TWI855731B - 具數據監聽功能的橋接裝置及具有該橋接裝置的usb/uart轉換裝置 - Google Patents

Abstract

本發明主要揭示一種橋接裝置，其可以積體電路(Integrated circuit,IC)晶片的方式被設置在一電路板之上，並和設置在該電路板之上的一USB電連接器與一UART電連接器共同組成一USB/UART轉換裝置。使用時，係將該USB電連接器電連接至一主控電腦，並將該UART電連接器電連接至一外部電子裝置，此時所述橋接裝置便會提供該主控電腦至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)，使得該主控電腦可以利用1組虛擬通訊埠和外部電子裝置進行數據傳輸。此外，在進行數據傳送操作與數據接收操作之時，該主控電腦還可以利用其它2組虛擬通訊埠實現數據分流，並對分流的數據進行監聽。

Description

具數據監聽功能的橋接裝置及具有該橋接裝置的 USB/UART轉換裝置

本發明為關於USB-to-UART轉換裝置的技術領域，尤指一種橋接晶片，其可以提供主控電腦至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)，使該主控電腦除了可以利用1組虛擬通訊埠和外部電子裝置進行數據傳輸之外，還可以利用其它2組虛擬通訊埠實現數據分流以及數據監聽。

由於傳輸協定(protocol)簡單直接，通用非同步收發傳輸(Universal asynchronous receiver/transmitter,UART)介面在早期的工業控制中係受到廣泛使用，其中RS232電連接器、RS422電連接器以及RS485電連接器為習用的UART介面。此外，早期個人電腦也會搭載RS232電連接器，用以和數據機進行非同步數據傳輸。然而，由於通用序列匯流排(Universal serial bus,USB)介面的數據傳輸速率越來越快且具有隨插即用的特性，USB介面逐漸成為個人主機、筆記型電腦等電子裝置和外部電子裝置之間的數據傳輸橋梁。

然而，由於USB介面的通信距離較短，因此並不適合應用在需要長距離數據傳輸的工業控制。雖然，現有技術能夠以乙太網路介面或無線網路介面取代USB介面來進行長距離數據傳輸，但是乙太網路介面和無線網路介面具有價格太高的缺點。因此，USB裝置的製造商開發出USB/UART轉換裝置，亦稱為USB/UART bridge。圖1、圖2為習知的一種USB/UART轉換裝置的第一、第二立體圖。如圖1與圖2所示，習知的USB/UART轉換裝置1a包括：用以耦接一電腦主機2a的一USB介面11a、一UART介面12a(圖2繪示為RS232連接器)以及一橋接晶片10a。目前，著名的商業橋接晶片13a包括英商飛特帝亞有限公司(Future Technology Devices International(FTDI)Ltd.)所推出的FTDI-232以及台灣旺玖科技股份有限公司(Prolific Technology Inc.)所推出的PL-2303。

在一些工控應用中，又其必要對傳輸數據進行數據監聽(data monitoring)，以確保數據正確性。因此，中國專利號CN101101567B揭示一種雙串口通信的監視系統，其中所述串口通信指的是serial data transmission，亦可稱為串行通信或序列通信。圖3為習知的一種雙串行通信的監視系統的方塊圖。如圖3所示，該雙串行通信的監視系統1b耦接於具有一第一RS232介面21b的一第一電子裝置2b與具有一第二RS232介面31b的一第二電子裝置3b之間，且包括：一第一USB/RS232轉換裝置11b、一第二USB/RS232轉換裝置12b、一USB集線晶片13b、以及一主控電腦10b。更詳細地說明，該第一RS232介面21b以其信號傳輸端(Tx)傳送第一串行數據至該第二RS232介面31b的信號接收端(Rx)，且該第二RS232介面31b以其信 號傳輸端(Tx)傳送第二串行數據至該第一RS232介面21b的信號接收端(Rx)。

如圖3所示，該第一USB/RS232轉換裝置11b耦接至該第一RS232介面21b以接收第一串行數據，並將所述第一串行數據轉換成一第一USB數據，從而將該第一USB數據傳送給該主控電腦10b。另一方面，該第二USB/RS232轉換裝置12b耦接至該第二RS232介面31b以接收第二串行數據，並將所述第二串行數據轉換成一第二USB數據，從而將該第二USB數據傳送給該主控電腦10b。

圖3所示之雙串行通信的監視系統1b的確可以用於對傳輸數據進行數據監聽，然而，該雙串行通信的監視系統1b在實際使用中顯示出以下主要缺點：在不確定第一串行數據的波特率(Baud rate)的情況下，該第一USB/RS232轉換裝置11b依據所述第一串行數據所產生的第一USB數據可能會不正確。

綜上所述，可以得知現有的USB/UART轉換裝置係存在實務缺陷有待改善。因此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種具數據監聽功能的橋接裝置及具有該橋接裝置的USB/UART轉換裝置。

