基本信息
- 項目名稱：
- USB設(shè)備互聯(lián)控制器
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- USB設(shè)備互聯(lián)控制器是基于ARM9與嵌入式Linux，用以實現(xiàn)移動設(shè)備互聯(lián)通信的控制模塊。針對普遍使用的移動數(shù)碼設(shè)備，提出一種以USB控制器為核心、以手機為主控制端的方案實現(xiàn)移動設(shè)備間的互連。采用TQ2440 ARM9 開發(fā)板和嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建USB控制器，并設(shè)計軟件實現(xiàn)對手機操作系統(tǒng)的跨平臺支持，能夠有效地實現(xiàn)手機和USB存儲設(shè)備之間的文件傳輸、手機對USB打印機的控制等功能。
- 詳細介紹：
- 目前，人們使用著各種各樣的移動設(shè)備，如手機、MP3、數(shù)碼相機等，其中手機的使用最為廣泛。盡管這些移動設(shè)備大都具備USB接口，但在目前的技術(shù)環(huán)境下，要讓手機和其他USB設(shè)備進行通信卻必須借助于PC或類PC產(chǎn)品。由于這種產(chǎn)品的便攜性較差，所以無法隨時隨地的使身邊的各類設(shè)備相互通信、共享資源，也就無法充分發(fā)揮其功能為人們的生活提供更多便利。 現(xiàn)有的USB-OTG技術(shù)是比較成熟的移動設(shè)備通信技術(shù)之一，其特點在于具有OTG功能的設(shè)備既可以作為主設(shè)備又可以作為從設(shè)備，兩個OTG設(shè)備相連可以輪流作為主從設(shè)備。由于OTG技術(shù)要求每個設(shè)備有一個支持的外設(shè)式OTG目標設(shè)備列表，并僅對列表中的設(shè)備提供支持，所以O(shè)TG應(yīng)用僅限于某些特定設(shè)備。而且，現(xiàn)在的數(shù)碼產(chǎn)品升級換代速度很快，新一代OTG設(shè)備很難得到向后兼容。 本項目設(shè)計并實現(xiàn)了一種便攜式通用USB控制器，使其充當可攜帶的通用媒介，實現(xiàn)現(xiàn)有大多數(shù)型號的手機對多種USB設(shè)備的簡單控制和數(shù)據(jù)交換。利用這種方式對各類移動設(shè)備的功能加以整合，并充分利用手機的網(wǎng)絡(luò)功能，最大限度地發(fā)揮它們的作用。 整個系統(tǒng)以USB控制器為中心，手機和USB設(shè)備分別使用一根USB數(shù)據(jù)線線與之相連，采用USB 2.0協(xié)議進行通信。用戶在手機上輸入命令，手機分析后發(fā)送到USB控制器，控制器識別并控制外設(shè)進行相應(yīng)操作，然后將結(jié)果返回手機顯示給用戶。 手機和USB設(shè)備選擇日常使用的種類，USB控制器由ARM 9開發(fā)板和嵌入式Linux系統(tǒng)來實現(xiàn)。ARM9開發(fā)板載有基于ARM920T的16/32位RSIC微處理器TQ2440，主頻可達400MHz。該芯片性價比高、功耗低，含有豐富的片內(nèi)外設(shè)，主要用于手持設(shè)備和移動終端。開發(fā)板上還有64M SDRAM存儲器和NAND Flash用于擴展功能。USB HUB提供4個USB端口分別連接手機和其他外設(shè)。隨著手機芯片性能的不斷提高，未來可將該USB控制器的功能集成在手機中，使得用戶隨身攜帶的手機能夠隨時隨地與常見的USB外設(shè)實現(xiàn)互連和通信。 為實現(xiàn)手機作為主控制端與多種USB外設(shè)進行互連和通信，需要分別在手機和控制器上設(shè)計相應(yīng)的軟件，手機和控制器通過USB協(xié)議進行信息交互。USB控制器軟件系統(tǒng)負責識別各類USB外設(shè)，解釋手機送來的指令并驅(qū)動外設(shè)執(zhí)行，最后向手機返回執(zhí)行結(jié)果。手機軟件系統(tǒng)負責向用戶提供友好的操作界面，接受用戶命令并傳送給USB控制器，待執(zhí)行完成后將結(jié)果反饋給用戶。 為了驗證USB控制器系統(tǒng)的功能和性能，本文在不同的手機上進行了打印和存儲功能的測試。本文分別利用Samsung SGH-I458和Nokia 5233手機通過該USB控制器操作惠普laserjet 1010打印機，均能實現(xiàn)成功打印。 隨著Internet和移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和融合，手機作為Internet終端能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽和下載等功能，因此利用手機隨時隨地將網(wǎng)絡(luò)上的多媒體或教學資源下載到U盤等移動設(shè)備將會為人們帶來很大便利。