專利名稱：分布式同步和定時(shí)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(shí)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(cè)試和測(cè)量設(shè)備、儀器接口和處理控制 設(shè)備的時(shí)鐘、數(shù)據(jù)采集和控制。
背景技術(shù)：
USB規(guī)范旨在以開(kāi)放的架構(gòu)促進(jìn)來(lái)自不同廠商的裝置的互連。通過(guò)利用以傳送信 息的兩條導(dǎo)線的信號(hào)電平之間的差的形式的差動(dòng)信令(即所述兩條導(dǎo)線)來(lái)編碼USB數(shù) 據(jù)。USB規(guī)范旨在作為對(duì)PC架構(gòu)、跨越便攜的、臺(tái)式和家用環(huán)境的增強(qiáng)。USB規(guī)范假定各種裝置是不同的。這對(duì)于其中連接來(lái)自多個(gè)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境)，其中要求用 于以同步的方式來(lái)操作具有相似特性的多個(gè)裝置的規(guī)范。上述規(guī)范不足以解決這個(gè)問(wèn)題。 這樣的環(huán)境通常是其中執(zhí)行測(cè)試、測(cè)量或者監(jiān)視、并且要求使裝置以比規(guī)定的程度更準(zhǔn)確 地程度而同步的環(huán)境。通過(guò)向所有的裝置提供1kHz的時(shí)鐘信號(hào)，USB規(guī)范允許裝置之間的 有限的同步。但是，很多實(shí)驗(yàn)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?fù)?，其中，集線器為USB裝置提供附接點(diǎn)。位于用戶的個(gè)人 計(jì)算機(jī)(PC)、便攜式計(jì)算機(jī)或者個(gè)人數(shù)字助理(PDA)上的USB主機(jī)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(gè)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(gè)USB端口。另外，可以將多個(gè)集線器(如USB復(fù)合裝置)附接到這些端口中的任何一個(gè)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(diǎn)。以這種方式，USB允許 最多127個(gè)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(jí)深。主機(jī)內(nèi)的根集線器每毫秒向每個(gè)裝置發(fā)送一個(gè)幀開(kāi)始(S0F)信號(hào)包，兩個(gè)S0F包 之間的時(shí)間稱為幀。每個(gè)模塊在不同的時(shí)間接收該S0F包，從而允許USB拓?fù)鋬?nèi)固有的電 延遲。所述拓?fù)湟馕吨鴮?duì)于接收相同的信號(hào)，在直接連接到主機(jī)控制器的裝置與低5級(jí)的 裝置之間可能有相當(dāng)大的時(shí)延(規(guī)定為< 380ns)。當(dāng)需要在兆赫茲等級(jí)和更高頻率等級(jí)同 步裝置時(shí)，這是一個(gè)嚴(yán)重的限制。而且，USB規(guī)范使得主機(jī)控制器不能發(fā)送多達(dá)5個(gè)的連續(xù) S0F令牌。通過(guò)兩種類型的USB傳輸(即中斷和等時(shí))，當(dāng)前可以在USB主機(jī)和USB裝置之間 進(jìn)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(shí)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(jī)之間有通信流用于進(jìn)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(huì)用完 可用的USB帶寬。這種方法還在主機(jī)上設(shè)置了通過(guò)軟件使127個(gè)裝置保持與主機(jī)同步的巨 大計(jì)算負(fù)擔(dān)，但是仍不能解決保持所述裝置之間同步的問(wèn)題，原因是，對(duì)于主機(jī)，各個(gè)裝置 代表單獨(dú)的進(jìn)程。包含某種物理?yè)Q能器(如激光二極管或光電檢測(cè)器)的裝置可能需要時(shí)鐘和觸發(fā) 信息。這樣的裝置(如具有IMHz的調(diào)制光輸出的激光二極管)可以使用時(shí)鐘信號(hào)，以便以 規(guī)則的間隔或以恒定的頻率來(lái)執(zhí)行換能器功能。通常使用觸發(fā)信號(hào)以在設(shè)定的時(shí)間啟動(dòng)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(hào)來(lái)接通或者關(guān)斷調(diào)制光輸出。這些時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)或者信息(以下稱為同步信息)可以用于使多個(gè)裝置彼此同步，只要所述信號(hào)對(duì)于所有裝置是公共的和同時(shí)的?！病汀瑫r(shí)’在此表示這些在所述 裝置之間的信號(hào)在時(shí)間上的變化小于規(guī)定的量□〖。在激光二極管的示例中，這使得多個(gè)激 光二極管能夠?qū)⑺鼈兊墓廨敵稣{(diào)制在一個(gè)頻率上。所有裝置的調(diào)制頻率將是相同的，并且 它們的波形將是同相的。當(dāng)前的USB規(guī)范(即2.0)允許高達(dá)0.35微秒的St中的延遲。 對(duì)于具有IMHz的頻率和1. 0微秒的周期的信號(hào)，這個(gè)延遲幾乎占所述周期的一半。因此其 不能用來(lái)被指定為用于例行使用的同步信號(hào)。諸如集線器和USB控制器芯片等的裝置通常使用一定量的鎖相，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(gè)電路鎖定到的同步模式。但是，這是 設(shè)計(jì)用于將裝置與USB比特流同步到足夠用來(lái)解釋MHz比特流的精度。而不是設(shè)計(jì)用來(lái)將 兩個(gè)單獨(dú)的裝置彼此同步到許多測(cè)試和測(cè)量?jī)x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-⑶音頻流使其在USB揚(yáng)聲器對(duì)上輸出。對(duì)這種設(shè) 置的需求在kHz的范圍內(nèi)，并且對(duì)此，USB提供理想的條件。但是，所述規(guī)范不能解決同步 100個(gè)USB揚(yáng)聲器對(duì)的潛在問(wèn)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毫秒幀8個(gè)微幀來(lái)傳送數(shù)據(jù)。幀開(kāi)始(SOF)包在每個(gè)幀的開(kāi)始被發(fā)送到除了低速裝置之 外的全部裝置，并且在每個(gè)微幀的開(kāi)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(jī)控制器的所有裝置的周期性低分辨率信號(hào)。該SOF包廣播以IkHz的標(biāo)稱頻率發(fā)生。但是，USB規(guī)范允許大約為500ppm(百萬(wàn) 分率)的很大的頻率容限(按照儀器標(biāo)準(zhǔn))。
背景技術(shù)：
使用這種低分辨率頻率信號(hào)，該信號(hào) 被廣播到每個(gè)裝置以提供時(shí)鐘同步，但僅僅是對(duì)USB主機(jī)控制器提供的一定程度上模糊的 頻率的時(shí)鐘同步。第6，343，364號(hào)美國(guó)專利(Leydier等人)公開(kāi)了一個(gè)對(duì)被引導(dǎo)到智能卡讀取器 的USB業(yè)務(wù)進(jìn)行鎖頻的示例。這個(gè)專利披露了與USB SYNC和包ID流相比的本地的、自由 運(yùn)行的時(shí)鐘；其周期被更新以匹配這個(gè)頻率，從而產(chǎn)生1. 5MHz的標(biāo)稱頻率的本地時(shí)鐘。這 提供了足以將智能卡信息讀取到主機(jī)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(wèn)題。而且，沒(méi)有公開(kāi)對(duì)IkHz的鎖頻或更高的穩(wěn)定性，也沒(méi)有公開(kāi)高 精度的相位控制。第6，012，115號(hào)美國(guó)專利和隨后的續(xù)案第6，226，701號(hào)美國(guó)專利(Chambers等 人)涉及USB SOF周期性以及定時(shí)的編號(hào)。如這些公開(kāi)的摘要中所述，該發(fā)明允許計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)使用從USB主機(jī)控制器向與其連接的外圍裝置發(fā)送的幀開(kāi)始脈沖來(lái)執(zhí)行對(duì)在實(shí) 時(shí)的外圍裝置內(nèi)發(fā)生預(yù)定事件的時(shí)刻的精確確定。但是，這些方法不測(cè)量用于確定USB主機(jī)控制器內(nèi)的主時(shí)鐘的絕對(duì)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(jī)內(nèi)設(shè) 置附加的計(jì)數(shù)器。第6，092，210號(hào)美國(guó)專利(Larky等人)公開(kāi)了一種用于通過(guò)使用USB到USB連 接裝置而連接兩個(gè)用于數(shù)據(jù)傳送的USB主機(jī)的方法，所述USB到USB連接裝置用于將本地 裝置時(shí)鐘同步到兩個(gè)USB主機(jī)的數(shù)據(jù)流。使用鎖相環(huán)來(lái)同步本地時(shí)鐘，并且使用過(guò)采樣來(lái) 保證不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。但是，這個(gè)文獻(xiàn)涉及兩個(gè)USB主機(jī)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(jī)之間進(jìn)行信息傳送。該發(fā)明沒(méi)有披露多個(gè)USB裝置與單個(gè) USB主機(jī)或者與多個(gè)USB主機(jī)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(hào)美國(guó)專利(Sturges等 人)描述了如何將兩對(duì)或者更多對(duì)揚(yáng)聲器與各時(shí)鐘同步，其中一對(duì)揚(yáng)聲器在PC中的立體聲 音頻電路外運(yùn)轉(zhuǎn)，而另一對(duì)由USB來(lái)控制。因?yàn)閮蓚€(gè)揚(yáng)聲器對(duì)使用它們本身的時(shí)鐘，所以它 們需要被同步，因此這個(gè)文獻(xiàn)披露了一種用于不論異步時(shí)鐘之間的可能的時(shí)鐘偏移如何而 保持音頻信號(hào)同步的技術(shù)。第10/620，769號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種USB的同步版本，其中，每個(gè)裝置的本 地時(shí)鐘在給定的USB上被同步到任意的程度。該文獻(xiàn)還公開(kāi)了一種方法和設(shè)備，用于向USB 內(nèi)的每個(gè)裝置提供觸發(fā)信號(hào)，以便可以通過(guò)所述觸發(fā)信號(hào)在多個(gè)裝置上同步地啟動(dòng)某事 件。第6，904，489號(hào)美國(guó)專利(Zarns)公開(kāi)了用于遠(yuǎn)程訪問(wèn)USB裝置的方法和系統(tǒng)， 其中，請(qǐng)求裝置(諸如個(gè)人計(jì)算機(jī))發(fā)出對(duì)于USB裝置的請(qǐng)求，所述請(qǐng)求被截取和封裝、然 后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送。包由USB主機(jī)裝置接收，并且所述請(qǐng)求被解封并傳送到控制器，以便由 USB裝置來(lái)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10連接到 數(shù)字USB 12、時(shí)鐘信號(hào)和同步總線14，并且包括數(shù)字受控?fù)Q能器16。裝置10還包括總線 連接器18、數(shù)字輸入/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(shí)鐘信號(hào)的同步信息。裝置10通過(guò)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(hào)；時(shí)鐘信號(hào)和同步總線14提供時(shí)鐘和同步信號(hào)。第10/620，769號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)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(biāo)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(guò)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(shí) 鐘信號(hào)。在這個(gè)裝置內(nèi)，使用標(biāo)準(zhǔn)的電纜和連接器、通過(guò)USB 12而提供所有的同步(使得 不必使用圖1的時(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)的同步信息。用于在多個(gè)USB裝置的每個(gè)上同步本地時(shí)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(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例實(shí)質(zhì)上將本地時(shí)鐘在頻 率和相位上鎖定于在USB裝置上的S0F包令牌的檢測(cè)。
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圖3是第10/620，769號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在這個(gè)實(shí)施例 中，同步信道26通過(guò)下述方式而工作當(dāng)USB信號(hào)通信流通過(guò)數(shù)字輸入/輸出總線接口電 路20 (圖內(nèi)未示出)時(shí)從USB 12檢測(cè)和提取信息，并且產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)28和本地觸發(fā) 信號(hào)30。本實(shí)施例采用電路來(lái)觀察通過(guò)USB的通信流，并且解碼所有的S0F包，這導(dǎo)致每1 毫秒有一個(gè)脈沖。來(lái)自受控的振蕩器時(shí)鐘32的本地時(shí)鐘信號(hào)28在相位和頻率上被鎖定到 USB 1kHz的S0F包的接收。這首先要求將來(lái)自時(shí)鐘23的本地高速時(shí)鐘信號(hào)28 (例如可以是1MHz)由時(shí)鐘頻 率分割器34向下分割為S0F包接收的頻率(標(biāo)稱在1kHz)。匹配濾波器36在S0F包到達(dá) 時(shí)發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)38，時(shí)鐘同步信號(hào)38被傳送到相位檢測(cè)器40。相位檢測(cè)器40經(jīng)由濾 波器42耦接到受控的振蕩器時(shí)鐘32。本地時(shí)鐘信號(hào)28隨后被提供到在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S0F包令 牌的點(diǎn)。據(jù)說(shuō)該設(shè)置能夠產(chǎn)生達(dá)到任意高頻(如幾十MHz的時(shí)鐘頻率)的本地時(shí)鐘信號(hào)， 由此保證連接到給定USB的每個(gè)裝置的本地時(shí)鐘在頻率上同步。第10/620，769號(hào)美國(guó)專 利申請(qǐng)還披露了一種用于通過(guò)測(cè)量從主機(jī)到每個(gè)裝置的信號(hào)傳播時(shí)間并在每個(gè)USB裝置 上提供時(shí)鐘相位補(bǔ)償來(lái)進(jìn)一步在相位上同步多個(gè)本地時(shí)鐘的方法和設(shè)備。但是，在第10/620，769號(hào)專利申請(qǐng)內(nèi)描述的方法在其能力上局限于向每個(gè)裝置 提供精確已知的時(shí)鐘頻率。參考圖3的上述設(shè)置將每個(gè)本地時(shí)鐘的頻率鎖定到S0F包令牌 的接收。通過(guò)主機(jī)PC上的本地晶振來(lái)驅(qū)動(dòng)S0F包產(chǎn)生的速率。這通常是不準(zhǔn)確的，并且 USB規(guī)范在時(shí)鐘頻率及相應(yīng)的S0F速率上具有很大的容差。USB規(guī)范規(guī)定主機(jī)控制器必須 以12MHz士500ppm(百萬(wàn)分率)(即12MHz士0. 05% )的速率來(lái)發(fā)送S0F包。對(duì)于時(shí)鐘而言，這是很大的容差。