時鐘載波信號頻率信息和USB的 擴展。
按照本發(fā)明的第六實施例，可以將USB系統(tǒng)的同步信道計數(shù)擴展到 超過USB規(guī)范所允許的數(shù)量(當前是127個裝置，其中包括集線器)。這
個實施例允許通過向每個USB提供公共的外部基準時鐘信號來同步多個 分立的USB。所述公共的基準時鐘信號然后用于測量每個USB的USB主 機控制器時鐘載波信號，并且隨后用于使用該信息以實質(zhì)上任意的程度將 已知頻率合成到連接到任何USB的每個USB裝置上的本地時鐘上。
圖11是按照笫六實施例的系統(tǒng)200的示意圖，用于提高USB的同步 信道計數(shù)。其中，多個同步USB以任意的程度同步。所述系統(tǒng)200包括 多個個人計算機202,其中每個個人計算機202包含USB主M制器204。 每個個人計算機202連接到(圖10的180所描述和圖解的類型的)混合 USB定時集線器206;每個USB定時集線器206提供多個同步USB 208， 以允許對多個USB裝置210的擴展。外部基準時鐘212通過USB定時集 線器206向同步USB 208提供信號。在一種替代的設(shè)置中，系統(tǒng)200省 略了 USB定時集線器206，并且所述USB裝置被配置成直接地接收外部 基準時鐘信號。但是，使用USB定時集線器206是優(yōu)選的。
按照本發(fā)明的第七實施例，提供了一種同步USB，該同步USB被提 供有外部基準時鐘信號，該外部基準時鐘信號在任意的程度上頻率精確和 時間標記精確。這些信號允許USB以任意的精度被同步。這個實施例使 用外部全局定位系統(tǒng)(GPS)時間服務(wù)器作為外部同步基準。通過衛(wèi)星通 信來傳送GPS時間服務(wù)器基準時鐘信號。而且，GPS時間服務(wù)器可以實 質(zhì)上在任意位置傳iiMt確到任意程度的絕對時間標記信息，而不論位置如 何。
圖12是系統(tǒng)220的示意圖，其中，USB222被同步到GPS時間服務(wù) 器224。系統(tǒng)220包括個人計算機226，個人計算機226包含連接到同步 USB 222的USB主機控制器228，其中，同步時鐘頻率精確到任意的程度。
個人計算機226的USB端口 230連接到USB定時集線器232， USB 定時集線器232提供用于附接附加的USB裝置236的下行擴展端口 234。 (圖10的180所描述和圖解的類型的)USB定時集線器232還具有端口 238、 240，用于從GPS時間服務(wù)器224分別接收基準時鐘核心242和時 間標記信息244。 GPS時間服務(wù)器224連接到用于接收GPS時間和位置 信息的天線246。
可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，在這個實施例中，可以 使用用于提供全局同步的外部基準時鐘和時間信號的其他方法。
圖13是按照這個實施例的全局同步的USB250的示意圖。全局同步
的USB 250包括位于不同位置252的多個USB;每個USB是圖12的222 所示的類型，因此，每個USB通過單獨的GPS時間服務(wù)器而同步。多個 GPS時間服務(wù)器通過衛(wèi)星通信提供基準時鐘信號，所述基準時鐘信號被 頻率鎖定到實質(zhì)上任意程度。而且，多個GPS時間服務(wù)器中的每個服務(wù) 器在地球上的任何位置精確到任意程度地向它們各自的USB定時集線器 提供絕對時間標記信息，而與位置無關(guān).
因此，多個另外的獨立USB被同步。這樣的系統(tǒng)能夠使地球上任何 位置的寬泛分布的同步USB精確地同步。通過增加所期望的數(shù)量的同步 USB (圖12的222 )，還具有無限的信道計數(shù)的能力。
按照本發(fā)明的第八實施例，可以將同步USB同步到同步以太網(wǎng)(即 按照以太網(wǎng)協(xié)議進行內(nèi)部接收通信的網(wǎng)絡(luò))。在這個實施例中，從同步以 太網(wǎng)向所述同步USB提供外部信號，所述外部信號包含按照IEEE-1588 精確時間協(xié)議的定時信息。所述外部信號包含以太網(wǎng)通信路徑和精確時間 協(xié)議路徑。以這種方式，可以在USB和以太網(wǎng)系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)和定時 信息。
圖14是同步到以太網(wǎng)264的USB 262的示意圖260.同步以太網(wǎng)264 包含多個待同步的裝置266和以太網(wǎng)邊界時鐘268。所述邊界時鐘268執(zhí) 行裝置之間的以太網(wǎng)連接，并且補償在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換器和路由器內(nèi)存 在的延遲和定時抖動.同步USB 262包括個人計算機270,個人計算機 270具有USB主機控制器272,而連接到主機控制器272的是混合USB 定時集線器274。 USB定時集線器提供到多個USB裝置276的連接擴展。 USB定時集線器274包括兼容IEEE-1588的端口 278，用于向同步以太 網(wǎng)264發(fā)送數(shù)據(jù)和定時信息280。
IEEE-1588精確時間協(xié)議包含用于確定網(wǎng)絡(luò)的哪個節(jié)點是基于時間 的主節(jié)點的協(xié)議。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員顯然的是，同步以太網(wǎng)264 的任何節(jié)點(即裝置266)或者同步USB 262可以是依賴于所有裝置的時 鐘的絕對精度的基于時間的主時鐘。
圖15是圖14的USB 262中的USB定時集線器274的詳細示意圖， 該混合USB定時集線器274具有上行端口 292，用于連接到主機控制 器272 (或者在USB定時集線器274和主機控制器272之間的中間上行 裝置)；多個下行端口 294 (其提供USB擴展)；以及外部端口 278，用于 連接到同步以太網(wǎng)。
USB定時集線器274包括USB集線器電路298， USB上行端口 292 與USB集線器電路298連接，并且USB集線器電路298提供到所述多個 下行USB端口 294的USB擴展；下行USB端口 294之一被引導(dǎo)到內(nèi)部 USB裝置300。內(nèi)部USB裝置300經(jīng)由通信總線304連接到定時測量電 路302 (可與圖6的定時測量電路112相比)。
定時測量電路302還通過USB監(jiān)視電路306觀察上行端口 292上的 USB數(shù)據(jù)通信流，并且使用來自USB監(jiān)視電路306的信號308來解碼USB 主機控制器時鐘栽波信號，以測量載波信號頻率。定時測量電路302包含 內(nèi)部本地基準時鐘(可與圖7的本地基準時鐘130相比)，并且還通過時 鐘控制信道312向附加的本地時鐘310接收或者發(fā)送信息。以這種方式， 本地時鐘310或者定時測量電路302形式的時鐘可以是用于確定栽波信號 頻率的本地主時鐘。
USB定時集線器274包括連接到外部端口 278的同步以太網(wǎng)控制器 314，并且所述同步以太網(wǎng)控制器314提供外部以太網(wǎng)連接，并且支持 IEEE-1588精確時間協(xié)議。同步以太網(wǎng)控制器314具有數(shù)據(jù)信道316，用 于在外部以太網(wǎng)(圖14的264所示)和內(nèi)部USB裝置300之間傳輸數(shù)據(jù)。 以這種方式，從外部同步以太網(wǎng)264經(jīng)由同步以太網(wǎng)控制器314和內(nèi)部 USB裝置300向個人計算機(圖14的270 )傳送數(shù)據(jù)。
同步以太網(wǎng)控制器314還包含同步信道318，通過同步信道318，本 地時鐘310可以被同步到外部以太網(wǎng)264。以這種方式，在同步以太網(wǎng)控 制器314和本地時鐘310之間傳送定時信息，由此使用兩個接口的最佳者 來實現(xiàn)混合同步USB/以太網(wǎng)系統(tǒng)以太網(wǎng)提供寬范圍的連接，但是提供 有限的同步能力，而USB提供M精確同步網(wǎng)絡(luò)。