采用Nokia N75手機操作4GB 金士頓U盤，本項目所設(shè)計的cd、ls、mkdir、rmdir、rm、rn和cp等命令都能夠正確執(zhí)行。 本項目的測試結(jié)果表明，使用該USB控制器系統(tǒng)可以實現(xiàn)手機對U盤和打印機的控制，并且兼容不同型號的手機和U盤。文件的增大減少了控制開銷所占的比例，U盤的傳輸速率可以達到250KB/s左右，能夠滿足用戶需求。因此不難看出，對于數(shù)碼相機、MP3等與U盤類似的存儲類USB設(shè)備，及攝像頭、掃描儀等與打印機類似的設(shè)備，該系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息共享的功能。 USB控制器適用于大多數(shù)手機持有者，適用的場合和功能取決于用戶意愿及其所選擇的USB外設(shè)。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國的手機用戶數(shù)量目前已逾8億，超過了10多年前全球手機用戶的總和。同時，迪富調(diào)研網(wǎng)曾抽取2000多名用戶進行一個數(shù)碼產(chǎn)品普及率的調(diào)查，接受調(diào)查的用戶的92%都擁有手機，手機的普及率最高；其次是MP3和數(shù)碼相機，普及率分別達到了79%和53%；僅有3%的用戶表示目前沒有使用任何以上數(shù)碼產(chǎn)品。如此可以估算這些用戶中同時擁有手機和其他數(shù)碼產(chǎn)品的用戶至少為76%，因此本文實現(xiàn)的USB控制器的應(yīng)用范圍和市場前景是很大的。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- （1）發(fā)明目的： 在目前技術(shù)環(huán)境下，想要讓手機和其他USB設(shè)備進行通信卻必須借助PC或類PC的產(chǎn)品，以其作為核心來運轉(zhuǎn)。由于PC相對較重難以攜帶，使得我們不能隨心所欲的讓信息在移動設(shè)備間流通。 項目目標是設(shè)計制作一種便攜式通用ＵＳＢ控制器，它充當一種可攜帶的通用媒介，實現(xiàn)大多數(shù)型號手機對多種USB設(shè)備的簡單控制及兩者之間的數(shù)據(jù)通信功能。 （2）基本思路： 以USB2.0為通信協(xié)議，將手機、USB控制器、USB設(shè)備三部分組成臨時通信系統(tǒng)。手機和USB設(shè)備選擇日常使用的種類，USB控制器由ARM單片機來實現(xiàn)。在手機和單片機兩端分別編寫客戶程序和服務(wù)程序。 （3）創(chuàng)新點： 將最大眾化的手機作為與用戶交互的平臺，通過手機操縱其他設(shè)備。對于一個控制器，控制端可以為大多數(shù)品牌型號的手機，而被控制端的其他設(shè)備則既包括MP3、移動硬盤這樣的存儲類設(shè)備，也包括鍵盤、打印機等功能性設(shè)備。這些特點保證項目成果具有較高實用性，市場推廣價值高。 （4）技術(shù)關(guān)鍵點： 一方面是找到一種機制，能夠使只具備USB Slave接口的手機作為控制端發(fā)揮Host的功能，并且此機制要適用于大多數(shù)品牌型號的手機；另一方面是在擴展控制器驅(qū)動對象的同時要注意節(jié)約其占用的處理資源與功耗。 （5）主要技術(shù)指標： 第一是便攜性要求，即控制器的體積和重量；第二是通用性要求，即控制器支持的手機和外設(shè)種類數(shù)；第三是正常運轉(zhuǎn)的時間效率，即完成各類指令的平均時間，要滿足用戶對所執(zhí)行不同操作的期望。
科學性、先進性
- 與現(xiàn)有比較成熟的USB-OTG技術(shù)和IEEE 1394技術(shù)相比，我們的項目有領(lǐng)先的地方。 首先，在連接模式方面，OTG技術(shù)和IEEE 1394追求的是任意點對點的通信，而我們試圖構(gòu)建的是以目前通用手機為核心的USB設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)，同時覆蓋的面積更大。 其次，在傳輸速率方面，與USB OTG協(xié)議相比，我們采用的USB2.0協(xié)議傳輸速率更快，效率更高。雖然不如IEEE 1394那樣高效，但已經(jīng)足夠便攜設(shè)備使用。 第三，USB-OTG芯片通常集成在數(shù)碼設(shè)備內(nèi)部，依靠設(shè)備的微處理器工作，IEEE 1394總線的要求更高，要求微處理器有很快的處理速度。我們設(shè)計制作的控制器不依附于任何微處理器。用戶無需更新現(xiàn)有設(shè)備，只要在手機上安裝對應(yīng)的客戶軟件就可以使用，節(jié)省了不少費用。 最后，我們的項目更容易解決兼容性問題。由于使用的是通用USB2.0標準，各類數(shù)碼設(shè)備的驅(qū)動很容易找到，經(jīng)過簡單的修改和編譯就可以移植到我們的控制器上。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 暫無獲獎經(jīng)歷或鑒定結(jié)果，正在籌劃申請專利。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 實用新型專利 軟件著作權(quán)