本發明之主要目的在於提供一種具數據監聽功能的橋接裝置，其可以積體電路(Integrated circuit,IC)晶片的方式被設置在一電路板之上，並和設置在該電路板之上的一USB電連接器與一UART電連接器共同組成一USB/UART轉換裝置。使用時，係將該USB電連 接器電連接至一主控電腦，並將該UART電連接器電連接至一外部電子裝置，此時所述橋接裝置便會提供該主控電腦至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)，使得該主控電腦可以利用1組虛擬通訊埠和外部電子裝置進行數據傳輸。此外，在進行數據傳送操作與數據接收操作之時，該主控電腦還可以利用其它2組虛擬通訊埠實現數據分流，從而對分流的數據進行監聽，確保數據傳輸的正確性。

更重要的是，當一主控電子裝置透過本發明之橋接裝置和一電子裝置進行數據傳輸時，該主控電子裝置無需確保UART電連接器的波特率即可保證數據監聽與介入修正數據的正確性，原因在於數據監聽是在解碼後的數據端取得且介入修正數據是在數據編碼前進行，兩者皆非在UART電連接器的控制端進行。因此不用在意UART波特率是否與原本訊號同步。此外，本發明之橋接裝置還可調整該UART電連接器的波特率(Baud rate)。

另外，當該主控電子裝置利用一組虛擬通訊埠和該電子裝置和之間進行數據傳輸時，該主控電子裝置可以利用餘下的虛擬通訊埠的其中一組將一附加數據整合至傳輸中的數據之中。

為達成上述目的，本發明提出所述橋接裝置的一實施例，其包括：一USB數據傳輸單元，用以耦接一USB介面，從而透過該USB介面與一主控電子裝置進行通信；一UART數據傳輸單元，用以耦接一UART介面，從而透過該UART介面與一電子裝置進行通信；至少三個介面單元，皆耦接該USB數據傳輸單元，且包括一第一介面單元、一第二介面單元與一第三介面單元； 至少三個數據緩存單元，包括：耦接該第二介面單元的一第一數據緩存單元、耦接該第一介面單元的一第二數據緩存單元、以及耦接該第三介面單元的一第三數據緩存單元；一數據分流單元，耦接該第一數據緩存單元、該第二數據緩存單元、與該第三數據緩存單元；一巨量緩存單元，耦接於該數據分流單元與該UART數據傳輸單元之間，且具有一控制緩存器；以及一控制端點，耦接該控制緩存器；其中，在該電子裝置透過該UART介面傳送一第一串行數據至該UART數據傳輸單元之時，該UART數據傳輸單元依一第一波特率(Baud rate)接收該第一串行數據，並接著經由該巨量緩存單元和該數據分流單元將該第一串行數據傳送至該第二數據緩存單元和該第三數據緩存單元，使該USB數據傳輸單元透過該第一介面單元接收該第一串行數據，並同時透過該第三介面單元接收該第一串行數據；其中，在該主控電子裝置透過該USB介面傳送一第一USB數據至該USB數據傳輸單元之時，該USB數據傳輸單元透過該第一介面單元將該第一USB數據緩存在該第二數據緩存單元之中，使得該數據分流單元自該第二數據緩存單元讀出所述第一USB數據，並接著將該第一USB數據傳送至該巨量緩存單元，從而使該UART數據傳輸單元可以自該巨量緩存單元接收所述第一USB數據；其中，在該第二數據緩存單元傳送所述第一USB數據至該數據分流單元之前，該第二數據緩存單元先將該第一USB數據分流傳送至該第一數據緩存單元，使該USB數據傳輸單元可以透過該第二介面單元接收該第一USB數據。

在一實施例中，於該電子裝置透過本發明之橋接裝置傳送所述第一串行數據至該主控電子裝置的過程中，該主控電子裝置可傳送一附加數據至該USB數據傳輸單元，使該USB數據傳輸單元透過該第三介面單元、該第三數據緩存單元和該數據分流單元將該附加數據併入該第一串行數據之中。

在一實施例中，於該主控電子裝置2透過本發明之橋接裝置傳送所述第一USB數據至該電子裝置的過程中，該主控電子裝置可傳送一附加數據至該USB數據傳輸單元，使該USB數據傳輸單元透過該第二介面單元、該第一數據緩存單元和該數據分流單元將該附加數據併入該第一USB數據之中。

在一實施例中，所述橋接裝置為選自於由積體電路(Integrated circuit,IC)晶片、可規劃邏輯元件(complex programmable logic device,CPLD)晶片和場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)晶片所組成群組之中的一種電子晶片。

在一實施例中，該USB介面包括一第一USB電連接器，該UART介面包括一第一UART電連接器，且該第一UART電連接器為選自於由RS232電連接器、RS422電連接器與RS485電連接器所組成群組之中的一種電連接器。