按照本發(fā)明的第九實施例，提供了一種USB，該USB提供控制路徑， 所述控制路徑?jīng)]有USB的通常的滯后延遲(如由Windows (商標)操作 系統(tǒng)的通常30ms的線程循環(huán)時間所引起的30ms時間幀)。這里，圖16 ;i按照這個實施例的混合USB集線器330的示意圖，所述USB集線器 330提供用于減少USB控制環(huán)路延遲的附加的數(shù)據(jù)路徑。所述USB集線 器330具有上行端口 332，用于連接到主機控制器(或者在混合USB 集線器330和主機控制器之間的中間上行裝置)；多個下行端口 334 (其 提供USB擴展)；以及外部控制端口 336，用于連接到外部接口、設(shè)備或 者換能器。
USB集線器330還具有USB集線器電路338(連接到上行端口 332 )，
其提供到多個下行USB端口 334的USB擴展；以及內(nèi)部USB裝置340， 下行USB端口 334之一被引導(dǎo)到所述內(nèi)部USB裝置340。USB集線器330 包括通過通信總線344而相互連接的內(nèi)部USB裝置340和數(shù)據(jù)解碼器和 處理器342。
數(shù)據(jù)解碼器和處理器342使用USB監(jiān)視電路346來觀察上行端口 302 上的USB數(shù)據(jù)通信流，并且使用結(jié)果信號348來解碼USB通信。接口 350控制數(shù)據(jù)解碼器和處理器342和外部控制端口 336之間的通信。接口 350可以是以太網(wǎng)接口、串行通信接口 (如SPI (串行外圍接口 )總線、 CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)、ProfiBus、處理現(xiàn)場總線(aProcess Field Bus )或 者USB (包括運行中的USB ))、并行通信接口 (諸如Centronics (商標) 并行端口或者IDE(集成驅(qū)動電子設(shè)備)總線)。而且，外部控制端口 336 可以提供單端的或者差動的信令，并且可以被適配于任何期望形式的連 接，不論所述連接是銅纜、光纜、無線通信信道還是其他方式。
以這種方式，在主機控制器和附接到下行端口 334的任何USB裝置 之間發(fā)送的數(shù)據(jù)可以在USB集線器330內(nèi)被截取和解釋，并且被用來通 過外部控制端口 336立即控制外部裝置。這防止了 USB中的常見的通信 和控制環(huán)路延遲。
對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員顯然的是，雖然在此所述的本發(fā)明的各個實 施例包括混合USB集線器，但是USB集線器中不必采用這些技術(shù)，而是 事實上可以在至少附接到USB以檢測USB數(shù)據(jù)流并且作用于其中包含的 信息的的任何裝置中使用。
因此，按照本發(fā)明的第九實施例的變化形式，提供了一種系統(tǒng)，該系 統(tǒng)具有混合USB集線器(可與圖16的USB集線器330相比)，所述混合 USB集線器具有附加的數(shù)據(jù)路徑，其允許將控制環(huán)路響應(yīng)縮短為任意短 的時間。圖17是USB監(jiān)視電路360(可與圖16的USB集線器330的USB 監(jiān)視電路346相比)的示意圖；USB監(jiān)視電路360具有上行端口 362， 用于連接到總線的主機控制器側(cè)；下行端口 364，用于連接到總線的裝置 側(cè)；USB數(shù)據(jù)監(jiān)視端口 366，用于發(fā)送USB上行端口 362上存在的USB 數(shù)據(jù)流的復(fù)本；數(shù)據(jù)交換器控制端口 368，用于控制在電路內(nèi)的內(nèi)部數(shù)據(jù) 路徑；雙向數(shù)據(jù)端口 370;以及緩沖電路372。緩沖電路372觀察USB數(shù) 據(jù)信號374 (其包括在主機控制器和附接裝置之間的雙向通信)，并且提 供其緩沖的復(fù)制信號376。所述復(fù)制信號376是USB上存在的雙向通信 的精確的拷貝，在USB數(shù)據(jù)監(jiān)視端口 366上被發(fā)送，并且通?？膳c圖15
的信號308相比。
因此，USB監(jiān)視電路360能夠監(jiān)視所有的USB數(shù)據(jù)包，并且提供 USB數(shù)據(jù)信號374的緩沖的復(fù)制信號376以由外部電路使用。緩沖的復(fù) 制信號376可以被外部電路用于解碼在USB數(shù)據(jù)內(nèi)的來自主機控制器的 周期性信號結(jié)構(gòu)，以識別包含關(guān)于USB主機控制器的時鐘速率的信息的 載波信號。緩沖的復(fù)制信號376還可以用于在來自所有的下行USB裝置 的信息上行傳遞到主機控制器時將其解碼。以這種方式，可以對來自下行 裝置的信息采取直接的動作，而不首先要求主機控制器和相關(guān)聯(lián)的操作系 統(tǒng)來處理和作用于所述的數(shù)據(jù)。
USB監(jiān)視電路360還包括附加電路，用于高級的數(shù)據(jù)管理、轉(zhuǎn)換和 減少USB控制環(huán)路延遲；該附加電路包括USB數(shù)據(jù)交換器378 (為了簡 單在圖17中被示出為一對簡單的單極交換器，當然事實上USB數(shù)據(jù)信號 是差動的)和用于控制USB數(shù)據(jù)交換器378的數(shù)據(jù)控制器電路380。 USB 數(shù)據(jù)交換器378包含上行交換器382和下行交換器384，并且被配置成同 步地直接將來自上行端口 362的USB數(shù)據(jù)信號374引導(dǎo)到下行端口 364 (在圖17內(nèi)所示的配置)，或者使用經(jīng)由雙向數(shù)據(jù)端口 370、來自外部電 路的雙向數(shù)據(jù)流386。 USB數(shù)據(jù)交換器378訪問緩沖的復(fù)制信號376，并 且通過數(shù)據(jù)交換器控制端口 368來配置數(shù)據(jù)控制器電路380。以這種方式， USB數(shù)據(jù)交換器378可以與374處監(jiān)視的USB數(shù)據(jù)信號同步地被切換。
USB監(jiān)視電路360還能夠動態(tài)地配置其本身以在USB數(shù)據(jù)流內(nèi)插入 數(shù)據(jù).從主機控制器到裝置的消息可以被USB監(jiān)視電路截取和改變。以 這種方式，可以配置軟件，以對具有已知的數(shù)據(jù)包大小的特定USB裝置 提禍現(xiàn)則的輪詢。有權(quán)訪問規(guī)定的規(guī)則輪詢的包的大小的USB監(jiān)視電路 可以通過同步地繞過直接連接(即圖17內(nèi)所示的USB數(shù)據(jù)交換器378的 配置)并且向業(yè)務(wù)的有效負荷字段中插入數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)的有效負荷內(nèi)插入 數(shù)據(jù)。
圖18A描述了用于在378，處下行插入有效負荷數(shù)據(jù)388的、圖17的 USB數(shù)據(jù)交換器378的配置；圖18B描述了用于在378"處上行插入有效 負荷數(shù)據(jù)3卯的、圖17的USB數(shù)據(jù)交換器378的配置.在下行插入數(shù)據(jù) 期間，必須在主機發(fā)送業(yè)務(wù)包頭信息的同時如圖17的378所示那樣初始 配置所述交換器，但是所述交換器切換到圖18A的配置378，，以插入有 效負荷和CRC數(shù)據(jù)388。對于數(shù)據(jù)的上行插入，在切換到圖18B的配置 378"以發(fā)送整個上行業(yè)務(wù)(包括頭)之前，所述裝置等待，直到它檢測到
來自主機控制器的輪詢請求。應(yīng)當注意，在切換到圖18B的配置378，，和 插入有效負荷數(shù)據(jù)390之前，所述裝置可以等待上行傳遞的上行業(yè)務(wù)包 頭.