例如，標(biāo)準(zhǔn)的晶振具有大約20ppm的中心頻率容 差，并且在可用的溫度范圍上具有大約士50ppm的溫度穩(wěn)定性。即使這種容差對(duì)于高精度 的時(shí)鐘系統(tǒng)也是不可接受的。對(duì)時(shí)間要求極高的系統(tǒng)經(jīng)常要求具有大約5ppm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。第10/620，769號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)還披露了 一種用于通過(guò)下述方式來(lái)控制同步USB 時(shí)鐘頻率的方法制造具有精確受控的基準(zhǔn)頻率的本地時(shí)鐘的特殊USB主機(jī)控制器。因此， 這種系統(tǒng)產(chǎn)生具有百萬(wàn)分之幾的1kHz的S0F時(shí)鐘精度的USB數(shù)據(jù)流。但這種裝置成本太 高，難以在高度競(jìng)爭(zhēng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)上廣泛地應(yīng)用；而且，諸如便攜式計(jì)算機(jī)和PDA(個(gè) 人數(shù)字助理)等的系統(tǒng)沒(méi)有添加售后USB主機(jī)控制器的設(shè)置。第6，226，701號(hào)美國(guó)專利(Chambers等人)公開(kāi)了一種用于通過(guò)使用多個(gè)計(jì)數(shù)器 并且比較自USB S0F包起過(guò)去的時(shí)間而對(duì)USB內(nèi)的實(shí)時(shí)事件加時(shí)間標(biāo)記的系統(tǒng)。這種系統(tǒng) 要求位于USB裝置和USB主機(jī)控制器二者內(nèi)的計(jì)數(shù)器通過(guò)S0F令牌而激活。所述裝置內(nèi)的 計(jì)數(shù)器由外部事件激活，并且由下一個(gè)S0F停止。主機(jī)控制器內(nèi)的計(jì)數(shù)器通過(guò)每個(gè)S0F而 復(fù)位并激活。USB主機(jī)控制器查詢外圍裝置，所述外圍裝置向主機(jī)控制器傳送數(shù)據(jù)，用于指 示(i)已經(jīng)發(fā)生了事件、(ii)第一定時(shí)器的幀值的開(kāi)始之前的時(shí)間。USB主機(jī)控制器中斷 主機(jī)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(xiàn)的系統(tǒng)可以確定從發(fā)生外部事件和處理器讀取第二定時(shí)器起過(guò)去的時(shí)間，但是，盡管Chambers等人的系統(tǒng)可以執(zhí)行基本的事件時(shí)間標(biāo)記，但是其要求USB 主機(jī)控制器的特定硬件實(shí)施方式，因此與一般的USB實(shí)施方式是不兼容的。而且，所述系統(tǒng) 依賴于主機(jī)PC的PC中斷特性和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的相關(guān)定時(shí)限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是補(bǔ)充USB規(guī)范，使得任何數(shù)量(高達(dá)某個(gè)允許的最大 值)的USB裝置能夠以其中本地時(shí)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(lái)工作。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在補(bǔ)充USB規(guī)范的同時(shí)保留USB的優(yōu)點(diǎn)，包括通過(guò)分層的 星型架構(gòu)來(lái)操作多個(gè)裝置(當(dāng)前至多127個(gè)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(gè)目的是利用可應(yīng)用于每個(gè)USB的USB主機(jī)控制器硬件的一般實(shí)施 方式來(lái)提供對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的事件的高度精確的時(shí)間標(biāo)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(shí)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，所述周期性數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)包含關(guān)于分布式時(shí)鐘的頻率和相位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)并且從至少所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生本地時(shí)鐘信 號(hào)的電路，所述本地時(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信息的載波，其本身不構(gòu)成時(shí)鐘頻率信息。所述時(shí) 鐘可以具有與載波相同的頻率，或者根據(jù)用于修改載波信號(hào)頻率的任何數(shù)量的附加信號(hào)而 具有不同的頻率。事實(shí)上，可以利用所述周期性結(jié)構(gòu)/載波信號(hào)的頻率的非整數(shù)倍(包括約數(shù))的 頻率來(lái)產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)；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(hào)的頻率的固定倍數(shù)的頻率來(lái)產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)，而是利用基于周期性 結(jié)構(gòu)/載波信號(hào)的實(shí)際頻率而計(jì)算的頻率。例如，如果周期性結(jié)構(gòu)/載波信號(hào)的頻率是 1. 01kHz，則按照本發(fā)明，可以同步到實(shí)質(zhì)上正好IOMHz (而不是整數(shù)倍，如10. IMHz)。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(shí)鐘信號(hào)的電路還可以用來(lái)(諸如 從微控制器)接收信息信號(hào)，并且至少?gòu)闹芷谛詳?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息信號(hào)產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)。用于接收周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)的電路可以包括相位比較器、受控 振蕩器時(shí)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(shí)鐘信號(hào)。優(yōu)選的是，所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括USB幀開(kāi)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(shí)鐘信號(hào)的方法，包括測(cè)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(gè)實(shí)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(jī)控制器的時(shí)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(shí)鐘信號(hào)的設(shè)備，包括USB,用來(lái)接收USB數(shù)據(jù)流；
基準(zhǔn)信號(hào)源，用于提供基準(zhǔn)信號(hào)；以及定時(shí)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(zhǔn)信號(hào)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(gè)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(jī)控制器的時(shí)鐘速率。所述USB可以無(wú)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(lái)測(cè)量多個(gè)裝置中僅一個(gè)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(hào)，以相應(yīng)地控制它們的本地時(shí)鐘。所述基準(zhǔn)信號(hào)或者頻率源(在這個(gè)實(shí)施例和其他實(shí)施例中)可以包括本地基準(zhǔn)時(shí) 鐘或者外部基準(zhǔn)信號(hào)源(如用于連接到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘的連接器)。如果在此使用外部基準(zhǔn) 時(shí)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(zhǔn)(如銫鐘或者銣鐘)、全 球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)間服務(wù)器或者IEEE-1588時(shí)間服務(wù)器的形式。所述設(shè)備可以包括時(shí)間標(biāo)記鎖存器和基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源，其中，所述時(shí)間標(biāo)記 鎖存器用來(lái)對(duì)來(lái)自所述基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源的數(shù)據(jù)信號(hào)加時(shí)間標(biāo)記，由此可以將所述時(shí)間 標(biāo)記信息同步到所述載波信號(hào)的接收。所述基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源可以包括連接器，用于連接到外部基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào) 源。在第三廣義的方面，本發(fā)明提供了一種用于確定USB主機(jī)控制器的時(shí)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(jī)控制器；基準(zhǔn)信號(hào)源，用于提供基準(zhǔn)信號(hào)；USB裝置，其附接到所述USB集線器，并且具有定時(shí)電路，所述定時(shí)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)與所述基準(zhǔn)信號(hào)相比較，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(jìn)行對(duì)時(shí)鐘速率的估計(jì)。優(yōu)選的是，所述設(shè)備包括附接到所述USB集線器的多個(gè)USB裝置，每個(gè)USB裝置具 有定時(shí)電路，所述定時(shí)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)與所述基準(zhǔn)信號(hào)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(jìn)行對(duì)時(shí)鐘速率的相 應(yīng)的估計(jì)。其中，所述設(shè)備還包括數(shù)據(jù)處理器，用于接收對(duì)所述時(shí)鐘速率的相應(yīng)的估計(jì)，并 且用于根據(jù)所述估計(jì)(如通過(guò)對(duì)所述估計(jì)的統(tǒng)計(jì)分析)來(lái)確定所述USB主機(jī)控制器的時(shí)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(jìn)行對(duì) 所述時(shí)鐘速率的估計(jì)。所述基準(zhǔn)信號(hào)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(shí)間服務(wù)器或者與每個(gè)USB裝置對(duì)應(yīng)的相應(yīng)GPS時(shí)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(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)和任意精確的相位 精度，但是任何其他的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)(優(yōu)選的是外部提供的)也是適合的。還應(yīng)當(dāng)理解，還 可以將任何外部的分布基準(zhǔn)定時(shí)系統(tǒng)(諸如稱為IEEE-1588的同步以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn))用作用于保證廣泛分布的同步USB系統(tǒng)的時(shí)鐘基準(zhǔn)源。 在第四廣義的方面，本發(fā)明提供了一種同步USB，用于同步多個(gè)USB裝置，所述同 步USB包括外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，其被提供到所述多個(gè)USB裝置，使得它們每個(gè)能夠?qū)⑺鼈冏?身同步到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)(并且通過(guò)彼此暗示)。因此，按照該方面，可以使實(shí)質(zhì)上無(wú)限數(shù)量的USB裝置同步，使得同步USB的同步 信道計(jì)數(shù)能夠提高到高于由USB規(guī)范實(shí)行的127個(gè)裝置(包括集線器)的當(dāng)前限制。這使 得USB每個(gè)能夠?qū)⑺鼈冏陨硗降侥莻€(gè)外部基準(zhǔn)信號(hào)。按照本發(fā)明的該方面，提供了一種用于同步多個(gè)USB裝置的方法，該方法包括向所述多個(gè)USB裝置提供外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；以及所述USB裝置將它們自身同步到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)(并且通過(guò)彼此暗示)。所述方法可以包括同步多個(gè)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(gè)USB裝置發(fā)送信息，使得所述另外的多個(gè)USB裝置被觸發(fā)以實(shí) 時(shí)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(kuò)展所述裝置的數(shù)量，并且可以擴(kuò)展USB在同步的系統(tǒng)內(nèi)支 持的裝置的物理分離。USB當(dāng)前可以支持127個(gè)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(gè)方面，GPS或者IEEE-1588信號(hào)(舉例而言)可以 被用作多個(gè)USB的本地定時(shí)基準(zhǔn)，因此，系統(tǒng)內(nèi)可以包括實(shí)質(zhì)上無(wú)限數(shù)量的裝置，其中對(duì)它 們的位置沒(méi)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(shí)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(lái)啟動(dòng)至少一個(gè)動(dòng)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(gè)實(shí)施例中，所述動(dòng)作包括與一個(gè)或多個(gè)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(guò)任何通信信道來(lái)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(wú)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(lái)啟動(dòng)至少一個(gè)動(dòng)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(jiàn)的 延遲限制。在第六廣義的方面，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(jī)系統(tǒng)；同步多信道USB;