在一可行實施例中，前述本發明之橋接裝置更包括：一記憶體，耦接該控制緩存器；以及一GPIO單元，耦接該控制緩存器，且包含用以耦接該電子裝置的至少一個GPIO腳位。

在一實施例中，該巨量緩存單元包括：所述控制緩存器，耦接該控制端點、該記憶體與該GPIO單元； 一巨量輸出緩存器，耦接該數據分流單元與該UART數據傳輸單元；一巨量輸入緩存器，耦接該數據分流單元與該UART數據傳輸單元；以及一中斷輸入緩存器，耦接該UART數據傳輸單元、該第一數據緩存單元、該第二數據緩存單元、與該第三數據緩存單元。

在一實施例中，該USB數據傳輸單元包括：一USB實體層(PHY)單元，用以耦接該USB介面；以及一USB序列介面引擎(SIE)單元，耦接該USB實體層單元、該控制端點、該第一介面單元、該第二介面單元與該第三介面單元。

在一實施例中，該UART數據傳輸單元包括：一控制器，耦接該中斷輸入緩存器，且用以耦接該UART介面；一數據傳送緩存器，耦接該控制器與該巨量輸出緩存器；以及一數據接收緩存器，耦接該控制器與該巨量輸入緩存器。

在一實施例中，該數據分流單元包括：一第一多工器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端耦接該第一數據緩存單元，該第二輸入端耦接該第二數據緩存單元，且該輸出端耦接該巨量輸出緩存器；一第二多工器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該輸出端耦接該第二數據緩存單元，該第一輸入端耦接該巨量輸入緩存器，且該第二輸入端耦接該第三數據緩存單元；其中，該第一數據緩存單元同時耦接於該第一多工器的該第二輸入端與該第二數據緩存單元之間。

在一實施例中，該第一數據緩存單元包括： 一第一緩存器，耦接該第二介面單元與該中斷輸入緩存器；一第二緩存器，耦接該第二介面單元與該第一多工器的該第一輸入端；以及一第三緩存器，耦接該第二介面單元，且同時耦接於該第二數據緩存單元和該第一多工器的該第二輸入端之間。

在一實施例中，該第二數據緩存單元包括：一第四緩存器，耦接該第一介面單元與該第一多工器的該第二輸入端，且耦接該第三緩存器；一第五緩存器，耦接該第一介面單元與該巨量緩存單元的該中斷輸入緩存器；以及一第六緩存器，耦接該第一介面單元與該第二多工器的該輸出端。

在一實施例中，該第三數據緩存單元包括：一第七緩存器，耦接該第三介面單元與該第二多工器的該第二輸入端；一第八緩存器，耦接該第三介面單元，且同時耦接於該巨量輸入緩存器和該第二多工器的該第一輸入端之間；以及一第九緩存器，耦接該第三介面單元與該中斷輸入緩存器。

在一實施例中，該第一介面單元包括：一第一端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第五緩存器；一第二端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第四緩存器；以及一第三端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第六緩存器。

在一實施例中，該第二介面單元包括：一第四端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第一緩存器；一第五端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第二緩存器；以及 一第六端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第三緩存器。

在一實施例中，該第三介面單元包括：一第七端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第九緩存器；一第八端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第七緩存器；以及一第九端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第八緩存器。

在可行的實施例中，該主控電子裝置為選自於由筆記型電腦、桌上型電腦、一體式(All-in-one)電腦、工業電腦、和雲端伺服器所組成群組之中的一種電子裝置。

並且，本發明同時揭示一種USB/UART轉換裝置，其包括：一電路板、一USB電連接器、一UART電連接器以及如前所述本發明之橋接裝置，其中該USB電連接器、該UART電連接器與該橋接裝置係設置在該電路板之上，且該橋接裝置耦接該USB電連接器與該UART電連接器。