圖18C是用于下行數(shù)據(jù)插入(所述圖的上部)和上行數(shù)據(jù)插入(所 述圖的下部)的示意性時序圖，用于表示USB數(shù)據(jù)交換器的配置。
按照本發(fā)明的第十實施例，提供了一種混合USB主機控制器，該混 合USB主M制器同步到同步以太網(wǎng)，以保證附接的同步USB也同步到 同步以太網(wǎng).從包含定時信息的同步以太網(wǎng)按照IEEE-1588精確時間協(xié) 議向所述混合USB主機控制器提供外部信號.所述外部信號包含以太網(wǎng) 通信路徑和精確時間協(xié)議路徑。以這種方式，可以在混合USB主機控制 器和以太網(wǎng)系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)和定時信息。
在這個實施例中，所述混合USB主機控制器包含嵌入式微控制器， 使得述混合USB主機控制器是不依賴于主個人計算機的獨立裝置。所述 混合USB主機控制器可以包含標準的USB主機控制器、USB在運行中的 主機控制器、無線USB主機控制器或者任何其他形式的USB主機控制器，
圖19是按照這個實施例的系統(tǒng)400的示意圖，系統(tǒng)400包括彼此同 步的獨立USB 402 (即包含不要求附接到個人計算機的嵌入式控制器的 USB)和以太網(wǎng)404。以太網(wǎng)404通常包含以太網(wǎng)邊界時鐘406和多個待 同步的裝置408。邊界時鐘406執(zhí)行裝置之間的以太網(wǎng)連接，并且補償在 傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換器和路由器內(nèi)存在的延遲和定時抖動。USB 402由混合 USB主機控制器410和多個USB裝置(或者用于進一步擴展的USB集線 器)412構(gòu)成。
在這個實施例中，混合USB控制器410包含"式USB集線器功能， 用于提供多個下行擴展端口 ?；旌蟄SB控制器410還包括兼容IEEE-1588 的端口 414，用于向以太網(wǎng)404傳輸數(shù)據(jù)和定時信息416。
圖20是圖19的混合USB主機控制器410的更詳細的示意圖。混合 USB主M制器470具有多個下行端口 472 (其提供USB擴展)、"式 控制器474、 USB集線器電路478和USB主時鐘電路480?？刂破?74 具有嵌入式樹:控制器482、外部接口電路484和USB主機控制器486。 USB主機控制器486連接到USB集線器電路478，所述USB集線器電路 478通過時鐘總線488向所述多個下行USB端口 472和USB主時鐘電路 480提供USB擴展。
USB主時鐘電路480包含內(nèi)部本地基準時鐘490,并且還通過時鐘控 制信道494接收信息或者向附加的本地時鐘492 (也是混合USB主M 制器410的一部分，并且具有同步以太網(wǎng)IEEE-1588時鐘的形式)發(fā)送 信息。混合USB主機控制器410還包括同步以太網(wǎng)控制器496,外部端 口 414與所述同步以太網(wǎng)控制器496連接，并且所述同步以太網(wǎng)控制器 496提供外部以太網(wǎng)連接，并支持IEEE-1588精確時間協(xié)議。同步以太網(wǎng) 控制器496具有數(shù)據(jù)信道498 ，用于在外部以太網(wǎng)和嵌入式控制器474的 外部接口電路484之間傳輸數(shù)據(jù)。因此，通過同步以太網(wǎng)控制器496和嵌 入式控制器474在外部同步以太網(wǎng)和同步USB之間提供了雙向數(shù)據(jù)鏈路。同步以太網(wǎng)控制器496還具有時鐘控制信道500 ，用于利用同步以太 網(wǎng)時鐘492通信。IEEE-1588時鐘492可以在其比其他附接的IEEE-1588 時鐘的時鐘更精確的情況下作為總線主時鐘，或者可以是從屬于更精確的 附接的IEEE-1588時鐘的從時鐘。混合USB主機控制器410包括在^w 式控制器474的外部接口電路484和USB主時鐘電路480之間的控制信 道502，使得嵌入式控制器474能夠控制時鐘信號。以類似的方式，本地 基準時鐘490或者IEEE-1588時鐘492中更準確的一個被用作系統(tǒng)主時 鐘。USB主機控制器486使用來自時鐘總線488的時鐘信號作為其主定 時基準。這個時鐘信號可以在USB主時鐘電路480內(nèi)被精確地調(diào)整，以 提供達到任意精度的用于同步USB控制的頻率精確時間基準。因此，可 以精確地控制USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性信號結(jié)構(gòu)的頻率(諸如幀開始令 牌)，從而產(chǎn)生具有精確受控定時的同步USB。以這種方式，在不需要個 人計算機的情況下實現(xiàn)了混合同步USB/以太網(wǎng)系統(tǒng)。另外，顯然的是， 可以按照在圖16和17的實施例的上下文中描述的方法，改善這種設(shè)置中 的延遲。圖21中以示為510的USB示意性地示出了按照^^發(fā)明的笫十一實施 例的USB裝置。在這個實施例中，同步USB裝置可以說具有實時的某種 概念(或者指示實時的數(shù)據(jù))。這種時間的概念或者數(shù)據(jù)是從USB總線業(yè) 務(wù)、USB數(shù)據(jù)流和從主機系統(tǒng)接收的信息中得出的.被附接到同一USB 的所有裝置共享這樣的實時的概念。因此，參見圖21， USB裝置520包括用于連接到USB 524的總線連 接器522、數(shù)字輸7W輸出總線接口電路526、微控制器528、數(shù)字受控換 能器530、同步器532形式的同步電路(可與圖5的同步器電路62相比)
和實時時鐘534。數(shù)字輸V輸出總線接口電路526作為用于在總線連接器 524檢測的USB數(shù)據(jù)的收發(fā)器，并且向微控制器528傳送所述USB數(shù)據(jù)。 所述微控制器528具有到同步器532的信息信道536和到數(shù)字受控的換能 器530的直接控制信道538。USB裝置520具有位于USB連接器522處的電路540,電路540檢 測USB 524上的USB數(shù)據(jù)通信流，并且產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)通信流的復(fù)本542 并傳送到同步器532。同步器532 (可與圖4的同步器46相比)產(chǎn)生本地 時鐘信號544,本地時鐘信號544被頻率和相位控制到任意的精度，并且 與附接到同一USB 524的任何類似的USB裝置同步。本地時鐘信號544 ^:傳送到所迷數(shù)字受控的換能器530以控制其^H乍，并且^t傳送到實時時 鐘534。實時時鐘534可以同步于絕對時間，然后通過本地時鐘信號544計時。 以這種方式，多個USB裝置可以工作來共享共同的實時概念，其中每個 USB裝置通過同步的本地時鐘計時。通過來自主個人計算機的命令來啟 動實時時鐘534的同步；這個命令由^t控制器528解釋并且通過另 一個信 息信道546被傳送到同步器532 (經(jīng)由信息信道536 )和實時時鐘534。 然后，同步器532通過實時同步信道548來同步實時時鐘534。以這種方 式，可以將所述實時時鐘同步到某已知的時間。然后，實時時鐘534可以 傳送實時觸發(fā)信號550 (其也可以包括來自實時時鐘的時間標記)，以控 制數(shù)字受控的換能器530的操作,使得換能器530在指定的時間執(zhí)行動作。圖22是這個實施例的USB裝置520的實時時鐘534的詳細示意圖。 實時時鐘534具有控制端口 558，用于與^t控制器528通信(參見圖21); 同步時鐘輸入端口 560，用于從同步器532接收同步時鐘信號544 (參見 圖21);同步端口 562，用于在同步信道546上接收同步信號(參見圖21); 輸出端口 564;以及輸入事件/時間標記端口 566?？刂贫丝?558接收信息信號，通過接口 568解碼該信息信號，以提供 如下信號包含絕對時間值的數(shù)據(jù)信號570，該信號^載到臨時寄存器 572 (用于隨后同步鎖存到實時時鐘計數(shù)器574 );數(shù)據(jù)鎖存信號576，用 于將數(shù)據(jù)信號570鎖存到實時時鐘計數(shù)器574;計數(shù)器使能信號578，用 于啟動實時時鐘計數(shù)器574;以及要被裝栽到計數(shù)比較器582內(nèi)的另一個 數(shù)據(jù)信號580。實時時鐘計數(shù)器574還從同步時鐘輸入端口 560接收同步時鐘信號 584，用于使實時時鐘計數(shù)器574遞增，并且實時時鐘計數(shù)器574從同步