多個(gè)USB裝置，耦接到所述USB主機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)USB裝置具有本地時(shí)鐘和絕對(duì)時(shí)間 寄存器；其中，所述多個(gè)USB裝置的本地時(shí)鐘在頻率和相位上同步，所述USB裝置的絕對(duì)時(shí) 間寄存器通過(guò)相應(yīng)的本地時(shí)鐘而同步和定時(shí)序，并且所述USB包括同步信道，通過(guò)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信的數(shù) 據(jù)信道之間發(fā)送時(shí)鐘頻率和時(shí)間標(biāo)記信息。所述同步信道可以包括附接到同步USB的一個(gè)或多個(gè)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(gè)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(gè)(并 且在某些實(shí)施例中為多個(gè))本地時(shí)鐘，其中，所述本地時(shí)鐘與USB同步，由此，所述本地時(shí)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(shí)鐘與在USB數(shù)據(jù)流內(nèi)包含的載波信 號(hào)同步，其中，本地時(shí)鐘的頻率和相位的精度不受USB主機(jī)控制器時(shí)鐘的精度的限制。在這 個(gè)(和其他)實(shí)施例中，所述載波信號(hào)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、S0F令牌、DATA0令牌、DATA1令牌或者可編 程的比特模式序列。應(yīng)當(dāng)注意，可以根據(jù)需要來(lái)組合本發(fā)明的上述每個(gè)方面的各種特征。另外，可以用各種方式來(lái)實(shí)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(jí)別(即作為單個(gè)硅(或其他半導(dǎo)體材料)芯片)的多 個(gè)部件的形式來(lái)構(gòu)造這樣的裝置。


為了能夠更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖、通過(guò)示例來(lái)說(shuō)明各實(shí)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(xì)節(jié)的示意圖；圖4是按照本發(fā)明的第一實(shí)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圖；圖6是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于使USB同步的裝置的示意圖；圖7是圖6的USB同步裝置的定時(shí)測(cè)量電路的示意圖；圖8是按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的USB系統(tǒng)的示意圖；圖9是按照本發(fā)明的第四實(shí)施例的USB系統(tǒng)的示意圖；圖10是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的USB定時(shí)集線器的示意圖；圖11是按照本發(fā)明的第六實(shí)施例的用于提高USB的同步信道計(jì)數(shù)的系統(tǒng)的示意 圖；圖12是按照本發(fā)明的第七實(shí)施例的同步USB的示意圖；圖13是按照?qǐng)D12的實(shí)施例的全局同步的USB的示意19
圖14是按照本發(fā)明的第八實(shí)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(shí)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(shí)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(méi)有通常的USB滯后延遲的控制路徑；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(fù)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(shí)施例的、同步到以太網(wǎng)的具有混合USB主機(jī)控制器的 USB的示意圖；圖20是圖19的實(shí)施例的USB的混合USB主機(jī)控制器的示意圖； 圖21是按照本發(fā)明的第十一實(shí)施例的具有實(shí)時(shí)概念的USB裝置的示意圖；圖22是圖21的USB裝置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的示意圖；圖23是圖21的USB裝置的時(shí)序圖；以及圖24是按照本發(fā)明的第十二實(shí)施例的能夠?qū)ν獠渴录_地加時(shí)間標(biāo)記的USB 裝置的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式圖4中示意性地將按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的USB裝置為50，該USB裝置具有USB 52。在這個(gè)實(shí)施例中，將使得USB裝置50的本地時(shí)鐘被頻率控制為任意程度的時(shí)鐘同步信 息通過(guò)載波信號(hào)(下文描述)傳送到USB裝置，然后從USB數(shù)據(jù)流中解碼所述載波信號(hào)。參見(jiàn)圖4，USB裝置50包括總線連接器54、數(shù)字輸入/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(xì)地 描述)。數(shù)字輸入/輸出總線接口電路56作為在總線連接器54處檢測(cè)的USB數(shù)據(jù)的收發(fā) 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提供信息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(hào)是周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此可被用作載波信號(hào)；在這個(gè)實(shí)施例和下述 的其他實(shí)施例中，該載波信號(hào)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(hào)，該頻率信號(hào)被廣播到除了低速裝置之外的所有連接到給定的主機(jī)控制器的裝置。所述 載波信號(hào)一旦從USB通信流中解碼出來(lái)，則與標(biāo)度因子(scaling factor)相組合，以產(chǎn)生 同步信息，并因而將本地時(shí)鐘信號(hào)與時(shí)鐘頻率的精確控制合成起來(lái)。圖5是該實(shí)施例的同步器62的詳細(xì)示意圖。同步器62包括匹配過(guò)濾器68，用于 觀察通過(guò)總線連接器54的USB通信流、解碼上述的周期性載波信號(hào)(在這個(gè)實(shí)施例中是 SOF包令牌)并向本地時(shí)鐘合成電路72發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)70。使用由微控制器58提供的信息信號(hào)76，根據(jù)解碼的載波信號(hào)(即時(shí)鐘同步信號(hào) 70)來(lái)合成頻率精確的本地時(shí)鐘信號(hào)74。在這個(gè)實(shí)施例中(并且通常地)，本地時(shí)鐘信號(hào) 74的頻率比時(shí)鐘同步信號(hào)70高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且分頻器78將本地時(shí)鐘信號(hào)74向下劃分為 頻率更接近時(shí)鐘同步信號(hào)70的頻率的分割信號(hào)80。本地時(shí)鐘合成電路72按照由微控制器58提供的信息信號(hào)76來(lái)處理其輸入信號(hào) (即時(shí)鐘同步信號(hào)70和分割信號(hào)80)。結(jié)果產(chǎn)生的兩個(gè)輸出信號(hào)82和84被傳送到相位比較器86。相位比較器86通過(guò)濾波器88耦接到受控的振蕩器時(shí)鐘產(chǎn)生器90。精確的本地時(shí)鐘信號(hào)74然后被用作觸發(fā)電路的時(shí)鐘信號(hào)，用于產(chǎn)生相位精確的 觸發(fā)信號(hào)92。同步器62包括另一個(gè)匹配濾波器94，該匹配濾波器94也解碼通過(guò)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(cè)到所需要的觸發(fā)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)使 能信號(hào)96。所述觸發(fā)使能信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)74對(duì)所述觸發(fā)使能信號(hào)96計(jì)時(shí)，使其通過(guò)以形成相位精確的觸發(fā)信號(hào)92。因此，根據(jù)該實(shí)施例，能夠產(chǎn)生在任意高頻(如幾十兆赫茲的時(shí)鐘頻率)處穩(wěn)定的 時(shí)鐘信號(hào)，其具有幾納秒或者更低的隨機(jī)抖動(dòng)，并且具有任意高的頻率精度。如上所述，SOF包廣播發(fā)生在IkHz的標(biāo)稱頻率，但是這個(gè)信號(hào)的實(shí)際頻率通過(guò)USB 主機(jī)控制器時(shí)鐘的精度來(lái)確定。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的USB裝置100使用一種通過(guò)精 確地測(cè)量SOF包的頻率來(lái)確定USB主機(jī)控制器的有效時(shí)鐘速率的方法。這個(gè)信號(hào)可以被當(dāng) 作與主機(jī)控制器時(shí)鐘速率有關(guān)的信息的載波，并且該載波信號(hào)被廣播到所有連接的USB裝 置。這樣，對(duì)嵌入于通常的USB協(xié)議中的載波信號(hào)進(jìn)行解碼，并測(cè)量其頻率，以確定USB主 機(jī)控制器時(shí)鐘的有效時(shí)鐘速率。圖6是按照本發(fā)明的第二實(shí)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(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；以及第二連接器106，用于接收外部基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)。通過(guò)所述連接 器，裝置100測(cè)量SOF包信號(hào)(或者載波信號(hào))的頻率。裝置100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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)量電路112之間的通信。裝置100確定SOF包載波信號(hào)頻率，并且通過(guò)暗示來(lái)確定USB主機(jī)控制器頻率，并 且可以向微控制器、實(shí)際上向主主機(jī)PC傳送回關(guān)于所述頻率的信息，但是對(duì)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)用于僅僅檢測(cè) 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(hào)頻率，但是對(duì)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(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的連接器104和用于接收外部基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)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(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)(包括時(shí)間標(biāo)記 信息)并從外部裝置接收時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)(包括時(shí)間標(biāo)記信息)。另外，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員顯然的是，這樣的信號(hào)可以用于控制外部裝置。圖7是定時(shí)測(cè)量電路112的更詳細(xì)的示意圖。定時(shí)測(cè)量電路112包括匹配濾波 器116，用于解碼USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的載波同步信號(hào)，以輸出解碼的載波信號(hào)118 ；以及頻率測(cè)量 電路120，其將解碼的載波信號(hào)118與本地基準(zhǔn)信號(hào)122相比較。頻率測(cè)量電路120產(chǎn)生時(shí) 鐘精度信息信號(hào)124，用于指示載波信號(hào)的絕對(duì)時(shí)鐘精度，并因此指示USB主機(jī)控制器的時(shí) 鐘速率。(這個(gè)時(shí)鐘精度信息信號(hào)124被傳送通過(guò)圖6的信息總線114)。通過(guò)復(fù)用器126 來(lái)提供本地基準(zhǔn)信號(hào)122，復(fù)用器126選擇由本地基準(zhǔn)時(shí)鐘130產(chǎn)生的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào) 128或者由微控制器110通過(guò)信息總線114控制的外部基準(zhǔn)信號(hào)132 (由第一連接器104提 供)。時(shí)間標(biāo)記鎖存器134也使用所述解碼的載波信號(hào)118，所述時(shí)間標(biāo)記鎖存器134對(duì) 從外部時(shí)間標(biāo)記第二連接器106接收的數(shù)據(jù)信號(hào)136加時(shí)間標(biāo)記，并且在138處輸出到信息總線114。以這種方式，可以將來(lái)自外部源的絕對(duì)時(shí)間標(biāo)記信息同步到載波信號(hào)的接收。
圖8是按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的USB系統(tǒng)140的示意圖，其中，具有USB主機(jī)控 制器144的個(gè)人計(jì)算機(jī)142在USB 148處被附接到單個(gè)USB裝置146。所述USB裝置144 包含定時(shí)測(cè)量電路150 (根據(jù)圖7的定時(shí)測(cè)量電路112)，用于使用內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)鐘(可與圖7 的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘130比較)在任意程度上測(cè)量反復(fù)的載波信號(hào)的頻率。因此，在這個(gè)實(shí)施例 中，通過(guò)完全包含在USB裝置內(nèi)的電路(即定時(shí)測(cè)量電路150)來(lái)確定USB主機(jī)控制器144 的時(shí)鐘載波信號(hào)的絕對(duì)頻率。而且，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員顯然的是，雖然這個(gè)實(shí)施例包 含個(gè)人計(jì)算機(jī)，但是替代的類似實(shí)施例可以包括任何裝置，諸如包含USB主機(jī)控制器或者 USB在運(yùn)行中的控制器的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)或者移動(dòng)通信裝置等。圖9是按照本發(fā)明的第四實(shí)施例的USB系統(tǒng)160的示意圖，其中，具有USB主機(jī)控 制器164的個(gè)人計(jì)算機(jī)162在USB 168處被附接到USB集線器166。USB集線器168提供 到多個(gè)USB裝置170的連接，其中每個(gè)USB裝置170包含定時(shí)測(cè)量電路(可與USB系統(tǒng)140 的定時(shí)測(cè)量電路150相比)，用于使用內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)鐘(可與圖7的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘130比較) 來(lái)測(cè)量反復(fù)的載波信號(hào)的頻率。每個(gè)USB裝置170以某個(gè)有限的誤差來(lái)測(cè)量載波信號(hào)頻率。 由于所述誤差實(shí)質(zhì)上是隨機(jī)的，因此使用統(tǒng)計(jì)分析來(lái)分析來(lái)自USB裝置170的測(cè)量值，由此 減少在載波信號(hào)頻率的測(cè)量中的整體不確定性。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，以比使用單個(gè)USB裝置可獲得的精度更高的精度，確定 USB主機(jī)控制器164的時(shí)鐘載波信號(hào)頻率的絕對(duì)頻率。圖10是按照本發(fā)明的第五實(shí)施例的USB定時(shí)集線器180的示意表示。