1a:USB/UART轉換裝置

10a:橋接晶片

11a:USB介面

12a:UART介面

2a:電腦主機

1b:雙串行通信的監視系統

10b:主控電腦

11b:第一USB/RS232轉換裝置

12b:第二USB/RS232轉換裝置

13b:USB集線晶片

2b:第一電子裝置

21b:第一RS232介面

3b:第二電子裝置

31b:第二RS232介面

1:橋接裝置

1F1:USB介面

1F2:UART介面

1SB:第一USB電連接器

1ST:第一UART電連接器

1SP:電路板

10:控制端點

11:USB數據傳輸單元

111:USB實體層單元

112:USB序列介面引擎(SIE)單元

12:第一介面單元

121:第一端點

122:第三端點

123:第三端點

13:第二介面單元

131:第四端點

132:第五端點

133:第六端點

14:第三介面單元

141:第七端點

142:第八端點

143:第九端點

15:第一數據緩存單元

151:第一緩存器

152:第二緩存器

153:第三緩存器

16:第二數據緩存單元

161:第四緩存器

162:第五緩存器

163:第六緩存器

17:第三數據緩存單元

171:第七緩存器

172:第八緩存器

173:第九緩存器

18:數據分流單元

181:第一多工器

182:第二多工器

19:UART數據傳輸單元

190:控制器

191:數據傳送緩存器

192:數據接收緩存器

1M:記憶體

1PI:GPIO單元

1MS:巨量緩存單元

1MS1:控制緩存器

1MS2:巨量輸出緩存器

1MS3:巨量輸入緩存器

1MS4:中斷輸入緩存器

2:主控電子裝置

3:電子裝置

4:USB/UART轉換裝置

圖1為習知的一種USB/UART轉換裝置的第一立體圖；圖2為習知的USB/UART轉換裝置的第二立體圖；圖3為習知的一種雙串行通信的監視系統的方塊圖；圖4為本發明之一種具數據監聽功能的橋接裝置的方塊圖；圖5為圖4所示之主控電子裝置、電子裝置與本發明之橋接裝置的示範性立體圖；圖6為圖5所示之橋接裝置的方塊圖； 圖7為主控電子裝置的作業系統的裝置管理員畫面；圖8為主控電子裝置的作業系統的裝置管理員畫面；圖9為主控電子裝置的作業系統的裝置管理員畫面；圖10為圖6所示之數據分流單元、第一介面單元、第二介面單元、第三介面單元、第一數據緩存單元、第二數據緩存單元、以及第三數據緩存單元的方塊圖；圖11為圖6所示之USB數據傳輸單元的方塊圖；以及圖12為圖6所示之UART數據傳輸單元的方塊圖。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種具數據監聽功能的橋接裝置及具有該橋接裝置的USB/UART轉換裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

請參閱圖4，其為本發明之一種具數據監聽功能的橋接裝置的方塊圖。如圖4所示，本發明之橋接裝置1係透過一USB介面1F1與一主控電子裝置2進行通信，且透過一UART介面1F2與一電子裝置3進行通信。進一步地，圖5為圖4所示之主控電子裝置2、電子裝置3以及本發明之橋接裝置1的示範性立體圖。如圖4與圖5所示，在一實施例中，該USB介面1F1包括一第一USB電連接器1SB，且該UART介面1F2包括一第一UART電連接器1ST。應可理解，該第一USB電連接器1SB用以電連接至該主控電子裝置2的一USB電連接器，且該第一UART電連接器1ST用以電連接至該電子裝置3的一UART電連接器。換句話說，如圖5所示，本發明之橋接裝置1係可以積體電路 (Integrated circuit,IC)晶片的方式被設置在一電路板1SP之上，並和設置在該電路板1SP之上的一第一USB電連接器1SB及一第一UART電連接器1ST共同組成一USB/UART轉換裝置4。

在可行實施例中，可以利用FPGA晶片或CPLD晶片配合硬體描述語言(hardware description language,,HDL)來實現本發明之橋接裝置1。另一方面，該第一UART電連接器1ST可為一RS232電連接器、一RS422電連接器或一RS485電連接器。再者，該主控電子裝置2可以是筆記型電腦、桌上型電腦、一體式(All-in-one)電腦、工業電腦、和雲端伺服器所組成群組之中的一種電子裝置。

圖6為圖5所示之橋接裝置的方塊圖。如圖5與圖6所示，本發明之橋接裝置1主要包括：一USB數據傳輸單元11、一UART數據傳輸單元19、至少三個介面單元(12,13,14)、至少三個數據緩存單元(15,16,17)、一數據分流單元18、一巨量緩存單元1MS、一控制端點10、一記憶體1M、以及一GPIO單元1PI。依據本發明之設計，該USB數據傳輸單元11用以耦接一USB介面1F1，從而透過該USB介面1F1與一主控電子裝置2進行通信。相對地，該UART數據傳輸單元19用以耦接一UART介面1F2，從而透過該UART介面1F2與一電子裝置3進行通信。

如圖5與圖6所示，該控制端點(EP0)10和該三個介面單元(12,13,14)皆耦接該USB數據傳輸單元11。熟悉USB裝置之設計與製造的電子工程師必然知道，一個常規的USB裝置內部會設有至少三個端點(Endpoint)，分別為EP0、EP_IN和EP_OUT。其中，EP0用於傳輸配置和控制數據並列舉裝置功能描述，EP_OUT(即，EP1)用於把 數據從Host端(如：主控電子裝置2)傳送到Device端(如：電子裝置3)，且EP_IN(即，EP2)用於把數據從Device端傳送到Host端。在USB裝置中，每個Endpoint 1,2,3....15都是可以宣告IN方向或是OUT方向。與常規的USB裝置不同的是，如圖6所示，在本發明之橋接裝置1中，係令每一個介面單元(12,13,14)包括三個端點，其中，一個端點用於把數據從Host端(即，主控電子裝置2)傳送至Device端(即，電子裝置3)，而另外兩個端點皆用於把數據從Device端傳送到Host端。由於本發明之橋接裝置1含有三個介面單元(12,13,14)，因此，當該USB數據傳輸單元11而透過該USB介面1F1與該主控電子裝置2連接之後，會在該主控電子裝置2的裝置管理員內顯示3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)。如此，該主控電子裝置2可以利用1組虛擬通訊埠和該電子裝置3進行數據傳輸。並且，在進行數據傳送操作與數據接收操作之時，該主控電子裝置2還可以利用其它2組虛擬通訊埠實現數據分流，並對分流的數據進行監聽，從而確保數據傳輸的正確性。