端口 562接收重新同步信號586,重新同步信號586可以用于同步地清除 實時時鐘計數(shù)器574。從同步器532中產(chǎn)生所述重新同步信號586，以使 該信號與USB內(nèi)的幀開始(SOF)令牌同步地(或者更精確而言與合成 的SOF同步地)發(fā)生。該同步合成的SOF令牌幀編號是主;tMt制器(其 自主機啟動起跟蹤這個編號的滾動)已知的，因此可以將所述裝置(或者 多個類似的裝置)同步于同一時間點。而且，所述主機保持對這個合成 SOF令牌編號和實時時鐘計數(shù)器574的絕對時間標記的滾動的了解，因 此USB裝置不必同步于同 一時間點。 一旦單個USB裝置已經(jīng)根據(jù)這種技 術(shù)被同步到實際時間，則所述主機可以計算任何未來的合成SOF幀令牌 的實際時間.這使得能夠順序地同步任何數(shù)量的裝置。以這種方式，實時時鐘計數(shù)器574可以通過微控制器528(參見圖21) 同步地加載已知的'實際時間，以及由重新同步信號586啟動的時間計數(shù)， 或者通過重新同步信號586同步地清除實時時鐘計數(shù)器574，其中計數(shù)器 在兩種情況下都通過同步時鐘信號584而遞增.然后，所述系統(tǒng)控制器(諸 如個人計算機)確定實時時鐘計數(shù)器574表示的時間概念，在同步時鐘信號584的每個周期上從實時計數(shù)器574將實際時間值 588 (數(shù)據(jù)信號)計時輸出到接口 590，所述接口 5卯通過輸出端口 564 為外部電i^l供信號。而且，通過比較瞬時的實際時間值588與已經(jīng)預(yù)先 被鎖存到計數(shù)器比較器582內(nèi)的數(shù)據(jù)信號，可以配置實時時鐘534以提供 觸發(fā)信號592。觸發(fā)信號592然后被傳送到輸出接口 5卯，以發(fā)送到外部 電路。接口 590還從外部事件/時間標記端口 566接收來自具有相關(guān)的時間 標記數(shù)據(jù)的事件的外部信號。這個數(shù)據(jù)592被傳送到實時的時鐘計數(shù)器電 路574，以校準和設(shè)定其中包含的本地時鐘的實際時間.應(yīng)當注意，例如按照圖12的系統(tǒng)220內(nèi)使用的方法或者符合 IEEE-1588的如上所述的那些實施例，多個同步的USB可以共享這個實 時概念。而且，同步時鐘信號584和重新同步信號586與栽波信號同步(如在 圖4的USB裝置50的上下文內(nèi)所述)。因此，可以確定接收這些栽波信 號的實際時間，因此設(shè)置圖22的實時時鐘計數(shù)器574的實際時間。圖23是圖21的USB裝置520的時序圖600。已知實際時間的外部 亊件602可以用于啟動本地計數(shù)器604，本地計數(shù)器604從同步時鐘信號
606 (自圖4的同步器電路62得出)計時，并且外部事件602的實際時間 608被鎖存到所述裝置內(nèi)。接收下一個解碼的載波信號610 (合成的幀開 始令牌)會停止本地計數(shù)器604，并且鎖存幀令牌的編號612。主機控制 器然后可以使用本地計數(shù)器604的過去的時間(所述事件和所述幀開始令 牌之間的時間At)來確定鎖存的幀令牌編號612的實際時間。以這種方式，在事件/時間標記端口 566的已知實際時間的外部事件 可以用于確定本地栽波信號的到達的實際時間，由此設(shè)定(校準)USB 裝置520的實際時間。由這種方法確定的實際時間被鎖存到在614的實時 時鐘計數(shù)器(圖22的574)內(nèi).通過已知的頻率和時間基準，可以產(chǎn)生 這種外部得出的實時事件和時間標記，所述已知的頻率和時間基準諸如精 確銫時鐘、鎖定到全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)的GPS時間服務(wù)器或者IEEE-1588 精確時間協(xié)議裝置等.在沒有外部精確時間標記的基準事件602的情況下，主個人計算機可 以(從其內(nèi)部的不精確的實時時鐘將其本身的時間概念指派給同步USB。 這種方法僅僅將所述個人計算機的時間概念指定為由實時時鐘計數(shù)器使 用的作為基準時間的給定的栽波幀編號。從這個時間起，同步USB具有 高度精確的相對精度(由其實時時鐘計數(shù)器電路限定)，但是具有從通過 主個人計算機的實時時鐘的初始誤差確定的絕對時間開始的偏移。通過擴展，使用已知時間的多個外部事件，可以使用圖6的裝置100 內(nèi)使用的方法以任意的程度來確定栽波信號頻率。這是產(chǎn)生相對于已知的 載波信號編號的外部事件的時間標記的方法。應(yīng)當注意，可以在集線器或者USB裝置或者在附接到USB的裝置內(nèi) 實施這種方法。該方法還可以被實施一次或者在多個裝置內(nèi)實施，以通過 統(tǒng)計方法來提高精度。圖24中，以630示意性地示出了按照本發(fā)明的第十二實施例的USB 裝置。在這個實施例中，同步的USB裝置630可以按照其本身的時間概 念來對外部事件加時間標記，已經(jīng)通過其本身的實時時鐘或者通過外部提 供的實時時鐘和時間標記而校準了所述時間概念。USB裝置630具有上行端口 632，用于連接到主機控制器(或者在 USB裝置630和這樣的主機控制器之間的中間上行裝置)；外部觸發(fā)端口 634;以及用于傳送時間標記信息的數(shù)據(jù)端口 636。 USB裝置630還包括 數(shù)字輸"輸出總線接口電路638 、微控制器640和同步時間標記電路642 。
時間標記電路642包括同步電路646 (可與圖15的定時測量電路302 相比)，其通過USB監(jiān)視電路644來觀察上行端口 632上的USB數(shù)據(jù)通 信流，以利用解碼的USB數(shù)據(jù)流信號650內(nèi)包含的栽波信號來同步本地 時鐘；以及實時時鐘電路648 (可與圖22的實時時鐘534相比)。連接到外部觸發(fā)端口 634的外部事件信號(另外被稱為外部觸發(fā)器) 和數(shù)據(jù)端口 636上的時間標記信息被傳送到時間標記電路642進行處理。 以這種方式，外部事件(觸發(fā)器)和相關(guān)聯(lián)的時間標記被傳送到所述裝置， 并且與在同步電路646內(nèi)包含的同步本地時鐘相關(guān)。因此， 一旦已經(jīng)校準了實時時鐘電路(諸如通過將實時鎖存到圖22 的實時時鐘計數(shù)器574內(nèi))，則可以按照實時時鐘計數(shù)器574對所有的外 部事件加時間標記。本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于進行在本發(fā)明的范圍內(nèi)的修 改。因此，應(yīng)當明白，本發(fā)明不限于上述通過示例說明的特定實施例，在 此所述的各種實施例的組合對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是明顯的。在前^I"本發(fā)明的說明中，除了由于表達語言或必要的暗示而另外要 求的上下文之外，術(shù)語"主機控制器"可以用于表示標準的USB主機控 制器、USB在運行中的主機控制器、無線USB主機控制器或者任何其他 形式的USB主W^制器。在所附的權(quán)利要求與前ii^本發(fā)明的說明中，除了由于表達語言或者 必要的暗示而另外要求的上下文之外，術(shù)語"包括"或者其變化形式(如 "包含"和"含有")以包括的含義被使用，即規(guī)定所陳述的特征的存在， 但是不排除存在或者增加本發(fā)明的各種實施例中的另外特征，而且，在此對現(xiàn)有技術(shù)的任何引用并非暗示這樣的現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)在形成 或者過去形成公知常識的一部分。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制USB裝置的本地時鐘的相位和頻率的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于觀察USB通信流并從所述USB通信流中解碼周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的電路，所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含有關(guān)分布式時鐘的頻率和相位的信息；以及用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且根據(jù)至少所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生本地時鐘信號的電路，所述本地時鐘信號在頻率和相位上均被鎖定到所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中，用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并 且產(chǎn)生所述本地時鐘信號的電路進一步用于接收信息信號，并且根據(jù)至少 所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所述信息信號來產(chǎn)生所述本地時鐘信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中，用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并率的非整數(shù)倍的所述本地時鐘信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中，用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并 產(chǎn)生所述本地時鐘信號的電路包括相位比較器、受控的振蕩器時鐘產(chǎn)生器 和頻率合成電路，所述頻率合成電路用于產(chǎn)生任意頻率的時鐘信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中，所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括USB幀 開始(SOF)包令牌。
6. —種用于控制USB裝置的本地時鐘的相位和頻率的方法，所述方 法包括觀察USB通信流；從所述USB通信流中解碼周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包 含有關(guān)分布式時鐘的頻率和相位的信息；以及根據(jù)至少所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生本地時鐘信號，所述本地時鐘信 號在頻率和相位上均被鎖定到所述周期性lt據(jù)結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，包括根據(jù)至少所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和 信息信號來產(chǎn)生所述本地時鐘信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，包括產(chǎn)生頻率為所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率的非整數(shù)倍的所述本地時鐘信號.