所述USB 定時(shí)集線器180具有上行端口 182，用于連接到主機(jī)控制器(或者在USB定時(shí)集線器180 和主機(jī)控制器之間的中間上行裝置)；多個(gè)下行端口 184(其提供USB擴(kuò)展)；外部基準(zhǔn)時(shí)鐘 輸入端口 186和外部基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記輸入端口 188。USB上行端口 182連接到USB集線器電路190，USB集線器電路190向所述多個(gè)下 行USB端口 184提供USB擴(kuò)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(shí)測(cè)量電路194 (可與圖6的定時(shí)測(cè)量電路112 相比)。所述定時(shí)測(cè)量電路194包含內(nèi)部本地基準(zhǔn)時(shí)鐘(可與圖7的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘130相 比)，并且還從外部基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入端口 186和外部時(shí)間標(biāo)記輸入端口 188接收信息。所述定 時(shí)測(cè)量電路194還使用USB監(jiān)視電路198來(lái)觀察上行端口 182上的USB數(shù)據(jù)通信流，并且 使用信號(hào)199來(lái)解碼USB主機(jī)控制器時(shí)鐘載波信號(hào)，以測(cè)量載波信號(hào)頻率。因此，USB定時(shí)集線器180包含用于確定USB主機(jī)控制器的絕對(duì)時(shí)鐘速率的(參 見(jiàn)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(jī)控制器時(shí)鐘載波信號(hào)頻率信息和USB的擴(kuò)展。按照本發(fā)明的第六實(shí)施例，可以將USB系統(tǒng)的同步信道計(jì)數(shù)擴(kuò)展到超過(guò)USB規(guī)范 所允許的數(shù)量(當(dāng)前是127個(gè)裝置，其中包括集線器)。這個(gè)實(shí)施例允許通過(guò)向每個(gè)USB提 供公共的外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)同步多個(gè)分立的USB。所述公共的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)然后用于測(cè) 量每個(gè)USB的USB主機(jī)控制器時(shí)鐘載波信號(hào)，并且隨后用于使用該信息以實(shí)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(gè)USB裝置上的本地時(shí)鐘上。圖11是按照第六實(shí)施例的系統(tǒng)200的示意圖，用于提高USB的同步信道計(jì)數(shù)。其 中，多個(gè)同步USB以任意的程度同步。所述系統(tǒng)200包括多個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)202，其中每個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)202包含USB主機(jī)控制器204。每個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)202連接到(圖10的180所描 述和圖解的類型的)混合USB定時(shí)集線器206 ；每個(gè)USB定時(shí)集線器206提供多個(gè)同步USB 208，以允許對(duì)多個(gè)USB裝置210的擴(kuò)展。外部基準(zhǔn)時(shí)鐘212通過(guò)USB定時(shí)集線器206向同 步USB 208提供信號(hào)。在一種替代的設(shè)置中，系統(tǒng)200省略了 USB定時(shí)集線器206，并且所 述USB裝置被配置成直接地接收外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。但是，使用USB定時(shí)集線器206是優(yōu) 選的。按照本發(fā)明的第七實(shí)施例，提供了一種同步USB，該同步USB被提供有外部基準(zhǔn)時(shí) 鐘信號(hào)，該外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)在任意的程度上頻率精確和時(shí)間標(biāo)記精確。這些信號(hào)允許USB 以任意的精度被同步。這個(gè)實(shí)施例使用外部全局定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)間服務(wù)器作為外部同步 基準(zhǔn)。通過(guò)衛(wèi)星通信來(lái)傳送GPS時(shí)間服務(wù)器基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。而且，GPS時(shí)間服務(wù)器可以實(shí) 質(zhì)上在任意位置傳送精確到任意程度的絕對(duì)時(shí)間標(biāo)記信息 ，而不論位置如何。圖12是系統(tǒng)220的示意圖，其中，USB 222被同步到GPS時(shí)間服務(wù)器224。系統(tǒng) 220包括個(gè)人計(jì)算機(jī)226，個(gè)人計(jì)算機(jī)226包含連接到同步USB 222的USB主機(jī)控制器228， 其中，同步時(shí)鐘頻率精確到任意的程度。個(gè)人計(jì)算機(jī)226的USB端口 230連接到USB定時(shí)集線器232，USB定時(shí)集線器232 提供用于附接附加的USB裝置236的下行擴(kuò)展端口 234。(圖10的180所描述和圖解的類 型的)USB定時(shí)集線器232還具有端口 238、240，用于從GPS時(shí)間服務(wù)器224分別接收基準(zhǔn) 時(shí)鐘核心242和時(shí)間標(biāo)記信息244。GPS時(shí)間服務(wù)器224連接到用于接收GPS時(shí)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(gè)實(shí)施例中，可以使用用于提供 全局同步的外部基準(zhǔn)時(shí)鐘和時(shí)間信號(hào)的其他方法。圖13是按照這個(gè)實(shí)施例的全局同步的USB 250的示意圖。全局同步的USB 250 包括位于不同位置252的多個(gè)USB ；每個(gè)USB是圖12的222所示的類型，因此，每個(gè)USB通 過(guò)單獨(dú)的GPS時(shí)間服務(wù)器而同步。多個(gè)GPS時(shí)間服務(wù)器通過(guò)衛(wèi)星通信提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)， 所述基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)被頻率鎖定到實(shí)質(zhì)上任意程度。而且，多個(gè)GPS時(shí)間服務(wù)器中的每個(gè)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(shí)集線器提供絕對(duì)時(shí)間 標(biāo)記信息，而與位置無(wú)關(guān)。因此，多個(gè)另外的獨(dú)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(guò)增加所期望的數(shù)量的同步USB(圖12的222)，還具有無(wú)限 的信道計(jì)數(shù)的能力。按照本發(fā)明的第八實(shí)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(jìn)行內(nèi)部接收通信的網(wǎng)絡(luò))。在這個(gè)實(shí)施例中，從同步以太網(wǎng)向所述同步USB提供外部信 號(hào)，所述外部信號(hào)包含按照IEEE-1588精確時(shí)間協(xié)議的定時(shí)信息。所述外部信號(hào)包含以太 網(wǎng)通信路徑和精確時(shí)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(shí)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(gè)待 同步的裝置266和以太網(wǎng)邊界時(shí)鐘268。所述邊界時(shí)鐘268執(zhí)行裝置之間的以太網(wǎng)連接，并 且補(bǔ)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(shí)抖動(dòng)。同步USB 262包括個(gè)人 計(jì)算機(jī)270，個(gè)人計(jì)算機(jī)270具有USB主機(jī)控制器272，而連接到主機(jī)控制器272的是混合USB定時(shí)集線器274。USB定時(shí)集線器提供到多個(gè)USB裝置276的連接擴(kuò)展。USB定時(shí)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(shí)信息280。IEEE-1588精確時(shí)間協(xié)議包含用于確定網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)是基于時(shí)間的主節(jié)點(diǎn)的協(xié) 議。對(duì)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(diǎn)(即裝置266)或者同 步USB 262可以是依賴于所有裝置的時(shí)鐘的絕對(duì)精度的基于時(shí)間的主時(shí)鐘。圖15是圖14的USB 262中的USB定時(shí)集線器274的詳細(xì)示意圖。該混合USB定 時(shí)集線器274具有上行端口 292，用于連接到主機(jī)控制器272 (或者在USB定時(shí)集線器274 和主機(jī)控制器272之間的中間上行裝置)；多個(gè)下行端口 294 (其提供USB擴(kuò)展)；以及外部 端口 278，用于連接到同步以太網(wǎng)。USB定時(shí)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(gè)下行USB端口 294的USB擴(kuò)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(shí)測(cè)量電路302 (可與圖6的定時(shí)測(cè)量電路112相比)。定時(shí)測(cè)量電路302還通過(guò)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(lái)自USB監(jiān)視電路306的信號(hào)308來(lái)解碼USB主機(jī)控制器時(shí)鐘載波信號(hào)，以測(cè) 量載波信號(hào)頻率。定時(shí)測(cè)量電路302包含內(nèi)部本地基準(zhǔn)時(shí)鐘(可與圖7的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘 130相比)，并且還通過(guò)時(shí)鐘控制信道312向附加的本地時(shí)鐘310接收或者發(fā)送信息。以這 種方式，本地時(shí)鐘310或者定時(shí)測(cè)量電路302形式的時(shí)鐘可以是用于確定載波信號(hào)頻率的 本地主時(shí)鐘。USB定時(shí)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(shí)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(gè)人計(jì)算機(jī)(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(guò)同步信道318，本地時(shí)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(shí)鐘310之間傳 送定時(shí)信息，由此使用兩個(gè)接口的最佳者來(lái)實(shí)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提供本地精確同步網(wǎng)絡(luò)。按照本發(fā)明的第九實(shí)施例，提供了一種USB，該USB提供控制路徑，所述控制路徑 沒(méi)有USB的通常的滯后延遲(如由Windows (商標(biāo))操作系統(tǒng)的通常30ms的線程循環(huán)時(shí)間 所引起的30ms時(shí)間幀)。這里，圖16是按照這個(gè)實(shí)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(jī)控制器(或者在混合USB集線器330和主機(jī)控制 器之間的中間上行裝置)；多個(gè)下行端口 334(其提供USB擴(kuò)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(gè)下行USB端口 334的USB擴(kuò)展；以及內(nèi)部USB裝置340，下行USB端口 334之一被弓丨導(dǎo)到 所述內(nèi)部USB裝置340。USB集線器330包括通過(guò)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(lái)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(hào)348來(lái)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(chǎng)總線(aProcess Field Bus) 或者USB (包括運(yùn)行中的USB))、并行通信接口(諸如Centronics (商標(biāo))并行端口或者 IDE(集成驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(wú)線通信信道還 是其他方式。以這種方式，在主機(jī)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(lái)通過(guò)外部控制端口 336立即控制外 部裝置。這防止了 USB中的常見(jiàn)的通信和控制環(huán)路延遲。對(duì)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(gè)實(shí)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(shí)上可以在至少附接到USB以 檢測(cè)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(shí)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(shí)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(jī)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(hào)374 (其包括在主機(jī)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(hào)376。所述復(fù)制信號(hào)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(hào)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(hào)374 的緩沖的復(fù)制信號(hào)376以由外部電路使用。緩沖的復(fù)制信號(hào)376可以被外部電路用于解碼 在USB數(shù)據(jù)內(nèi)的來(lái)自主機(jī)控制器的周期性信號(hào)結(jié)構(gòu)，以識(shí)別包含關(guān)于USB主機(jī)控制器的時(shí) 鐘速率的信息的載波信號(hào)。緩沖的復(fù)制信號(hào)376還可以用于在來(lái)自所有的下行USB裝置的 信息上行傳遞到主機(jī)控制器時(shí)將其解碼。以這種方式，可以對(duì)來(lái)自下行裝置的信息采取直 接的動(dòng)作，而不首先要求主機(jī)控制器和相關(guān)聯(lián)的操作系統(tǒng)來(lái)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(jí)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(jiǎn)單在圖17中被示出為一對(duì)簡(jiǎn)單的單 極交換器，當(dāng)然事實(shí)上USB數(shù)據(jù)信號(hào)是差動(dòng)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(lái)自上行端口 362的USB數(shù)據(jù)信號(hào)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(lái)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(wèn)緩沖的復(fù)制信號(hào)376，并且通過(guò)數(shù)據(jù)交換器控制端口 368來(lái)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(hào)同步地被切換。