作品可展示的形式
- 模型 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- （1）使用說明 用戶只需在手機上安裝好客戶程序，將手機和待操作的設(shè)備同時連接到USB控制器上，然后在客戶程序中發(fā)布指令即可。 （2）特點和優(yōu)勢 用戶只需增加控制器一項設(shè)備就能將身邊現(xiàn)有的USB設(shè)備進行連接。實現(xiàn)的功能取決于設(shè)備的種類，設(shè)備越多功能就越強。 （3）適用范圍及推廣前景 該作品適用于大多數(shù)擁有手機的人群，適用的場合取決于用戶的意愿，功能取決于設(shè)備的選擇。現(xiàn)今的市場環(huán)境中，與該作品有類似功能的產(chǎn)品很少，基本是空白，因此該作品面對的市場廣闊，推廣前景也是比較光明的。 （4）市場分析及經(jīng)濟效益 迪富調(diào)研網(wǎng)曾抽取2000多名用戶進行一個數(shù)碼產(chǎn)品普及率的調(diào)查。在接受調(diào)查的用戶中，92%的人擁有手機，手機的普及率最高。其次是MP3和數(shù)碼相機，普及率分別達到了79%和53%。僅有3%的用戶表示目前沒有使用任何以上數(shù)碼產(chǎn)品。如此可以估算這些用戶中同時擁有手機和其他數(shù)碼產(chǎn)品的用戶至少占76%，可見項目產(chǎn)品面對的潛在市場是巨大的。
同類課題研究水平概述
- USB OTG技術(shù)及應(yīng)用 作為USB2.0的補充規(guī)范，USB OTG具有更節(jié)能性的電源管理和允許設(shè)備以主從兩種方式工作的特性。OTG可分為：兩用OTG設(shè)備和外設(shè)式OTG設(shè)備。前者完全符合USB2.0規(guī)范，同時它還要提供一個Mini AB插座、支持主機的流通協(xié)議HNP和外設(shè)式OTG設(shè)備一樣支持的事務(wù)請求協(xié)議SRP。兩用OTG設(shè)備可以作為USB外設(shè)或者USB OTG主機，并且可為總線提供8mA電流。而外設(shè)式OTG設(shè)備不具備主機性能，它必須在向兩用設(shè)備（主機）的請求獲準后才能通信。然而USB OTG有許多的不足： （1）傳輸速度問題 OTG在實際的數(shù)據(jù)傳輸中要完成一個數(shù)據(jù)包的發(fā)送，而不同的CPU、不同的總線、數(shù)據(jù)地址線的復(fù)用、協(xié)議的不同實現(xiàn)方法都可能導(dǎo)致包間隙急劇上升，從而使OTG的實際傳輸速度比480Mbps低很多。 （2）兼容性問題 目前支持OTG功能的外設(shè)、數(shù)碼產(chǎn)品已經(jīng)相當豐富，OTG技術(shù)要求每個DRD設(shè)備有一個支持的外設(shè)式OTG目標設(shè)備的列表來對OTG設(shè)備提供支持，但目前數(shù)碼產(chǎn)品升級換代速度極快，舊的設(shè)備往往無法支持新OTG設(shè)備，因此兼容性還有待提高。 （3）接口接觸問題 長期插拔數(shù)碼產(chǎn)品的USB端口容易出現(xiàn)松動。例如，采用直接插拔的數(shù)碼相機在使用一段時間后容易出現(xiàn)USB端口的松動，并且很快就會接觸不良，因為所有的數(shù)碼相機的USB端口都不能承受如此頻繁的使用。 （4）傳輸距離問題 兩個OTG設(shè)備之間的傳輸距離最多是5m,而RS-232，RS-485和Ethernet等，則允許使用更長的電纜。此外就是USB-OTG存在工作不穩(wěn)定缺點，在實際使用中也會經(jīng)常出現(xiàn)死機，或者工作異常，無法傳輸?shù)葐栴}。 總的來說，USB OTG規(guī)范是為了解決目前USB接口無法脫離主機進行單獨通信而提出的對USB規(guī)范的一種補充，新OTG特征僅針對具有主機能力的便攜式設(shè)備是必要的，對于與雙角色設(shè)備一同使用的外圍設(shè)備就不一定完全必要了。當然，OTG在這些外設(shè)間引入了點對點的通信方式，這使得便攜式產(chǎn)品的發(fā)展有了更加廣闊的空間，只要能迅速地得到廣大數(shù)碼外設(shè)制造廠商的支持，USB OTG是很有潛力的一項通用標準。