9. 一種用于產(chǎn)生本地時鐘信號的方法，包括 測量在USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括才艮據(jù)所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所 述頻率來確定USB主機控制器的時鐘速率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，包括產(chǎn)生頻率與所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 的所述頻率不同的所述本地時鐘信號.
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，包括產(chǎn)生頻率為所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 的所述頻率的非整數(shù)倍的所述;^fc時鐘信號。
13. —種用于產(chǎn)生本地時鐘信號的設(shè)備，包括 USB,用來接收USB數(shù)據(jù)流； 基準信號源，用于提供基準信號；以及定時電路，用于將所迷USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所逸基準 信號相比較，并確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，還包括USB總線連接器，用于連接 到所述USB，并且用于向所述USB發(fā)送所述USB數(shù)據(jù)流。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是USB裝置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中，所述設(shè)備用來測量在多個裝置 中的僅一個裝置中的所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所述頻率，并且向其他裝置發(fā) 送信號以相應(yīng)地控制所述其他裝置的本地時鐘。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中，所逸基準信號源包括外部基準 信號源.
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中，外部基準信號源包括用于連接 到外部基準時鐘的連接器，其中，所述外部基準時鐘是精確頻率基準、全 球定位系統(tǒng)(GPS)時間服務(wù)器或者IEEE-1588時間服務(wù)器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，還包括時間標記鎖存器和基準時間標 記信號源，其中，所述時間標記鎖存器用來對來自所述基準時間標記信號 源的數(shù)據(jù)信號加時間標記，由此所述時間標記信息能夠被同步到栽波信號 的接收。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所^準時間標記信號源包括用于連接到外部基準時間標記信號源的連接器。
21. —種用于產(chǎn)生本地時鐘信號的方法，包括 在USB處接收USB數(shù)據(jù)流； 接收基準信號；以及將所述USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準信號相比較；及 確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括測量在多個裝置中的僅一個 裝置中的所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所述頻率，以及向其他裝置發(fā)送信號以相 應(yīng)地控制所述其他裝置的本地時鐘。
23. —種用于確定USB主機控制器的時鐘速率的設(shè)備，包括 USB集線器，其能夠附接到所述USB主機控制器； 基準信號源，用于提供基準信號；以及USB裝置，其附接到所述USB集線器，并且具有定時電路，所述定 時電路用于比較所述USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準信號， 并且用于確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率，由此能夠進行對所述時鐘速率 的估計。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的設(shè)備，包括附接到所述USB集線器的多個 USB裝置，每個USB裝置具有定時電路，所述定時電路用于比較所述USB 數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準信號，并且用于確定所述周期性數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)的所述頻率，其中，所述設(shè)備能夠用于進行對所述時鐘速率的相應(yīng) 的估計，并且所述i殳備還包括數(shù)據(jù)處理器，該數(shù)據(jù)處理器用于接收對所述 時鐘速率的所述估計，并且用于才艮據(jù)所述估計來確定所述USB主機控制 器的所述時鐘速率。
25. —種用于同步多個USB裝置的同步USB，所述同步USB包括外部基準時鐘信號，其被提供到所述USB裝置中的至少一個USB裝 置，使得它們每個能夠使它們本身同步到所述外部基準時鐘信號。
26. —種用于同步多個USB裝置的方法，包括向所述USB裝置中的至少一個USB裝置提供外部基準時鐘信號；及 所述USB裝置使它們本身同步到所述外部基準時鐘信號。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，包括同步在多個同步USB上的事件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的方法，包括在所述多個USB裝置上向另外 多個USB裝置發(fā)送信息，使得所述的另外USB裝置被觸發(fā)，以實時地或 者按照要求來執(zhí)行命令或者功能。
29. —種用于降低USB中的通信的延遲的方法，包括 監(jiān)視和解碼與USB相關(guān)聯(lián)的上行USB數(shù)據(jù)通信流； 從所述上行信息中提取特定信息包；以及 根據(jù)所述特定信息包的內(nèi)容來啟動某些動作中的至少一個。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，所述動作包括與一個或多個 其他裝置進行通信。
31. —種具有降低的延遲的USB，包括 具有上行端口的USB裝置；以及數(shù)據(jù)解碼器和處理器，用于觀察所述上行端口上的USB數(shù)據(jù)通信流， 解碼所述USB通信流內(nèi)存在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容 來啟動至少一個動作。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31的USB，包括直列式數(shù)據(jù)交換器，用來將所述 USB數(shù)據(jù)通信流可控制地、同步地從所述上行端口直接引導(dǎo)到下行端口 ， 或者利用來自外部電路的雙向lt據(jù)流。
33. —種USB裝置，包括 至少一個本地時鐘；其中，所迷本地時鐘被同步到所述USB，由此，所述本地時鐘能夠 被控制到任意精確的頻率和相位。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33的USB裝置，包括同步器，用于將所述本地 時鐘與USB數(shù)據(jù)流內(nèi)包含的栽波信號同步，其中，本地時鐘的頻率和相 位的精度不受USB主機控制器時鐘的精度的限制。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的USB裝置，還包括具有已知頻率且在所述USB裝置本地的一個或多個頻率基準；頻率測量器，用于^^用所述多個頻率基準中的所述頻率測量在所述 USB裝置本地的所述載波信號的頻率。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35的USB裝置，還包括信號處理器，用于根據(jù)與 所述載波信號和所需要的本地時鐘信號頻率有關(guān)的信息、根據(jù)所述載波信 號來合成所述的同步本地時鐘信號。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36的USB裝置，其中，所述同步本地時鐘被控制 為任意的頻率和任意程度的相位。