USB監(jiān)視電路360還能夠動(dòng)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(jī)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(duì)具 有已知的數(shù)據(jù)包大小的特定USB裝置提供規(guī)則的輪詢。有權(quán)訪問(wèn)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(guò)同步地繞過(guò)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(fù)荷字段中插入數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)的有效負(fù)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(fù)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(fù)荷數(shù)據(jù)390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(jī)發(fā)送業(yè)務(wù)包頭信息的同時(shí)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(fù)荷和CRC數(shù)據(jù)388。對(duì)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(gè)上行業(yè)務(wù)(包括頭)之前，所述裝置等待，直到它檢測(cè)到來(lái)自主機(jī)控制器的輪詢請(qǐng)求。應(yīng) 當(dāng)注意，在切換到圖18B的配置378”和插入有效負(fù)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(shí)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(shí)施例，提供了一種混合USB主機(jī)控制器，該混合USB主機(jī)控制 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(shí)信息的同 步以太網(wǎng)按照IEEE-1588精確時(shí)間協(xié)議向所述混合USB主機(jī)控制器提供外部信號(hào)。所述外 部信號(hào)包含以太網(wǎng)通信路徑和精確時(shí)間協(xié)議路徑。以這種方式，可以在混合USB主機(jī)控制 器和以太網(wǎng)系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)和定時(shí)信息。在這個(gè)實(shí)施例中，所述混合USB主機(jī)控制器包含嵌入式微控制器，使得述混合USB 主機(jī)控制器是不依賴于主個(gè)人計(jì)算機(jī)的獨(dú)立裝置。所述混合USB主機(jī)控制器可以包含標(biāo)準(zhǔn) 的USB主機(jī)控制器、USB在運(yùn)行中的主機(jī)控制器、無(wú)線USB主機(jī)控制器或者任何其他形式的 USB主機(jī)控制器。圖19是按照這個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)400的示意圖，系統(tǒng)400包括彼此同步的獨(dú)立USB 402 (即包含不要求附接到個(gè)人計(jì)算機(jī)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(shí)鐘406和多個(gè)待同步的裝置408。邊界時(shí)鐘406執(zhí)行裝置之間的以 太網(wǎng)連接，并且補(bǔ)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(shí)抖動(dòng)。USB 402由 混合USB主機(jī)控制器410和多個(gè)USB裝置(或者用于進(jìn)一步擴(kuò)展的USB集線器)412構(gòu)成。在這個(gè)實(shí)施例中，混合USB控制器410包含嵌入式USB集線器功能，用于提供多個(gè) 下行擴(kuò)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(shí)信息416。圖20是圖19的混合USB主機(jī)控制器410的更詳細(xì)的示意圖。混合USB主機(jī)控制 器470具有多個(gè)下行端口 472 (其提供USB擴(kuò)展)、嵌入式控制器474、USB集線器電路478 和USB主時(shí)鐘電路480?？刂破?74具有嵌入式微控制器482、外部接口電路484和USB主 機(jī)控制器486。USB主機(jī)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(guò)時(shí)鐘總線488向所述多個(gè)下行USB端口 472和USB主時(shí)鐘電路480提供USB擴(kuò)展。USB主時(shí)鐘電路480包含內(nèi)部本地基準(zhǔn)時(shí)鐘490，并且還通過(guò)時(shí)鐘控制信道494接 收信息或者向附加的本地時(shí)鐘492 (也是混合USB主機(jī)控制器410的一部分，并且具有同步 以太網(wǎng)IEEE-1588時(shí)鐘的形式)發(fā)送信息?；旌蟄SB主機(jī)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(shí)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(guò)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(shí)鐘控制信道500，用于利用同步以太網(wǎng)時(shí)鐘492通 信。IEEE-1588時(shí)鐘492可以在其比其他附接的IEEE-1588時(shí)鐘的時(shí)鐘更精確的情況下作 為總線主時(shí)鐘，或者可以是從屬于更精確的附接的IEEE-1588時(shí)鐘的從時(shí)鐘?；旌蟄SB主機(jī) 控制器410包括在嵌入式控制器474的外部接口電路484和USB主時(shí)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(shí)鐘信號(hào)。以類似的方式，本地基準(zhǔn)時(shí)鐘490 或者IEEE-1588時(shí)鐘492中更準(zhǔn)確的一個(gè)被用作系統(tǒng)主時(shí)鐘。USB主機(jī)控制器486使用來(lái)自時(shí)鐘總線488的時(shí)鐘信號(hào)作為其主定時(shí)基準(zhǔn)。這個(gè) 時(shí)鐘信號(hào)可以在USB主時(shí)鐘電路480內(nèi)被精確地調(diào)整，以提供達(dá)到任意精度的用于同步USB 控制的頻率精確時(shí)間基準(zhǔn)。因此，可以精確地控制USB數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性信號(hào)結(jié)構(gòu)的頻率 (諸如幀開(kāi)始令牌)，從而產(chǎn)生具有精確受控定時(shí)的同步USB。以這種方式，在不需要個(gè)人計(jì) 算機(jī)的情況下實(shí)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(shí)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本發(fā)明的第i^一實(shí)施例的USB裝 置。在這個(gè)實(shí)施例中，同步USB裝置可以說(shuō)具有實(shí)時(shí)的某種概念(或者指示實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù))。 這種時(shí)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(jī)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(shí)時(shí)的概念。因此，參見(jiàn)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 入/輸出總線接口電路526、微控制器528、數(shù)字受控?fù)Q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(shí)時(shí)時(shí)鐘534。數(shù)字輸入/輸出總線接口電路526 作為用于在總線連接器524檢測(cè)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(cè)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(shí)鐘信號(hào)544，本地時(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)544 被傳送到所述數(shù)字受控的換能器530以控制其操作，并且被傳送到實(shí)時(shí)時(shí)鐘534。實(shí)時(shí)時(shí)鐘534可以同步于絕對(duì)時(shí)間，然后通過(guò)本地時(shí)鐘信號(hào)544計(jì)時(shí)。以這種方 式，多個(gè)USB裝置可以工作來(lái)共享共同的實(shí)時(shí)概念，其中每個(gè)USB裝置通過(guò)同步的本地時(shí) 鐘計(jì)時(shí)。通過(guò)來(lái)自主個(gè)人計(jì)算機(jī)的命令來(lái)啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘534的同步；這個(gè)命令由微控制器 528解釋并且通過(guò)另一個(gè)信息信道546被傳送到同步器532 (經(jīng)由信息信道536)和實(shí)時(shí)時(shí) 鐘534。然后，同步器532通過(guò)實(shí)時(shí)同步信道548來(lái)同步實(shí)時(shí)時(shí)鐘534。以這種方式，可以 將所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步到某已知的時(shí)間。然后，實(shí)時(shí)時(shí)鐘534可以傳送實(shí)時(shí)觸發(fā)信號(hào)550 (其 也可以包括來(lái)自實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間標(biāo)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(shí)間執(zhí)行動(dòng)作。圖22是這個(gè)實(shí)施例的USB裝置520的實(shí)時(shí)時(shí)鐘534的詳細(xì)示意圖。實(shí)時(shí)時(shí)鐘534 具有控制端口 558，用于與微控制器528通信(參見(jiàn)圖21)；同步時(shí)鐘輸入端口 560，用于 從同步器532接收同步時(shí)鐘信號(hào)544 (參見(jiàn)圖21)；同步端口 562，用于在同步信道546上接 收同步信號(hào)(參見(jiàn)圖21)；輸出端口 564;以及輸入事件/時(shí)間標(biāo)記端口 566。控制端口 558接收信息信號(hào)，通過(guò)接口 568解碼該信息信號(hào)，以提供如下信號(hào)包 含絕對(duì)時(shí)間值的數(shù)據(jù)信號(hào)570，該信號(hào)被裝載到臨時(shí)寄存器572 (用于隨后同步鎖存到實(shí)時(shí) 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574)；數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)576，用于將數(shù)據(jù)信號(hào)570鎖存到實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574 ；計(jì) 數(shù)器使能信號(hào)578，用于啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574 ；以及要被裝載到計(jì)數(shù)比較器582內(nèi)的另 一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)580。實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574還從同步時(shí)鐘輸入端口 560接收同步時(shí)鐘信號(hào)584，用于使實(shí) 時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574遞增，并且實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574從同步端口 562接收重新同步信號(hào)586， 重新同步信號(hào)586可以用于同步地清除實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574。從同步器532中產(chǎn)生所述重 新同步信號(hào)586，以使該信號(hào)與USB內(nèi)的幀開(kāi)始(S0F)令牌同步地(或者更精確而言與合成 的S0F同步地)發(fā)生。該同步合成的S0F令牌幀編號(hào)是主機(jī)控制器(其自主機(jī)啟動(dòng)起跟蹤 這個(gè)編號(hào)的滾動(dòng))已知的，因此可以將所述裝置(或者多個(gè)類似的裝置)同步于同一時(shí)間 點(diǎn)。而且，所述主機(jī)保持對(duì)這個(gè)合成S0F令牌編號(hào)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574的絕對(duì)時(shí)間標(biāo)記 的滾動(dòng)的了解，因此USB裝置不必同步于同一時(shí)間點(diǎn)。一旦單個(gè)USB裝置已經(jīng)根據(jù)這種技 術(shù)被同步到實(shí)際時(shí)間，則所述主機(jī)可以計(jì)算任何未來(lái)的合成S0F幀令牌的實(shí)際時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574可以通過(guò)微控制器528 (參見(jiàn)圖21)同步地加載 已知的‘實(shí)際時(shí)間’以及由重新同步信號(hào)586啟動(dòng)的時(shí)間計(jì)數(shù)，或者通過(guò)重新同步信號(hào)586 同步地清除實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574，其中計(jì)數(shù)器在兩種情況下都通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)584而遞 增。然后，所述系統(tǒng)控制器(諸如個(gè)人計(jì)算機(jī))確定實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574表示的時(shí)間概念。在同步時(shí)鐘信號(hào)584的每個(gè)周期上從實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器574將實(shí)際時(shí)間值588 (數(shù)據(jù)信 號(hào))計(jì)時(shí)輸出到接口 590，所述接口 590通過(guò)輸出端口 564為外部電路提供信號(hào)。而且，通 過(guò)比較瞬時(shí)的實(shí)際時(shí)間值588與已經(jīng)預(yù)先被鎖存到計(jì)數(shù)器比較器582內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)，可以 配置實(shí)時(shí)時(shí)鐘534以提供觸發(fā)信號(hào)592。觸發(fā)信號(hào)592然后被傳送到輸出接口 590，以發(fā)送 到外部電路。接口 590還從外部事件/時(shí)間標(biāo)記端口 566接收來(lái)自具有相關(guān)的時(shí)間標(biāo)記數(shù)據(jù)的 事件的外部信號(hào)。這個(gè)數(shù)據(jù)592被傳送到實(shí)時(shí)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器電路574，以校準(zhǔn)和設(shè)定其中包 含的本地時(shí)鐘的實(shí)際時(shí)間。應(yīng)當(dāng)注意，例如按照?qǐng)D12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(shí)施例，多個(gè)同步的USB可以共享這個(gè)實(shí)時(shí)概念。而且，同步時(shí)鐘信號(hào)584和重新同步信號(hào)586與載波信號(hào)同步(如在圖4的USB 裝置50的上下文內(nèi)所述)。因此，可以確定接收這些載波信號(hào)的實(shí)際時(shí)間，因此設(shè)置圖22 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574的實(shí)際時(shí)間。圖23是圖21的USB裝置520的時(shí)序圖600。已知實(shí)際時(shí)間的外部事件602可以 用于啟動(dòng)本地計(jì)數(shù)器604，本地計(jì)數(shù)器604從同步時(shí)鐘信號(hào)606 (自圖4的同步器電路62得