值得說明的是，可以使用standard CDC-ACM driver作為驅動程式嵌在該橋接裝置1的記憶體1M之中。如圖7所示，在使用standard CDC-ACM driver作為驅動程式的情況下，在該第一USB電連接器1SB連接至該主控電子裝置2的該第二USB電連接器21之後，本發明之橋接裝置1便會提供該主控電子裝置2至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)，使得該主控主控電子裝置2可以利用1組虛擬通訊埠和外部電子裝置3進行數據傳輸。此外，在進行數據傳送操作與數據接收操作之時，該主控主控電子裝置2還可以利用其它2組 虛擬通訊埠實現數據分流，並對分流的數據進行監聽，從而確保數據傳輸的正確性。

在可行的實施例中，工程師也可以自行編輯驅動程式。如圖8所示，在使用自編輯驅動程式的情況下，在該第一USB電連接器1SB連接至該主控電子裝置2的該第二USB電連接器21之後，本發明之橋接裝置1同樣會提供該主控電子裝置2至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)。比較圖7與圖8可發現，圖7所示虛擬通訊埠的裝置名稱為標準名稱，而圖8所示虛擬通訊埠的裝置名稱則為工程師自定義名稱。進一步地，亦可以混合使用自編輯驅動程式以及standard CDC-ACM driver。如圖9所示，在混合使用自編輯驅動程式以及standard CDC-ACM driver的情況下，在該第一USB電連接器1SB連接至該主控電子裝置2的該第二USB電連接器21之後，本發明之橋接裝置1同樣會提供該主控電子裝置2至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)。

如圖6所示，該三個介面單元皆耦接該USB數據傳輸單元11，且包括一第一介面單元12、一第二介面單元13與一第三介面單元14。進一步地，圖10為圖6所示之數據分流單元、第一介面單元、第二介面單元、第三介面單元、第一數據緩存單元、第二數據緩存單元、以及第三數據緩存單元的方塊圖。如圖10所示，該第一介面單元12包括一第一端點121、一第二端點122與一第三端點123，該第二介面單元13包括一第四端點131、一第五端點132與一第六端點133，且該第三介面單元14包括一第七端點141、一第八端點142與一第九端點143。

如圖6所示，該三個數據緩存單元包括：耦接該第二介面單元13的一第一數據緩存單元15、同時耦接該第一介面單元12一第二數 據緩存單元16、以及耦接該第三介面單元14的一第三數據緩存單元17。進一步地，如圖10所示，該第一數據緩存單元15包括：耦接該第四端點131的一第一緩存器(FIFO IN)151、耦接該第五端點132的一第二緩存器(FIFO OUT)152、以及耦接該第六端點133的一第三緩存器(FIFO IN)153。由此可知，該第五端點132為EP_OUT，用於把數據從Host端(如：主控電子裝置2)傳送到Device端(如：電子裝置3)。並且，該第四端點131和該第六端點133為EP_IN，用於把數據從Device端傳送到Host端。

如圖10所示，該第二數據緩存單元16包括：耦接該第一介面單元12的該第二端點122以及該第三緩存器(FIFO IN)153的一第四緩存器(FIFO OUT)161、耦接該第一端點121以及該巨量緩存單元1MS的一第五緩存器(FIFO IN)162、以及耦接該第三端點123的一第六緩存器(FIFO IN)163。由此可知，該第二端點122為EP_OUT，用於把數據從Host端(如：主控電子裝置2)傳送到Device端(如：電子裝置3)。並且，該第一端點121和該第三端點123為EP_IN，用於把數據從Device端傳送到Host端。

另一方面，該第三數據緩存單元17包括：耦接該第八端點142的一第七緩存器(FIFO OUT)171、耦接該第九端點143的一第八緩存器(FIFO IN)17、以及耦接該第七端點141的一第九緩存器(FIFO IN)163。由此可知，該第八端點142為EP_OUT，用於把數據從Host端(如：主控電子裝置2)傳送到Device端(如：電子裝置3)。並且，該第七端點141和該第九端點143為EP_IN，用於把數據從Device端傳送到Host端。

如圖6與圖10所示，該數據分流單元18耦接該第一數據緩存單元15、該第二數據緩存單元16、與該第三數據緩存單元17，且包括：一第一多工器181以及一第二多工器182。另一方面，該巨量緩存單元1MS耦接於該數據分流單元18與該UART數據傳輸單元19之間，且具有一控制緩存器1MS1、一巨量輸出緩存器1MS2、一巨量輸入緩存器1MS3、以及一中斷輸入緩存器1MS4。依據本發明之設計，該第一多工器181與該第二多工器182皆具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中，該第一多工器181的第一輸入端耦接該第一數據緩存單元15的該第二緩存器(FIFO OUT)152，其第二輸入端耦接該第二數據緩存單元16的該第四緩存器(FIFO OUT)161，且其輸出端耦接該巨量輸出緩存器1MS2。