38. —種頻率和相位受控的、同步的多信道USB，包括 多個USB裝置，其附接到所述USB;在所述多個USB裝置中的每個USB裝置上的一個或多個本地時鐘；以及同步器，用于將所述本地時鐘與USB數(shù)據(jù)流內(nèi)包含的栽波信號同步；其中，本地時鐘的頻率和相位的精度不受USB主機控制器時鐘的精 度限制，使得所述USB裝置能夠被控制到任意精確的頻率和相位。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38內(nèi)的USB，包括具有已知頻率且在所述多個USB裝置中的每個USB裝置本地的多個 頻率基準；頻率測量器，用于使用所述多個已知頻率基準、在所述多個USB裝 置中的每個USB裝置本地測量所述載波信號的頻率。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39的USB，還包括信號處理器，用于根據(jù)與所述 栽波信號和所需要的本地時鐘信號頻率有關(guān)的信息、根據(jù)所述栽波信號來 合成所述的同步本地時鐘信號。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40的USB，還包括多個同步的USB裝置，用于獨立地測量所述栽波信號的頻率，由此 獲得所述頻率的多個確定值；以及l(fā)t據(jù)處理器，其被配置成接收所述頻率的所述多個確定值，并且根據(jù) 所述確定值來確定所述頻率。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41的USB,其中，所述數(shù)據(jù)處理器被配置成通 過采用至少一種統(tǒng)計技術(shù)、;ffL據(jù)所述多個確定值來確定所述載波信號的所 述頻率。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41的通用串行總線，其中，所述本地時鐘被控制 為任意的頻率和相位。
44. 一種用于提供頻率和相位受控的、同步的多信道USB的方法， 包括觀察在多個USB裝置中的每個USB裝置處的USB通信流；以及 將所述ySB裝置中的，個USB裝置^本地時鐘信號在頻，、 位或
45. 根據(jù)權(quán)利要求44的方法，包括USB主機控制器利用已知頻率產(chǎn)生所述栽波信號； 確定所述栽波信號的實際頻率；對于所述USB裝置中的每個USB裝置，根據(jù)所述栽波信號產(chǎn)生在所 勤目應(yīng)的USB裝置本地的合成本地載波信號，對所述合成本地栽波信號 進行濾波，以去除所述載波信號內(nèi)的隨機頻率噪聲；以及將所勤目應(yīng)的USB裝置中的每個USB裝置的本地時鐘鎖定到所述合 成栽波信號。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括建立頻率穩(wěn)定性實質(zhì)上大于所 述載波信號的頻率穩(wěn)定性的所述合成本地載波信號。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括建立頻率噪聲電平實質(zhì)上低于 所述栽波信號的頻率噪聲電平的所述合成本地栽波信號。
48. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括建立頻率與所述載波信號的頻 率基本上相同的所述合成本地栽波信號。
49. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括建立頻率與所述栽波信號的頻 率實質(zhì)上不同的所述合成本地栽波信號。
50. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括建立相位與所述栽波信號的相 位基本上相同的所述合成本地栽波信號。
51. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括建立相位與所述栽波信號的相 位基本上不同的所述合成本地栽波信號。
52. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中，通過所述USB裝置之一來執(zhí)行 對所述實際栽波頻率的所述確定，并且所述方法包括隨后向所述USB 裝置中的所有其他USB裝置發(fā)送所述實際栽波頻率。
53. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中，所述多個USB裝置被附接到 USB，所述方法還包括在所述多個USB裝置中的每個USB裝置本地進行對所述栽波信號的 頻率的多次測量；以及使用至少一種統(tǒng)計技術(shù)，根據(jù)對所述栽波信號頻率的所述多次測量來 確定所述栽波信號的所述頻率。
54. 根據(jù)權(quán)利要求45的方法，還包括 觀察USB通信流；將特定的周期性信號結(jié)構(gòu)定義為所述載波信號； 從所述USB通信流中解碼所述栽波信號；以及 測量所述載波信號的頻率。
55. —種頻率和相位受控的、同步的多信道USB，包括 同步的多信道USB;多個USB裝置，其耦接到所述同步的多信道USB，每個USB裝置具 有本地時鐘，并且所述本地時鐘信號在頻率、相位或者頻率和相位兩者上 被鎖定到或者能夠被鎖定到USB數(shù)據(jù)通信流內(nèi)包含的周期性栽波信號。
56. —種用于確定USB主機控制器的時鐘速率的方法，包括 觀察USB通信流；將特定的周期性信號結(jié)構(gòu)定義為所述栽波信號； 從所述USB通信流中解碼所述載波信號； 測量所述栽波信號的頻率；以及根據(jù)所述栽波信號的所述頻率導(dǎo)出所述主機控制器的所述時鐘速率。
57. 根據(jù)權(quán)利要求56的方法，包括使用已知頻率的頻率基準來測 量所述栽波信號頻率。
58. 根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，所述USB裝置包括所述頻率基準。
59. 根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，所述頻率基準是外部頻率基準。
60. 根據(jù)權(quán)利要求59的方法，其中，所述外部頻率基準包括基準頻 率產(chǎn)生器。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60的方法，其中，所述外部頻率基準包括同步到全球定位系統(tǒng)基于衛(wèi)星的導(dǎo)航和定時系統(tǒng)的時鐘源。
62. 根據(jù)權(quán)利要求59的方法，其中，所述外部頻率基準包括同步到 以太網(wǎng)上的IEEE-1588精確時間協(xié)議的時鐘源。
63. 根據(jù)權(quán)利要求59的方法，其中，所述外部頻率基準包括同步到 任何其他時間標準或者協(xié)議的時鐘源。
64. 根據(jù)權(quán)利要求59的方法，還包括將所述本地時鐘在頻率和相 位上以預(yù)定的程度鎖定到所述外部基準。
65. 根據(jù)權(quán)利要求64的方法，其中，所述鎖定采用模擬鎖相環(huán)架構(gòu)。
66. 根據(jù)權(quán)利要求64的方法，其中，所述鎖定采用數(shù)字合成。
67. 根據(jù)權(quán)利要求64的方法，其中，所述鎖定采用模擬鎖相環(huán)和數(shù) 字合成技術(shù)。
68. 根據(jù)權(quán)利要求66的方法，包括計算終端計數(shù)，該終端計數(shù)包括所述本地時鐘在所述載波信號的連續(xù) 脈沖之間的周期數(shù)；在接收所述栽波信號的脈沖的同時，清除時鐘計數(shù)器寄存器；在對所述時鐘計數(shù)器寄存器的所述清除發(fā)生的同時，產(chǎn)生合成載波信 號脈沖；在所述本地時鐘的每個周期上遞增所述時鐘計數(shù)器；以及 在達到所述終端計數(shù)時清除所述時鐘計數(shù)器寄存器。
69. 根據(jù)權(quán)利要求66的方法，包括計算終端計數(shù)，該終端計數(shù)包括所述本地時鐘在所述栽波信號的連續(xù) 脈沖之間的周期數(shù)；在接收到所述栽波信號的所述脈沖之一的同時，向時鐘計數(shù)器寄存器 預(yù)裝載所述終端計數(shù)；在所述本地時鐘的每個周期上遞減所述時鐘計數(shù)器寄存器；在所述時鐘計數(shù)器寄存器達到零計數(shù)的同時，產(chǎn)生合成栽波信號脈 沖；以及在達到所^j:計數(shù)時，重新裝栽所述時鐘計數(shù)器寄存器。
70. —種用于確定USB主機控制器的時鐘速率的設(shè)備，包括用于觀察由所述設(shè)備接收的USB通信流的電路；用于從所述USB通信流中解碼包括周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指定載波信號 的電路；以及頻率測量電路，用于測量所述栽波信號的頻率；其中，根據(jù)所述栽波信號的所述頻率能夠確定所述主機控制器的所述 時鐘速率。