28出)計(jì)時(shí)，并且外部事件602的實(shí)際時(shí)間608被鎖存到所述裝置內(nèi)。接收下一個(gè)解碼的載 波信號(hào)610 (合成的幀開(kāi)始令牌)會(huì)停止本地計(jì)數(shù)器604，并且鎖存幀令牌的編號(hào)612。主 機(jī)控制器然后可以使用本地計(jì)數(shù)器604的過(guò)去的時(shí)間(所述事件和所述幀開(kāi)始令牌之間的 時(shí)間At)來(lái)確定鎖存的幀令牌編號(hào)612的實(shí)際時(shí)間。以這種方式，在事件/時(shí)間標(biāo)記端口 566的已知實(shí)際時(shí)間的外部事件可以用于確 定本地載波信號(hào)的到達(dá)的實(shí)際時(shí)間，由此設(shè)定(校準(zhǔn))USB裝置520的實(shí)際時(shí)間。由這種方 法確定的實(shí)際時(shí)間被鎖存到在614的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器(圖22的574)內(nèi)。通過(guò)已知的頻率 和時(shí)間基準(zhǔn)，可以產(chǎn)生這種外部得出的實(shí)時(shí)事件和時(shí)間標(biāo)記，所述已知的頻率和時(shí)間基準(zhǔn) 諸如精確銫時(shí)鐘、鎖定到全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)的GPS時(shí)間服務(wù)器或者IEEE-1588精確時(shí)間協(xié) 議裝置等。在沒(méi)有外部精確時(shí)間標(biāo)記的基準(zhǔn)事件602的情況下，主個(gè)人計(jì)算機(jī)可以(從其內(nèi) 部的不精確的實(shí)時(shí)時(shí)鐘)將其本身的時(shí)間概念指派給同步USB。這種方法僅僅將所述個(gè)人 計(jì)算機(jī)的時(shí)間概念指定為由實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器使用的作為基準(zhǔn)時(shí)間的給定的載波幀編號(hào)。從 這個(gè)時(shí)間起，同步USB具有高度精確的相對(duì)精度(由其實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器電路限定)，但是具 有從通過(guò)主個(gè)人計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的初始誤差確定的絕對(duì)時(shí)間開(kāi)始的偏移。通過(guò)擴(kuò)展，使用已知時(shí)間的多個(gè)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(lái)確定載波信號(hào)頻率。這是產(chǎn)生相對(duì)于已知的載波信號(hào)編號(hào)的外部事件的時(shí) 間標(biāo)記的方法。應(yīng)當(dāng)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(shí)施這種方法。 該方法還可以被實(shí)施一次或者在多個(gè)裝置內(nèi)實(shí)施，以通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法來(lái)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(shí)施例的USB裝置。在這個(gè) 實(shí)施例中，同步的USB裝置630可以按照其本身的時(shí)間概念來(lái)對(duì)外部事件加時(shí)間標(biāo)記，已經(jīng) 通過(guò)其本身的實(shí)時(shí)時(shí)鐘或者通過(guò)外部提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和時(shí)間標(biāo)記而校準(zhǔn)了所述時(shí)間概念。USB裝置630具有上行端口 632，用于連接到主機(jī)控制器(或者在USB裝置630 和這樣的主機(jī)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(shí)間標(biāo)記信 息的數(shù)據(jù)端口 636。USB裝置630還包括數(shù)字輸入/輸出總線接口電路638、微控制器640 和同步時(shí)間標(biāo)記電路642。時(shí)間標(biāo)記電路642包括同步電路646 (可與圖15的定時(shí)測(cè)量電 路302相比)，其通過(guò)USB監(jiān)視電路644來(lái)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(hào)650內(nèi)包含的載波信號(hào)來(lái)同步本地時(shí)鐘；以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路648(可 與圖22的實(shí)時(shí)時(shí)鐘534相比)。連接到外部觸發(fā)端口 634的外部事件信號(hào)(另外被稱為外部觸發(fā)器)和數(shù)據(jù)端口 636上的時(shí)間標(biāo)記信息被傳送到時(shí)間標(biāo)記電路642進(jìn)行處理。以這種方式，外部事件(觸發(fā) 器)和相關(guān)聯(lián)的時(shí)間標(biāo)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(shí) 鐘相關(guān)。因此，一旦已經(jīng)校準(zhǔn)了實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(諸如通過(guò)將實(shí)時(shí)鎖存到圖22的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì) 數(shù)器574內(nèi))，則可以按照實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器574對(duì)所有的外部事件加時(shí)間標(biāo)記。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員易于進(jìn)行在本發(fā)明的范圍內(nèi)的修改。因此，應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不限于上述通過(guò)示例說(shuō) 明的特定實(shí)施例，在此所述的各種實(shí)施例的組合對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是明顯的。在前述對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明中，除了由于表達(dá)語(yǔ)言或必要的暗示而另外要求的上下文
29之外，術(shù)語(yǔ)“主機(jī)控制器”可以用于表示標(biāo)準(zhǔn)的USB主機(jī)控制器、USB在運(yùn)行中的主機(jī)控制 器、無(wú)線USB主機(jī)控制器或者任何其他形式的USB主機(jī)控制器。在所附的權(quán)利要求與前述對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明中，除了由于表達(dá)語(yǔ)言或者必要的暗示 而另外要求的上下文之外，術(shù)語(yǔ)“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(shí)施例 中的另外特征，
而且，在此對(duì)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(guò)去形 成公知常識(shí)的一部分。
權(quán)利要求
一種用于產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)的方法，包括測(cè)量在通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括根據(jù)所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所述頻率來(lái)確定通用 串行總線主機(jī)控制器的時(shí)鐘速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1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(shí)鐘信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1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)倍的所述本地時(shí)鐘信號(hào)。
5.一種用于產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)的設(shè)備，包括 通用串行總線，用來(lái)接收通用串行總線數(shù)據(jù)流； 基準(zhǔn)信號(hào)源，用于提供基準(zhǔn)信號(hào)；以及定時(shí)電路，用于將所述通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準(zhǔn)信號(hào)相比 較，并確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，還包括通用串行總線總線連接器，用于連接到所述通用串 行總線，并且用于向所述通用串行總線發(fā)送所述通用串行總線數(shù)據(jù)流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是通用串行總線裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述設(shè)備用來(lái)測(cè)量在多個(gè)裝置中的僅一個(gè)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(hào)以相應(yīng)地控制所述其他裝置的 本地時(shí)鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)源包括外部基準(zhǔn)信號(hào)源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，外部基準(zhǔn)信號(hào)源包括用于連接到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘的連 接器，其中，所述外部基準(zhǔn)時(shí)鐘是精確頻率基準(zhǔn)、全球定位系統(tǒng)時(shí)間服務(wù)器或者IEEE-1588 時(shí)間服務(wù)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，還包括時(shí)間標(biāo)記鎖存器和基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源，其中，所 述時(shí)間標(biāo)記鎖存器用來(lái)對(duì)來(lái)自所述基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源的數(shù)據(jù)信號(hào)加時(shí)間標(biāo)記，由此所述 時(shí)間標(biāo)記信息能夠被同步到載波信號(hào)的接收。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源包括用于連接到外部基 準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)記信號(hào)源的連接器。
13.一種用于產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)的方法，包括 在通用串行總線處接收通用串行總線數(shù)據(jù)流； 接收基準(zhǔn)信號(hào)；以及將所述通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準(zhǔn)信號(hào)相比較；及 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的方法，還包括測(cè)量在多個(gè)裝置中的僅一個(gè)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(hào)以相應(yīng)地控制所述其他裝置的本地時(shí)鐘。
15.一種用于確定通用串行總線主機(jī)控制器的時(shí)鐘速率的設(shè)備，包括 通用串行總線集線器，其能夠附接到所述通用串行總線主機(jī)控制器； 基準(zhǔn)信號(hào)源，用于提供基準(zhǔn)信號(hào)；以及通用串行總線裝置，其附接到所述通用串行總線集線器，并且具有定時(shí)電路，所述定時(shí) 電路用于比較所述通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準(zhǔn)信號(hào)，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(jìn)行對(duì)所述時(shí)鐘速率的估計(jì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，包括附接到所述通用串行總線集線器的多個(gè)通用串行總 線裝置，每個(gè)通用串行總線裝置具有定時(shí)電路，所述定時(shí)電路用于比較所述通用串行總線 數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準(zhǔn)信號(hào)，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(jìn)行對(duì)所述時(shí)鐘速率的相應(yīng)的估計(jì)，并且所述設(shè)備還包括數(shù)據(jù) 處理器，該數(shù)據(jù)處理器用于接收對(duì)所述時(shí)鐘速率的所述估計(jì)，并且用于根據(jù)所述估計(jì)來(lái)確 定所述通用串行總線主機(jī)控制器的所述時(shí)鐘速率。
17.一種用于同步多個(gè)通用串行總線裝置的同步通用串行總線，所述同步通用串行總 線包括外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，其被提供到所述通用串行總線裝置中的至少一個(gè)通用串行總線裝 置，使得它們每個(gè)能夠使它們本身同步到所述外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
18.一種用于同步多個(gè)通用串行總線裝置的方法，包括向所述通用串行總線裝置中的至少一個(gè)通用串行總線裝置提供外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；及所述通用串行總線裝置使它們本身同步到所述外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，包括同步在多個(gè)同步通用串行總線上的事件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，包括在所述多個(gè)通用串行總線裝置上向另外多個(gè)通用 串行總線裝置發(fā)送信息，使得所述的另外通用串行總線裝置被觸發(fā)，以實(shí)時(shí)地或者按照要 求來(lái)執(zhí)行命令或者功能。
21.一種用于降低通用串行總線中的通信的延遲的方法，包括監(jiān)視和解碼與通用串行總線相關(guān)聯(lián)的上行通用串行總線數(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(lái)啟動(dòng)某些動(dòng)作中的至少一個(gè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，所述動(dòng)作包括與一個(gè)或多個(gè)其他裝置進(jìn)行通信。
23.一種具有降低的延遲的通用串行總線，包括具有上行端口的通用串行總線裝置；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通用串行總線數(shù)據(jù)通信流，解碼所 述通用串行總線通信流內(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(lái)啟動(dòng)至少一個(gè) 動(dòng)作。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的通用串行總線，包括直列式數(shù)據(jù)交換器，用來(lái)將所述通用串行 總線數(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(lái)自外 部電路的雙向數(shù)據(jù)流。