另一方面，該第二多工器182的第一輸入端耦接該巨量輸入緩存器1MS3，其第二輸入端耦接該第三數據緩存單元17的該第七緩存器(FIFO OUT)171，且其輸出端耦接該第二數據緩存單元16的該第六緩衝器(FIFO IN)163。值得注意的是，如圖10所示，該第一數據緩存單元15以其第三緩存器(FIFO IN)153耦接至該第一多工器181的第二輸入端和該第六緩衝器(FIFO IN)163之間的一共接點。補充說明的是，如圖6與圖10所示，該控制緩存器1MS1耦接該控制端點(EP0)10、該記憶體1M與該GPIO單元1PI，且該GPIO單元1PI包含用以耦接該電子裝置3的至少一個GPIO腳位。應可理解，通過該控制端點10與該控制緩存器(Control FIFO)1MS1，該主控電子裝置2和該電子裝置3之間可以進行配置和控制數據的傳輸。

繼續地參閱圖6與圖10，並請同時參閱圖11，其為圖6所示之USB數據傳輸單元的方塊圖。並且，圖12為圖6所示之UART數據傳 輸單元的方塊圖。在一實施例中，該USB數據傳輸單元11包括一USB實體層(PHY)單元111以及一USB序列介面引擎(SIE)單元112，其中，該USB實體層(PHY)單元111用以耦接該USB介面1F1，且該USB序列介面引擎(SIE)單元112耦接該USB實體層單元111、該控制端點10、該第一介面單元12、該第二介面單元13、以及該第三介面單元14。另一方面，該UART數據傳輸單元19包括一控制器190、一數據傳送緩存器191、以及一數據接收緩存器192，其中，該控制器190耦接該UART介面1F2，且該數據傳送緩存器191和該數據接收緩存器192接耦接該控制器190。並且，該數據傳送緩存器191耦接該巨量輸出緩存器1MS2，該數據接收緩存器192耦接該巨量輸入緩存器1MS3，且該中斷輸入緩存器1MS4還耦接該第五緩存器162、該第一緩存器151以及該第九緩存器173。

依此設計，在該電子裝置3透過該UART介面1F2傳送一第一串行數據至該UART數據傳輸單元19之時，該UART數據傳輸單元19依一第一波特率(Baud rate)接收該第一串行數據，並接著經由該巨量緩存單元1MS和該數據分流單元18將該第一串行數據傳送至該第二數據緩存單元16的該第六緩存器(FIFO IN)163和該第三數據緩存單元17的該第八緩存器(FIFO IN)172，使該USB數據傳輸單元11透過該第一介面單元12的該第三端點123接收該第一串行數據，並同時透過該第三介面單元14的該第九端點143接收該第一串行數據。如此，即實現了利用1組虛擬通訊埠和電子裝置3進行數據傳輸，且同時利用另一組虛擬通訊埠對傳輸中的數據進行監聽，從而確保數據傳輸的正確性。

值得說明的是，在該電子裝置3透過所述橋接裝置傳送所述第一串行數據至該主控電子裝置2的過程中，該主控電子裝置2可傳送一附加數據至該USB數據傳輸單元11，使該USB數據傳輸單元11透過該第三介面單元14的該第八端點142、該第三數據緩存單元17的該第七緩存器(FIFO OUT)171和該數據分流單元18將該附加數據併入該第一串行數據之中。

另一方面，在該主控電子裝置2透過該USB介面1F1傳送一第一USB數據至該USB數據傳輸單元11之時，該USB數據傳輸單元11透過該第一介面單元12的該第二端點122將該第一USB數據緩存在該第二數據緩存單元16的該第四緩存器(FIFO OUT)161之中，使得該數據分流單元18自該第四緩存器(FIFO OUT)161讀出所述第一USB數據，並接著將該第一USB數據傳送至該巨量緩存單元1MS，從而使該UART數據傳輸單元19可以自該巨量緩存單元1MS接收所述第一USB數據。值得說明的是，在該第二數據緩存單元16傳送所述第一USB數據至該數據分流單元18之前，該第二數據緩存單元16先將該第一USB數據分流傳送至該第一數據緩存單元15的該第三緩存器(FIFO IN)153，使該USB數據傳輸單元11可以透過該第二介面單元13的該第六端點(EP6)133接收該第一USB數據。如此，即實現了利用1組虛擬通訊埠和電子裝置3進行數據傳輸，且同時利用另一組虛擬通訊埠對傳輸中的數據進行監聽，從而確保數據傳輸的正確性。

值得說明的是，在該主控電子裝置2透過所述橋接裝置傳送所述第一USB數據至該電子裝置3的過程中，該主控電子裝置2可傳送一附加數據至該USB數據傳輸單元11，使該USB數據傳輸單元11透過該第二介面單元13的該第五端點132、該第一數據緩存單元15的該 第二緩存器(FIFO OUT)152和該數據分流單元18將該附加數據併入該第一USB數據之中。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之一種具數據監聽功能的橋接裝置及具有該橋接裝置的USB/UART轉換裝置。並且，經由上述可得知本發明係具有下列之優點：