71. —種用于改善多個USB裝置中的每個USB裝置的同步本地時鐘 的穩(wěn)定性的方法，包括為多個USB裝置中的每個USB裝置建立同步時鐘；綜合栽波信號在所述載波信號的多個周期上的隨機效應(yīng)。
72. —種用于確定USB主機控制器的時鐘速率的方法，包括 在用來觀察USB通信流的裝置處監(jiān)視USB數(shù)據(jù)通信流； 產(chǎn)生所述USB數(shù)據(jù)通信流的復(fù)制信號；解碼來自所述USB主機控制器的周期性信號結(jié)構(gòu)； 識別所述信號結(jié)構(gòu)內(nèi)的載波信號；以及 才艮據(jù)所述栽波信號確定所述USB主機控制器的時鐘速率。
73. —種用于同步多個同步的多信道USB的方法，包括通過參考公共的外部頻率基準信號來同步所述多個同步的多信道 USB;其中，通過來自時鐘分發(fā)裝置的多個同步頻率基準和時間標記輸出來 提供所述公共外部基準信號。
74. 根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中，所述外部頻率基準包括銫或銣 時鐘源、被同步到全球定位系統(tǒng)(GPS)基于衛(wèi)星的導(dǎo)航和定時系統(tǒng)的時 鐘源、被同步到以太網(wǎng)上的IEEE-1588精確時間協(xié)議的時鐘源或者被同 步到預(yù)定時間標準或協(xié)議的時鐘源。
75. 根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中，所述多個同步的USB包括USB 裝置，所述USB裝置的數(shù)量超過可附接到給定USB的USB裝置的最大 允許數(shù)量。
76. 根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中，所述多個同步的USB能夠傳送的數(shù)據(jù)多于單個USB中最大允許的數(shù)據(jù)吞吐量。
77. —種實時同步的多信道USB，包括 同步的多信道USB;多個USB裝置，包括以任意程度同步的相應(yīng)的本地時鐘；以及 絕對時間寄存器，其被包含在所述多個USB裝置中的每個USB裝置內(nèi)；其中，通過所述同步的本地時鐘對所述絕對時間寄存器計時。
78. 根據(jù)權(quán)利要求77的USB，用于根據(jù)從附接到所述USB的USB 裝置接收的信號來提供實時的同步。
79. 根據(jù)權(quán)利要求77的的USB，用于根據(jù)來自附接到所述USB的 USB裝置和復(fù)合USB集線器的信號來提供實時的同步。
80. 根據(jù)權(quán)利要求77的USB，用于根據(jù)來自外部裝置的信號而提供 實時信息同步，所述外部裝置用于觀察USB通信流，并且向所述USB的 USB主機系統(tǒng)控制器提，息。
81. —種實時的、頻率和相位受控的、同步的多信道USB,包括 同步的多信道USB;以及多個USB裝置，其被耦接到所述同步的多信道USB ，每個USB裝置 具有以任意程度同步的本地時鐘以及通過相應(yīng)的同步本地時鐘來計時的 絕對時間寄存器，其中，所述絕對時間寄存器是同步的。
82. 根據(jù)權(quán)利要求81的USB，其中，所述絕對時間寄存器被同步到 主計算系統(tǒng)或者其他系統(tǒng)的實時時鐘。
83. 根據(jù)權(quán)利要求81的USB，其中，所述絕對時間寄存器被同步到 所述多個USB裝置中的一個或多個USB裝置上的實時時鐘。
84. 根據(jù)權(quán)利要求81的USB，其中，所述絕對時間寄存器被同步到 外部時間基準。
85. 根據(jù)權(quán)利要求84的USB，其中，所述外部時間基準被適配為同 步到全球定位信道(GPS )基于衛(wèi)星的導(dǎo)航和定時系統(tǒng)、符合以太網(wǎng)上的 IEEE-1588精確時間協(xié)議，或者是通過時間標準或協(xié)議來提供的。
86. —種用于提供實時的、頻率和相位受控的、同步的多信道USB 的方法，包括使多信道USB同步；同步附接到所述多信道USB并且具有同步的本地時鐘的多個USB裝 置中的每個USB裝置；向所述USB裝置中的每個USB裝置提供絕對時間寄存器；通it^目應(yīng)的本地時鐘對所述絕對時間寄存器計時；以及同步所述多個絕對時間寄存器。
87. —種用于使同步的多信道USB的實時時鐘同步的方法，包括 同步多個USB裝置的本地時鐘；同步所述USB裝置中的每個USB裝置內(nèi)的本地絕對時間寄存器；以及使用與同步時刻對應(yīng)的實際時間來預(yù)配置所述USB裝置中的每個 USB裝置的所i^目應(yīng)的本地絕對時間寄存器。
88. 根據(jù)權(quán)利要求87的方法，包括在所述同步時刻將所述USB裝置中的每個USB裝置的所勤目應(yīng)的本 地絕對時間寄存器設(shè)定為預(yù)定值；以及通過USB系統(tǒng)控制器來記錄所述多個USB裝置中的每個USB裝置 的所述同步時刻的實際時間。
89. 祁^據(jù)權(quán)利要求88的方法，包括基本上同時地同步所述USB裝 置中的每個USB裝置。
90. 根據(jù)權(quán)利要求88的方法，包括順序地同步所述USB裝置中的 每個USB裝置。
91. 根據(jù)權(quán)利要求88的方法，包括所述USB系統(tǒng)控制器跟蹤所述 USB裝置中的每個USB裝置在所述同步時刻的實際時間。
92. —種實時的、頻率和相位受控的、同步的多信道USB，包括 同步的多信道USB;以及多個同步的USB裝置，其被附接到所述多信道USB，每個所述同步 的USB裝置具有同步的本地時鐘和絕對時間寄存器；其中，所述絕對時間寄存器通it^目應(yīng)的本地時鐘來計時并且被同步。
93. —種用于為同步的USB總線分配實際時間的方法，包括提供外部時間事件；以及提供對應(yīng)于所述外部時間事件的外部時間標記。
94. 根據(jù)權(quán)利要求93的方法，還包括 觀察USB通信流；以及將同步裝置的本地時鐘同步到所述USB通信流內(nèi)的栽波信號。
95. 根據(jù)權(quán)利要求94的方法，包括 觀察所述外部時間事件；將所述外部時間標記的值鎖存到本地寄存器內(nèi)； 啟動本地計數(shù)器；針對載波信號，監(jiān)視在所述同步裝置本地的USB數(shù)據(jù)流；在接收到下一個栽波信號時，產(chǎn)生用于停止所述本地計數(shù)器的信號；檢測與所述下一個載波信號相關(guān)聯(lián)的幀編號；以及向主機系統(tǒng)凈艮告所述本地計數(shù)器的值、所述幀編號和所述時間標記的 所述值。
96. 根據(jù)權(quán)利要求95的方法，包括確定用于停止所述本地計數(shù)器 的栽波信號的接收時間。
97. 根據(jù)權(quán)利要求96的方法，包括確定在所述編號的栽波信號和所述外部時間事件的接收之間的時段；以及使用被鎖存到所述本地寄存器內(nèi)的所述時間標記數(shù)據(jù)作為所述外部 時間事件。
98. 根據(jù)權(quán)利要求97的方法，包括根據(jù)在所述編號的栽波信號和 所述外部時間事件的接收之間的時鐘周期數(shù)并根據(jù)所述本地同步時鐘的 周期來確定所述時段。
99. 根據(jù)權(quán)利要求97的方法，包括向主機系統(tǒng)控制器傳送與所述 編號的栽波信號的實際時間相關(guān)的信息。
100. 根據(jù)權(quán)利要求95的方法，包括通過所述同步的本地時鐘或者 通過外部基準時鐘來對所述本地計數(shù)器計時。
101. 根據(jù)權(quán)利要求94的方法，其中，所述同步裝置包括USB裝置 或者復(fù)合的USB集線器和USB裝置功能。
102. 根據(jù)權(quán)利要求94的方法，其中，所迷同步裝置是被配置成，見察 USB數(shù)據(jù)通信流、并經(jīng)由另一個信息信道向主機系統(tǒng)傳送信息的非USB 裝置。
103. —種用于產(chǎn)生實時外部事件的精確的時間標記的同步的USB， 包括位于附接到所述USB的USB裝置上的校準的實時計數(shù)器寄存器；事件檢測器；數(shù)據(jù)鎖存器；以及到USB系統(tǒng)控制器的數(shù)據(jù)鏈路。
104. —種用于在同步的USB中產(chǎn)生實時外部事件的精確的時間標記 的方法，包括使USB裝置的本地時鐘同步；校準實時計數(shù)器；檢測所述外部實時事件；在檢測到所述實時事件時鎖存所述實時計數(shù)器的值，并且輸出對應(yīng)的 時間才示i己；以及向所迷USB的USB系統(tǒng)控制器傳送所述時間標記。