25.一種通用串行總線裝置，包括至少一個(gè)本地時(shí)鐘；其中，所述本地時(shí)鐘被同步到所述通用串行總線，由此，所述本地時(shí)鐘能夠被控制到任 意精確的頻率和相位。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的通用串行總線裝置，包括同步器，用于將所述本地時(shí)鐘與通用 串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)包含的載波信號(hào)同步，其中，本地時(shí)鐘的頻率和相位的精度不受通用串行總線主機(jī)控制器時(shí)鐘的精度的限制。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的通用串行總線裝置，還包括具有已知頻率且在所述通用串行總線裝置本地的一個(gè)或多個(gè)頻率基準(zhǔn)； 頻率測(cè)量器，用于使用所述多個(gè)頻率基準(zhǔn)中的所述頻率測(cè)量在所述通用串行總線裝置 本地的所述載波信號(hào)的頻率。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的通用串行總線裝置，還包括信號(hào)處理器，用于根據(jù)與所述載波 信號(hào)和所需要的本地時(shí)鐘信號(hào)頻率有關(guān)的信息、根據(jù)所述載波信號(hào)來(lái)合成所述的同步本地 時(shí)鐘信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的通用串行總線裝置，其中，所述同步本地時(shí)鐘被控制為任意的 頻率和任意程度的相位。
30.一種頻率和相位受控的、同步的多信道通用串行總線，包括 多個(gè)通用串行總線裝置，其附接到所述通用串行總線；在所述多個(gè)通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置上的一個(gè)或多個(gè)本地時(shí)鐘；以及同步器，用于將所述本地時(shí)鐘與通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)包含的載波信號(hào)同步； 其中，本地時(shí)鐘的頻率和相位的精度不受通用串行總線主機(jī)控制器時(shí)鐘的精度限制， 使得所述通用串行總線裝置能夠被控制到任意精確的頻率和相位。
31.根據(jù)權(quán)利要求30內(nèi)的通用串行總線，包括具有已知頻率且在所述多個(gè)通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置本地的多 個(gè)頻率基準(zhǔn)；頻率測(cè)量器，用于使用所述多個(gè)已知頻率基準(zhǔn)、在所述多個(gè)通用串行總線裝置中的每 個(gè)通用串行總線裝置本地測(cè)量所述載波信號(hào)的頻率。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的通用串行總線，還包括信號(hào)處理器，用于根據(jù)與所述載波信號(hào) 和所需要的本地時(shí)鐘信號(hào)頻率有關(guān)的信息、根據(jù)所述載波信號(hào)來(lái)合成所述的同步本地時(shí)鐘信號(hào)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的通用串行總線，還包括多個(gè)同步的通用串行總線裝置，用于獨(dú)立地測(cè)量所述載波信號(hào)的頻率，由此獲得所述 頻率的多個(gè)確定值；以及數(shù)據(jù)處理器，其被配置成接收所述頻率的所述多個(gè)確定值，并且根據(jù)所述確定值來(lái)確 定所述頻率。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的通用串行總線，其中，所述數(shù)據(jù)處理器被配置成通過(guò)采用至少 一種統(tǒng)計(jì)技術(shù)、根據(jù)所述多個(gè)確定值來(lái)確定所述載波信號(hào)的所述頻率。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的通用串行總線，其中，所述本地時(shí)鐘被控制為任意的頻率和相位。
36.一種用于確定通用串行總線主機(jī)控制器的時(shí)鐘速率的方法，包括 觀察通用串行總線通信流；將特定的周期性信號(hào)結(jié)構(gòu)定義為所述載波信號(hào)； 從所述通用串行總線通信流中解碼所述載波信號(hào)； 測(cè)量所述載波信號(hào)的頻率；以及根據(jù)所述載波信號(hào)的所述頻率導(dǎo)出所述主機(jī)控制器的所述時(shí)鐘速率。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，包括使用已知頻率的頻率基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量所述載波信號(hào)頻率。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中，所述通用串行總線裝置包括所述頻率基準(zhǔn)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中，所述頻率基準(zhǔn)是外部頻率基準(zhǔn)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中，所述外部頻率基準(zhǔn)包括基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中，所述外部頻率基準(zhǔn)包括同步到全球定位系統(tǒng)基于 衛(wèi)星的導(dǎo)航和定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘源。
42.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中，所述外部頻率基準(zhǔn)包括同步到以太網(wǎng)上的 IEEE-1588精確時(shí)間協(xié)議的時(shí)鐘源。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中，所述外部頻率基準(zhǔn)包括同步到任何其他時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) 或者協(xié)議的時(shí)鐘源。
44.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括將所述本地時(shí)鐘在頻率和相位上以預(yù)定的程度 鎖定到所述外部基準(zhǔn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中，所述鎖定采用模擬鎖相環(huán)架構(gòu)。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中，所述鎖定采用數(shù)字合成。
47.根據(jù)權(quán)利要求44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)。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，包括計(jì)算終端計(jì)數(shù)，該終端計(jì)數(shù)包括所述本地時(shí)鐘在所述載波信號(hào)的連續(xù)脈沖之間的周期數(shù)；在接收所述載波信號(hào)的脈沖的同時(shí)，清除時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器；在對(duì)所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器的所述清除發(fā)生的同時(shí)，產(chǎn)生合成載波信號(hào)脈沖；在所述本地時(shí)鐘的每個(gè)周期上遞增所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器；以及在達(dá)到所述終端計(jì)數(shù)時(shí)清除所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，包括計(jì)算終端計(jì)數(shù)，該終端計(jì)數(shù)包括所述本地時(shí)鐘在所述載波信號(hào)的連續(xù)脈沖之間的周期數(shù)；在接收到所述載波信號(hào)的所述脈沖之一的同時(shí)，向時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器預(yù)裝載所述終端 計(jì)數(shù)；在所述本地時(shí)鐘的每個(gè)周期上遞減所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器；在所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器達(dá)到零計(jì)數(shù)的同時(shí)，產(chǎn)生合成載波信號(hào)脈沖；以及在達(dá)到所述零計(jì)數(shù)時(shí)，重新裝載所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寄存器。
50.一種用于改善多個(gè)通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置的同步本地時(shí)鐘 的穩(wěn)定性的方法，包括為多個(gè)通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置建立同步時(shí)鐘； 綜合載波信號(hào)在所述載波信號(hào)的多個(gè)周期上的隨機(jī)效應(yīng)。
51.一種用于確定通用串行總線主機(jī)控制器的時(shí)鐘速率的方法，包括 在用來(lái)觀察通用串行總線通信流的裝置處監(jiān)視通用串行總線數(shù)據(jù)通信流； 產(chǎn)生所述通用串行總線數(shù)據(jù)通信流的復(fù)制信號(hào)；解碼來(lái)自所述通用串行總線主機(jī)控制器的周期性信號(hào)結(jié)構(gòu)；識(shí)別所述信號(hào)結(jié)構(gòu)內(nèi)的載波信號(hào)；以及根據(jù)所述載波信號(hào)確定所述通用串行總線主機(jī)控制器的時(shí)鐘速率。
52.一種用于同步多個(gè)同步的多信道通用串行總線的方法，包括通過(guò)參考公共的外部頻率基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)同步所述多個(gè)同步的多信道通用串行總線；其中，通過(guò)來(lái)自時(shí)鐘分發(fā)裝置的多個(gè)同步頻率基準(zhǔn)和時(shí)間標(biāo)記輸出來(lái)提供所述公共外 部基準(zhǔn)信號(hào)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中，所述外部頻率基準(zhǔn)包括銫或銣時(shí)鐘源、被同步到全 球定位系統(tǒng)基于衛(wèi)星的導(dǎo)航和定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘源、被同步到以太網(wǎng)上的IEEE-1588精確時(shí) 間協(xié)議的時(shí)鐘源或者被同步到預(yù)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議的時(shí)鐘源。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中，所述多個(gè)同步的通用串行總線包括通用串行總線 裝置，所述通用串行總線裝置的數(shù)量超過(guò)可附接到給定通用串行總線的通用串行總線裝置 的最大允許數(shù)量。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，其中，所述多個(gè)同步的通用串行總線能夠傳送的數(shù)據(jù)多 于單個(gè)通用串行總線中最大允許的數(shù)據(jù)吞吐量。
56.一種實(shí)時(shí)同步的多信道通用串行總線，包括同步的多信道通用串行總線；多個(gè)通用串行總線裝置，包括以任意程度同步的相應(yīng)的本地時(shí)鐘；以及絕對(duì)時(shí)間寄存器，其被包含在所述多個(gè)通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置內(nèi)；其中，通過(guò)所述同步的本地時(shí)鐘對(duì)所述絕對(duì)時(shí)間寄存器計(jì)時(shí)。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的通用串行總線，用于根據(jù)從附接到所述通用串行總線的通用串 行總線裝置接收的信號(hào)來(lái)提供實(shí)時(shí)的同步。
58.根據(jù)權(quán)利要求56的的通用串行總線，用于根據(jù)來(lái)自附接到所述通用串行總線的通 用串行總線裝置和復(fù)合通用串行總線集線器的信號(hào)來(lái)提供實(shí)時(shí)的同步。
59.根據(jù)權(quán)利要求56的通用串行總線，用于根據(jù)來(lái)自外部裝置的信號(hào)而提供實(shí)時(shí)信息 同步，所述外部裝置用于觀察通用串行總線通信流，并且向所述通用串行總線的通用串行 總線主機(jī)系統(tǒng)控制器提供信息。
60.一種實(shí)時(shí)的、頻率和相位受控的、同步的多信道通用串行總線，包括同步的多信道通用串行總線；以及多個(gè)通用串行總線裝置，其被耦接到所述同步的多信道通用串行總線，每個(gè)通用串行 總線裝置具有以任意程度同步的本地時(shí)鐘以及通過(guò)相應(yīng)的同步本地時(shí)鐘來(lái)計(jì)時(shí)的絕對(duì)時(shí) 間寄存器，其中，所述絕對(duì)時(shí)間寄存器是同步的。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的通用串行總線，其中，所述絕對(duì)時(shí)間寄存器被同步到主計(jì)算系 統(tǒng)或者其他系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
62.根據(jù)權(quán)利要求60的通用串行總線，其中，所述絕對(duì)時(shí)間寄存器被同步到所述多個(gè) 通用串行總線裝置中的一個(gè)或多個(gè)通用串行總線裝置上的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
63.根據(jù)權(quán)利要求60的通用串行總線，其中，所述絕對(duì)時(shí)間寄存器被同步到外部時(shí)間 基準(zhǔn)。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的通用串行總線，其中，所述外部時(shí)間基準(zhǔn)被適配為同步到全球 定位系統(tǒng)基于衛(wèi)星的導(dǎo)航和定時(shí)系統(tǒng)、符合以太網(wǎng)上的IEEE-1588精確時(shí)間協(xié)議，或者是 通過(guò)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議來(lái)提供的。
65.一種用于提供實(shí)時(shí)的、頻率和相位受控的、同步的多信道通用串行總線的方法，包括使多信道通用串行總線同步；同步附接到所述多信道通用串行總線并且具有同步的本地時(shí)鐘的多個(gè)通用串行總線 裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置；向所述通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置提供絕對(duì)時(shí)間寄存器； 通過(guò)相應(yīng)的本地時(shí)鐘對(duì)所述絕對(duì)時(shí)間寄存器計(jì)時(shí)；以及 同步所述多個(gè)絕對(duì)時(shí)間寄存器。
66.一種用于使同步的多信道通用串行總線的實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步的方法，包括 同步多個(gè)通用串行總線裝置的本地時(shí)鐘；同步所述通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置內(nèi)的本地絕對(duì)時(shí)間寄存器；以及使用與同步時(shí)刻對(duì)應(yīng)的實(shí)際時(shí)間來(lái)預(yù)配置所述通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行 總線裝置的所述相應(yīng)的本地絕對(duì)時(shí)間寄存器。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的方法，包括在所述同步時(shí)刻將所述通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置的所述相應(yīng)的 本地絕對(duì)時(shí)間寄存器設(shè)定為預(yù)定值；以及通過(guò)通用串行總線系統(tǒng)控制器來(lái)記錄所述多個(gè)通用串行總線裝置中的每個(gè)通用串行 總線裝置的所述同步時(shí)刻的實(shí)際時(shí)間。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，包括基本上同時(shí)地同步所述通用串行總線裝置中的每 個(gè)通用串行總線裝置。