(1)本發明提供一種橋接裝置，其可以積體電路(Integrated circuit,IC)晶片的方式被設置在一電路板之上，並和設置在該電路板之上的一USB電連接器與一UART電連接器共同組成一USB/UART轉換裝置。使用時，係將該USB電連接器電連接至一主控電腦，並將該UART電連接器電連接至一外部電子裝置，此時所述橋接裝置便會提供該主控電腦至少3組虛擬通訊埠(Virtual COM port)，使得該主控電腦可以利用1組虛擬通訊埠和外部電子裝置進行數據傳輸。此外，在進行數據傳送操作與數據接收操作之時，該主控電腦還可以利用其它2組虛擬通訊埠實現數據分流，從而對分流的數據進行監聽，確保數據傳輸的正確性。

(2)更重要的是，當該主控電子裝置透過本發明之橋接裝置和該電子裝置進行數據傳輸時，該主控電子裝置無需確保UART電連接器的波特率即可保證數據監聽與介入修正數據的正確性。更詳細地說明，與圖3所示習知技術相比，對於連接有本發明之橋接裝置的主控電子裝置而言，其數據監聽是在解碼後的數據端取得且介入修正數據是在數據編碼前進行，兩者皆非在UART電連接器的控制端進行，因此不用在意UART波特率是否與原本訊號同步。相反地，習知技術為了可以監聽需要知道當前UART電連接器的波特率，波特率需一致才可以正確監聽數據。然而，本發明之設計是在USB端傳送的數 據還沒開始進入UART控制器就進行數據的分流跟併入，以及在UART控制器接收完數據後進行傳送時再進行數據的分流跟併入，所以無需考慮到需要跟原本UART控制器的波特率同步才可以得到資料的正確性。

(3)另外，當該主控電子裝置利用一組虛擬通訊埠和該電子裝置和之間進行數據傳輸時，該主控電子裝置可以利用餘下的虛擬通訊埠的其中一組將一附加數據整合至傳輸中的數據之中。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1:橋接裝置

1F1:USB介面

1F2:UART介面

1SB:第一USB電連接器

1ST:第一UART電連接器

1SP:電路板

2:主控電子裝置

3:電子裝置

4:USB/UART轉換裝置

Claims (19)