105. —種用于產(chǎn)生實時的外部事件的精確的時間標記的同步的USB, 包括用于使USB裝置的本地時鐘同步的電路；用于校準實時計數(shù)器的電路；檢測器，用于檢測所述外部實時事件；以及鎖存器，用于在檢測到所述實時事件時鎖存所述實時計數(shù)器的值，輸 出對應(yīng)的時間標記，并且將所述時間標記引導(dǎo)到所迷USB的USB系統(tǒng)控 制器。
106. —種能夠同步到同步以太網(wǎng)的同步的多信道USB，包括 USB主機系統(tǒng)； 多個USB裝置，其耦接到所述USB主機系統(tǒng)，每個所迷USB裝置 具有本地時鐘和絕對時間寄存器；同步信道，用于與所述同步以太網(wǎng)傳送時鐘頻率和時間標i己信息；以及數(shù)據(jù)信道，用于與所述同步以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信；其中，所述USB裝置的所述本地時鐘在頻率和相位上同步，并且所 述USB裝置的所述絕對時間寄存器通過所iM目應(yīng)的本地時鐘來同步和計 時，并且所述USB包括。
107. 根據(jù)權(quán)利要求106的USB，其中，所述同步信道包括 一個或 多個USB裝置，其附接到所述同步的USB;復(fù)合的USB集線器和USB 裝置功能；或者觀察在所述同步的USB上的USB數(shù)據(jù)通信流、但不是所 述同步的USB的附接部件的裝置。
108. 根據(jù)權(quán)利要求106的USB，還包括用于USB裝置樹擴展的 USB集線器功能、USB裝置功能、用于同步所述同步的USB的USB同 步功能、本地基準時鐘和IEEE-1588接口。
109. 根據(jù)權(quán)利要求108的USB，其中，所述本地時鐘是IEEE-1588 主時鐘或者IEEE-1588從時鐘。
110. 根據(jù)權(quán)利要求106的USB,其中，所述數(shù)據(jù)信道包括USB裝置 功能或者復(fù)合的USB集線器和USB裝置功能。
111. 根據(jù)權(quán)利要求106的USB，其中，所述USB主機系統(tǒng)是個人計 算機、USB在運行中的控制器或者與復(fù)合的USB集線器和USB裝置功能 組合的嵌入式控制器。
112. —種用于將同步的多信道USB同步到同步以太網(wǎng)的方法，所述 USB包括USB主機系統(tǒng)，所述方法包括在頻率和相位上同步耦接到所述USB主機系統(tǒng)的多個USB裝置的本 地時鐘；同步所述USB裝置的絕對時間寄存器； 通過所述相應(yīng)的本地時鐘對所述絕對時間寄存器計時；以及 在同步信道上、在所述同步的USB和所述同步以太網(wǎng)之間傳輸時鐘頻率和時間標記信息。
113. 根據(jù)權(quán)利要求112的方法，其中，所述同步信道包括 一個或 多個USB裝置，其附接到所述同步的USB;復(fù)合的USB集線器和USB 裝置功能；或者觀察在所述同步的USB上的USB數(shù)據(jù)通信流、但不是所 述同步的USB的附接部件的裝置。
114. 根據(jù)權(quán)利要求112的方法，還包括用于USB裝置樹擴展的 USB集線器功能、USB裝置功能、用于同步所述同步的USB的USB同 步功能、本地基準時鐘和IEEE-1588接口。
115. 根據(jù)權(quán)利要求114的方法，其中，所述本地時鐘是IEEE-1588 主時鐘或者IEEE-1588從時鐘。
116. 根據(jù)權(quán)利要求112的方法，還包括提供用于在所述同步的USB 和所述同步以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)信道，所述數(shù)據(jù)信道包括USB 裝置功能或者復(fù)合的USB集線器和USB裝置功能。
117. 根據(jù)權(quán)利要求112的方法，其中，所述USB主機系統(tǒng)是個人計 算機、USB在運行中的控制器或者與復(fù)合的USB集線器和USB裝置功能 組合的^X式控制器。
118. —種用于降低與一個或多個裝置的通信中的延遲的USB，包括 監(jiān)視和解碼電路，用于從USB數(shù)據(jù)流中提取信息包；處理電路，用于作用于所述信息包的內(nèi)容；以及 接口電路，用于與外部裝置通信.
119. 根據(jù)權(quán)利要求118的USB，其中，所述接口電路用于接收來自 外部源的lt據(jù)。
120. 根據(jù)權(quán)利要求118的USB，其中，所述裝置是被配置成觀察和 提取來自USB裝置的USB數(shù)據(jù)通信流的非USB裝置。
121. 根據(jù)權(quán)利要求118的USB，其中，所述裝置是混合USB集線器 裝置，用于在上行連接點與 一個或多個下行端口之間傳輸USB數(shù)據(jù)通信 流.
122. —種用于降低USB與一個或多個裝置之間的通信延遲的方法， 包括監(jiān)視所述USB中的某點處的USB數(shù)據(jù)流； 從所述USB中解碼信息； 從所迷USB中提取特定的信息包； 用其他信息來替換特定的信息包；以及 與多個外部裝置進行信息和指令的傳送。
123. 根據(jù)權(quán)利要求122的方法，包括配置USB主機控制器，以向附接到所述USB的特定USB裝置發(fā)送 規(guī)則的消息包；針對USB數(shù)據(jù)通信流，監(jiān)視到所述USB裝置的所述規(guī)則的消息包；從外部接口接收用于傳送到所迷USB裝置的信息；允許所述規(guī)則的消息包的包頭下行通過所述USB的監(jiān)視點；在所述USB包頭的結(jié)尾禁止從主機控制器向裝置的下行通信；向所述USB裝置發(fā)送所述信息，以使其與所述規(guī)則的消息包的預(yù)期 數(shù)據(jù)格式和協(xié)議一致；向所述USB裝置發(fā)送USB CRC包腳注；以及 將USB通信系統(tǒng)切換到原始狀態(tài).
124. 賴》據(jù)權(quán)利要求122的方法，包括配置USB主機控制器，以向附接到所述USB的USB裝置發(fā)送對于 上行信息的規(guī)則請求；針對所述規(guī)則請求，監(jiān)視USB數(shù)據(jù)通信流；觀察和提取由所述USB裝置發(fā)送到USB主機控制器的應(yīng)答；以及經(jīng)由外部間接口發(fā)送信息，以傳送到所述多個外部裝置。
125， 一種用于降低與一個或多個裝置的通信中的延遲的USB，該 USB包括監(jiān)視和解碼電路，在該電路中，能夠從所述USB數(shù)據(jù)流中提取信息包；數(shù)據(jù)復(fù)用交換器，用于在所述USB內(nèi)為數(shù)據(jù)流糾由； 控制電路，用于控制所述數(shù)據(jù)復(fù)用交換器； 處理電路，用于作用于所述信息包的內(nèi)容；以及 接口電路，用于與外部裝置通信。
126. 根據(jù)權(quán)利要求125的USB，其中，所述接口電路用于從外部源 接收數(shù)據(jù)。
127. 根據(jù)權(quán)利要求125的設(shè)備，其中，所述裝置是被配置成觀察和 提取來自所述USB的USB數(shù)據(jù)通信流的非USB裝置。
128. 根據(jù)權(quán)利要求125的設(shè)備，其中，所述裝置是混合USB集線器 裝置，用于在上行連接點與一個或多個下行端口之間傳輸USB數(shù)據(jù)通信 流。
全文摘要
一種用于控制USB裝置的本地時鐘的相位和頻率的方法和設(shè)備，所述設(shè)備包括用于觀察USB通信流和從所述USB通信流中解碼周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的電路，所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含有關(guān)分布式時鐘的頻率和相位的信息；以及用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且根據(jù)至少所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生本地時鐘信號的電路，所述本地時鐘信號在頻率和相位上被鎖定到所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用于接收所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生所述本地時鐘信號的電路能夠產(chǎn)生頻率是所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率的非整數(shù)倍的本地時鐘信號。
文檔編號G06F1/12GK101401055SQ200780009153
公開日2009年4月1日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者亞歷克斯·庫茲內(nèi)佐夫, 彼得·格拉哈姆·福斯特, 米科拉·夫拉先科 申請人:菲博比特有限公司