69.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，包括順序地同步所述通用串行總線裝置中的每個(gè)通用 串行總線裝置。
70.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，包括所述通用串行總線系統(tǒng)控制器跟蹤所述通用串行總 線裝置中的每個(gè)通用串行總線裝置在所述同步時(shí)刻的實(shí)際時(shí)間。
71.一種實(shí)時(shí)的、頻率和相位受控的、同步的多信道通用串行總線，包括 同步的多信道通用串行總線；以及多個(gè)同步的通用串行總線裝置，其被附接到所述多信道通用串行總線，每個(gè)所述同步 的通用串行總線裝置具有同步的本地時(shí)鐘和絕對(duì)時(shí)間寄存器；其中，所述絕對(duì)時(shí)間寄存器通過(guò)相應(yīng)的本地時(shí)鐘來(lái)計(jì)時(shí)并且被同步。
72.一種用于為同步的通用串行總線總線分配實(shí)際時(shí)間的方法，包括 提供外部時(shí)間事件；以及提供對(duì)應(yīng)于所述外部時(shí)間事件的外部時(shí)間標(biāo)記。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，還包括 觀察通用串行總線通信流；以及將同步裝置的本地時(shí)鐘同步到所述通用串行總線通信流內(nèi)的載波信號(hào)。
74.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，包括 觀察所述外部時(shí)間事件；將所述外部時(shí)間標(biāo)記的值鎖存到本地寄存器內(nèi)； 啟動(dòng)本地計(jì)數(shù)器；針對(duì)載波信號(hào)，監(jiān)視在所述同步裝置本地的通用串行總線數(shù)據(jù)流； 在接收到下一個(gè)載波信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生用于停止所述本地計(jì)數(shù)器的信號(hào)； 檢測(cè)與所述下一個(gè)載波信號(hào)相關(guān)聯(lián)的幀編號(hào)；以及向主機(jī)系統(tǒng)報(bào)告所述本地計(jì)數(shù)器的值、所述幀編號(hào)和所述時(shí)間標(biāo)記的所述值。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，包括確定用于停止所述本地計(jì)數(shù)器的載波信號(hào)的接收 時(shí)間。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的方法，包括確定在所述編號(hào)的載波信號(hào)和所述外部時(shí)間事件的接收之間的時(shí)段；以及 使用被鎖存到所述本地寄存器內(nèi)的所述時(shí)間標(biāo)記數(shù)據(jù)作為所述外部時(shí)間事件。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的方法，包括根據(jù)在所述編號(hào)的載波信號(hào)和所述外部時(shí)間事件 的接收之間的時(shí)鐘周期數(shù)并根據(jù)所述本地同步時(shí)鐘的周期來(lái)確定所述時(shí)段。
78.根據(jù)權(quán)利要求76的方法，包括向主機(jī)系統(tǒng)控制器傳送與所述編號(hào)的載波信號(hào)的 實(shí)際時(shí)間相關(guān)的信息。
79.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，包括通過(guò)所述同步的本地時(shí)鐘或者通過(guò)外部基準(zhǔn)時(shí)鐘 來(lái)對(duì)所述本地計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。
80.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中，所述同步裝置包括通用串行總線裝置或者復(fù)合的 通用串行總線集線器和通用串行總線裝置功能。
81.根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中，所述同步裝置是被配置成觀察通用串行總線數(shù)據(jù) 通信流、并經(jīng)由另一個(gè)信息信道向主機(jī)系統(tǒng)傳送信息的非通用串行總線裝置。
82.一種用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)外部事件的精確的時(shí)間標(biāo)記的同步的通用串行總線，包括 位于附接到所述通用串行總線的通用串行總線裝置上的校準(zhǔn)的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器寄存器； 事件檢測(cè)器；數(shù)據(jù)鎖存器；以及到通用串行總線系統(tǒng)控制器的數(shù)據(jù)鏈路。
83.一種用于在同步的通用串行總線中產(chǎn)生實(shí)時(shí)外部事件的精確的時(shí)間標(biāo)記的方法， 包括使通用串行總線裝置的本地時(shí)鐘同步； 校準(zhǔn)實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器； 檢測(cè)所述外部實(shí)時(shí)事件；在檢測(cè)到所述實(shí)時(shí)事件時(shí)鎖存所述實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器的值，并且輸出對(duì)應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記；以及 向所述通用串行總線的通用串行總線系統(tǒng)控制器傳送所述時(shí)間標(biāo)記。
84.一種用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)的外部事件的精確的時(shí)間標(biāo)記的同步的通用串行總線，包括 用于使通用串行總線裝置的本地時(shí)鐘同步的電路；用于校準(zhǔn)實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器的電路； 檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述外部實(shí)時(shí)事件；以及鎖存器，用于在檢測(cè)到所述實(shí)時(shí)事件時(shí)鎖存所述實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器的值，輸出對(duì)應(yīng)的時(shí)間標(biāo) 記，并且將所述時(shí)間標(biāo)記引導(dǎo)到所述通用串行總線的通用串行總線系統(tǒng)控制器。
85.一種能夠同步到同步以太網(wǎng)的同步的多信道通用串行總線，包括通用串行總線主機(jī)系統(tǒng)；多個(gè)通用串行總線裝置，其耦接到所述通用串行總線主機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)所述通用串行總 線裝置具有本地時(shí)鐘和絕對(duì)時(shí)間寄存器；同步信道，用于與所述同步以太網(wǎng)傳送時(shí)鐘頻率和時(shí)間標(biāo)記信息；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，所述通用串行總線裝置的所述本地時(shí)鐘在頻率和相位上同步，并且所述通用串 行總線裝置的所述絕對(duì)時(shí)間寄存器通過(guò)所述相應(yīng)的本地時(shí)鐘來(lái)同步和計(jì)時(shí)。
86.根據(jù)權(quán)利要求85的通用串行總線，其中，所述同步信道包括一個(gè)或多個(gè)通用串行 總線裝置，其附接到所述同步的通用串行總線；復(fù)合的通用串行總線集線器和通用串行總 線裝置功能；或者觀察在所述同步的通用串行總線上的通用串行總線數(shù)據(jù)通信流、但不是 所述同步的通用串行總線的附接部件的裝置。
87.根據(jù)權(quán)利要求85的通用串行總線，還包括用于通用串行總線裝置樹擴(kuò)展的通用 串行總線集線器功能、通用串行總線裝置功能、用于同步所述同步的通用串行總線的通用 串行總線同步功能、本地基準(zhǔn)時(shí)鐘和IEEE-1588接口。
88.根據(jù)權(quán)利要求87的通用串行總線，其中，所述本地時(shí)鐘是IEEE-1588主時(shí)鐘或者 IEEE-1588 從時(shí)鐘。
89.根據(jù)權(quán)利要求85的通用串行總線，其中，所述數(shù)據(jù)信道包括通用串行總線裝置功 能或者復(fù)合的通用串行總線集線器和通用串行總線裝置功能。
90.根據(jù)權(quán)利要求85的通用串行總線，其中，所述通用串行總線主機(jī)系統(tǒng)是個(gè)人計(jì)算 機(jī)、通用串行總線在運(yùn)行中的控制器或者與復(fù)合的通用串行總線集線器和通用串行總線裝 置功能組合的嵌入式控制器。
91.一種用于將同步的多信道通用串行總線同步到同步以太網(wǎng)的方法，所述通用串行 總線包括通用串行總線主機(jī)系統(tǒng)，所述方法包括在頻率和相位上同步耦接到所述通用串行總線主機(jī)系統(tǒng)的多個(gè)通用串行總線裝置的 本地時(shí)鐘；同步所述通用串行總線裝置的絕對(duì)時(shí)間寄存器；通過(guò)所述相應(yīng)的本地時(shí)鐘對(duì)所述絕對(duì)時(shí)間寄存器計(jì)時(shí)；以及在同步信道上、在所述同步的通用串行總線和所述同步以太網(wǎng)之間傳輸時(shí)鐘頻率和時(shí) 間標(biāo)記信息。
92.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，其中，所述同步信道包括一個(gè)或多個(gè)通用串行總線裝 置，其附接到所述同步的通用串行總線；復(fù)合的通用串行總線集線器和通用串行總線裝置 功能；或者觀察在所述同步的通用串行總線上的通用串行總線數(shù)據(jù)通信流、但不是所述同 步的通用串行總線的附接部件的裝置。
93.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，還包括用于通用串行總線裝置樹擴(kuò)展的通用串行總線 集線器功能、通用串行總線裝置功能、用于同步所述同步的通用串行總線的通用串行總線 同步功能、本地基準(zhǔn)時(shí)鐘和IEEE-1588接口。
94.根據(jù)權(quán)利要求93的方法，其中，所述本地時(shí)鐘是IEEE-1588主時(shí)鐘或者IEEE-1588 從時(shí)鐘。
95.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，還包括提供用于在所述同步的通用串行總線和所述同 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)信道包括通用串行總線裝置功能或者復(fù)合 的通用串行總線集線器和通用串行總線裝置功能。
96.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，其中，所述通用串行總線主機(jī)系統(tǒng)是個(gè)人計(jì)算機(jī)、通用串 行總線在運(yùn)行中的控制器或者與復(fù)合的通用串行總線集線器和通用串行總線裝置功能組 合的嵌入式控制器。
97.一種用于降低與一個(gè)或多個(gè)裝置的通信中的延遲的通用串行總線，包括 監(jiān)視和解碼電路，用于從通用串行總線數(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。
98.根據(jù)權(quán)利要求97的通用串行總線，其中，所述接口電路用于接收來(lái)自外部源的數(shù)據(jù)。
99.根據(jù)權(quán)利要求97的通用串行總線，其中，所述裝置是被配置成觀察和提取來(lái)自通 用串行總線裝置的通用串行總線數(shù)據(jù)通信流的非通用串行總線裝置。
100.根據(jù)權(quán)利要求97的通用串行總線，其中，所述裝置是混合通用串行總線集線器裝 置，用于在上行連接點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)下行端口之間傳輸通用串行總線數(shù)據(jù)通信流。
101.一種用于降低通用串行總線與一個(gè)或多個(gè)裝置之間的通信延遲的方法，包括 監(jiān)視所述通用串行總線中的某點(diǎn)處的通用串行總線數(shù)據(jù)流；從所述通用串行總線中解碼信息； 從所述通用串行總線中提取特定的信息包； 用其他信息來(lái)替換特定的信息包；以及 與多個(gè)外部裝置進(jìn)行信息和指令的傳送。
102.根據(jù)權(quán)利要求101的方法，包括配置通用串行總線主機(jī)控制器，以向附接到所述通用串行總線的特定通用串行總線裝 置發(fā)送規(guī)則的消息包；針對(duì)通用串行總線數(shù)據(jù)通信流，監(jiān)視到所述通用串行總線裝置的所述規(guī)則的消息包； 從外部接口接收用于傳送到所述通用串行總線裝置的信息； 允許所述規(guī)則的消息包的包頭下行通過(guò)所述通用串行總線的監(jiān)視點(diǎn)； 在所述通用串行總線包頭的結(jié)尾禁止從主機(jī)控制器向裝置的下行通信； 向所述通用串行總線裝置發(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；向所述通用串行總線裝置發(fā)送通用串行總線CRC包腳注；以及 將通用串行總線通信系統(tǒng)切換到原始狀態(tài)。
103.根據(jù)權(quán)利要求101的方法，包括配置通用串行總線主機(jī)控制器，以向附接到所述通用串行總線的通用串行總線裝置發(fā) 送對(duì)于上行信息的規(guī)則請(qǐng)求；針對(duì)所述規(guī)則請(qǐng)求，監(jiān)視通用串行總線數(shù)據(jù)通信流；觀察和提取由所述通用串行總線裝置發(fā)送到通用串行總線主機(jī)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(gè)外部裝置。
104.一種用于降低與一個(gè)或多個(gè)裝置的通信中的延遲的通用串行總線，該通用串行總 線包括監(jiān)視和解碼電路，在該電路中，能夠從所述通用串行總線數(shù)據(jù)流中提取信息包；數(shù)據(jù)復(fù)用交換器，用于在所述通用串行總線內(nèi)為數(shù)據(jù)流取路由；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。
105.根據(jù)權(quán)利要求104的通用串行總線，其中，所述接口電路用于從外部源接收數(shù)據(jù)。
106.根據(jù)權(quán)利要求104的通用串行總線，其中，所述裝置是被配置成觀察和提取來(lái)自 所述通用串行總線的通用串行總線數(shù)據(jù)通信流的非通用串行總線裝置。
107.根據(jù)權(quán)利要求104的通用串行總線，其中，所述裝置是混合通用串行總線集線器 裝置，用于在上行連接點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)下行端口之間傳輸通用串行總線數(shù)據(jù)通信流。
全文摘要
一種分布式同步和定時(shí)系統(tǒng)。本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)的方法，包括測(cè)量在通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。本發(fā)明還涉及一種用于產(chǎn)生本地時(shí)鐘信號(hào)的設(shè)備，包括通用串行總線，用來(lái)接收通用串行總線數(shù)據(jù)流；基準(zhǔn)信號(hào)源，用于提供基準(zhǔn)信號(hào)；以及定時(shí)電路，用于將所述通用串行總線數(shù)據(jù)流內(nèi)的周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與所述基準(zhǔn)信號(hào)相比較，并確定所述周期性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的頻率。
文檔編號(hào)G06F13/42GK101872209SQ20101018039
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)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(kù)茲內(nèi)佐夫, 彼得·格拉哈姆·福斯特, 米科拉·夫拉先科 申請(qǐng)人:克羅諾洛吉克有限公司