1. 一種橋接裝置，包括：一USB數據傳輸單元，用以耦接一USB介面，從而透過該USB介面與一主控電子裝置進行通信；一UART數據傳輸單元，用以耦接一UART介面，從而透過該UART介面與一電子裝置進行通信；至少三個介面單元，皆耦接該USB數據傳輸單元，且包括一第一介面單元、一第二介面單元與一第三介面單元；至少三個數據緩存單元，包括：耦接該第二介面單元的一第一數據緩存單元、耦接該第一介面單元的一第二數據緩存單元、以及耦接該第三介面單元的一第三數據緩存單元；一數據分流單元，耦接該第一數據緩存單元、該第二數據緩存單元、與該第三數據緩存單元；一巨量緩存單元，耦接於該數據分流單元與該UART數據傳輸單元之間，且具有一控制緩存器；以及一控制端點，耦接該控制緩存器；其中，在該電子裝置透過該UART介面傳送一第一串行數據至該UART數據傳輸單元之時，該UART數據傳輸單元依一第一波特率(Baud rate)接收該第一串行數據，並接著經由該巨量緩存單元和該數據分流單元將該第一串行數據傳送至該第二數據緩存單元和該第三數據緩存單元，使該USB數據傳輸單元透過該第一介面單元接收該第一串行數據，並同時透過該第三介面單元接收該第一串行數據； 其中，在該主控電子裝置透過該USB介面傳送一第一USB數據至該USB數據傳輸單元之時，該USB數據傳輸單元透過該第一介面單元將該第一USB數據緩存在該第二數據緩存單元之中，使得該數據分流單元自該第二數據緩存單元讀出所述第一USB數據，並接著將該第一USB數據傳送至該巨量緩存單元，從而使該UART數據傳輸單元可以自該巨量緩存單元接收所述第一USB數據；其中，在該第二數據緩存單元傳送所述第一USB數據至該數據分流單元之前，該第二數據緩存單元先將該第一USB數據分流傳送至該第一數據緩存單元，使該USB數據傳輸單元可以透過該第二介面單元接收該第一USB數據。
2. 如請求項1所述之橋接裝置，其中，在該電子裝置透過所述橋接裝置傳送所述第一串行數據至該主控電子裝置的過程中，該主控電子裝置可傳送一附加數據至該USB數據傳輸單元，使該USB數據傳輸單元透過該第三介面單元、該第三數據緩存單元和該數據分流單元將該附加數據併入該第一串行數據之中。
3. 如請求項1所述之橋接裝置，其中，在該主控電子裝置透過所述橋接裝置傳送所述第一USB數據至該電子裝置的過程中，該主控電子裝置可傳送一附加數據至該USB數據傳輸單，使該USB數據傳輸單元透過該第二介面單元、該第一數據緩存單元和該數據分流單元將該附加數據併入該第一USB數據之中。
4. 如請求項1所述之橋接裝置，其中，所述橋接裝置為選自於由積體電路(Integrated circuit,IC)晶片、可規劃邏輯元件(complex programmable logic device,CPLD)晶片和場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)晶片所組成群組之中的一種電子晶片。
5. 如請求項1所述之橋接裝置，其中，該USB介面包括一第一USB電連接器，且該UART介面包括一第一UART電連接器。
6. 如請求項5所述之橋接裝置，其中，該第一UART電連接器為選自於由RS232電連接器、RS422電連接器與RS485電連接器所組成群組之中的一種電連接器。
7. 如請求項1所述之橋接裝置，係更包括：一記憶體，耦接該控制緩存器；以及一GPIO單元，耦接該控制緩存器，且包含用以耦接該電子裝置的至少一個GPIO腳位。
8. 如請求項7所述之橋接裝置，其中，該巨量緩存單元包括：所述控制緩存器，耦接該控制端點、該記憶體與該GPIO單元； 一巨量輸出緩存器，耦接該數據分流單元與該UART數據傳輸單元；一巨量輸入緩存器，耦接該數據分流單元與該UART數據傳輸單元；以及一中斷輸入緩存器，耦接該UART數據傳輸單元、該第一數據緩存單元、該第二數據緩存單元、與該第三數據緩存單元。
9. 如請求項8所述之橋接裝置，其中，該USB數據傳輸單元包括：一USB實體層(PHY)單元，用以耦接該USB介面；以及一USB序列介面引擎(SIE)單元，耦接該USB實體層單元、該端點、該第一介面單元、該第二介面單元、與該第三介面單元。
10. 如請求項9所述之橋接裝置，其中，該UART數據傳輸單元包括：一控制器，耦接該中斷輸入緩存器，且用以耦接該UART介面；一數據傳送緩存器，耦接該控制器與該巨量輸出緩存器；以及一數據接收緩存器，耦接該控制器與該巨量輸入緩存器。
11. 如請求項9所述之橋接裝置，其中，該數據分流單元包括： 一第一多工器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一輸入端耦接該第一數據緩存單元，該第二輸入端耦接該第二數據緩存單元，且該輸出端耦接該巨量輸出緩存器；以及一第二多工器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該輸出端耦接該第二數據緩存單元，該第一輸入端耦接該巨量輸入緩存器，且該第二輸入端耦接該第三數據緩存單元；其中，該第一數據緩存單元同時耦接於該第一多工器的該第二輸入端與該第二數據緩存單元之間。
12. 如請求項11所述之橋接裝置，其中，該第一數據緩存單元包括：一第一緩存器，耦接該第二介面單元與該中斷輸入緩存器；一第二緩存器，耦接該第二介面單元與該第一多工器的該第一輸入端；以及一第三緩存器，耦接該第二介面單元，且同時耦接於該第二數據緩存單元和該第一多工器的該第二輸入端之間。
13. 如請求項12所述之橋接裝置，其中，該第二數據緩存單元包括：一第四緩存器，耦接該第一介面單元與該第一多工器的該第二輸入端，且耦接該第三緩存器； 一第五緩存器，耦接該第一介面單元與該巨量緩存單元的該中斷輸入緩存器；一第六緩存器，耦接該第一介面單元與該第二多工器的該輸出端。
14. 如請求項13所述之橋接裝置，其中，該第三數據緩存單元包括：一第七緩存器，耦接該第三介面單元與該第二多工器的該第二輸入端；一第八緩存器，耦接該第三介面單元，且同時耦接於該巨量輸入緩存器和該第二多工器的該第一輸入端之間；以及一第九緩存器，耦接該第三介面單元與該中斷輸入緩存器。
15. 如請求項14所述之橋接裝置，其中，該第一介面單元包括：一第一端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第五緩存器；一第二端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第四緩存器；以及一第三端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第六緩存器。
16. 如請求項15所述之橋接裝置，其中，該第二介面單元包括：一第四端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第一緩存器； 一第五端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第二緩存器；以及一第六端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第三緩存器。
17. 如請求項16所述之橋接裝置，其中，該第三介面單元包括：一第七端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第九緩存器；一第八端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第七緩存器；以及一第九端點，耦接該USB數據傳輸單元與該第八緩存器。
18. 如請求項1所述之橋接裝置，其中，該主控電子裝置為選自於由筆記型電腦、桌上型電腦、一體式(All-in-one)電腦、工業電腦、和雲端伺服器所組成群組之中的一種電子裝置。
19. 一種USB/UART轉換裝置，包括：一電路板、一USB電連接器、一UART電連接器以及如請求項1至請求項18之中任一項所述之橋接裝置，其中該USB電連接器、該UART電連接器與該橋接裝置係設置在該電路板之上，且該橋接裝置耦接該USB電連接器與該UART電連接器。

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