CN101581964A - 计算机系统及外围设备驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计算机系统及外围设备驱动方法，该计算机系统包括一处理器在多种电源状态之间切换运作。其中一通用串行总线接头可连接一通用串行总线接口装置而接收一通用串行总线输入信号。一PS/2转换接口耦接该通用串行总线接头，将该通用串行总线输入信号转为一PS/2协议信号。一系统芯片具有一PS/2端口耦接该PS/2转换接口，可用以接收该PS/2协议信号而执行该通用串行总线接口装置的功能。本发明可使使用者维持原本USB接口装置的使用习惯，且使整个移动装置更加省电从而增加电池使用的时间。

Description

计算机系统及外围设备驱动方法

技术领域

本发明有关于计算机系统的应用，尤其是有关于具有省电效果的计算机系统及其省电的方法。

背景技术

在笔记型计算机之类的移动装置中，电池续航力是设计上的关键瓶颈，而处理器一向是主要的电力消耗来源。根据高级配置和电源管理接口(ACPI)的规范，处理器的电源状态被设计为C0，C1，C2，C3，…Cn。其中C0代表活跃状态，此时处理器执行指令而最耗电。其他C1到Cn依序为不同深度的睡眠状态，处理器可消耗较少电力。因此若是能将处理器的电力状态尽量保持在深睡状态，就能减少耗电而延长笔记型计算机的电池续航力。

通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)是现今广为使用的接口，可供计算机系统方便地以即时热插拔的方式扩充各种外围设备，例如键盘鼠标之类的人机界面装置(HumanInterface Device，HID)、储存装置、网络卡、音效卡等。然而，USB架构虽然方便，其使用过程却会持续地将处理器导入C0模式，使处理器无法长久保持在较省电的电源状态。图1a为USB外围设备的轮询流程图。在步骤101中，一计算机系统启动，各种USB外围设备耦接该计算机系统以执行功能。在步骤103中，USB上的装置或控制器周期性地发出广播信号，以更新存储器中的一轮询列表。在步骤105中，处理器为了周期性地读取存储器中的该轮询列表，必须进入最耗电的C0状态。在步骤107中，处理器读取该轮询列表，判断是否有热插拔的事件发生。如果有就进行处理，反之则不处理。在步骤109中，处理器结束轮询，进入C2状态。

图1b为根据图1a的处理器电源状态统计图。由图1a及图1b中可知，处理器必须不断的被唤醒以执行存储器读取动作，因此整个系统处于闲置状态时，处理器的C0和C1状态会占用一定比例，而大部分其他时间(例如95％)停留在C2状态中。在C2状态中，总线控制器如果闲置一段时间，处理器才会进一步进入C3状态。然而因为USB架构造成频繁的总线活动，使处理器根本没有机会进入更省电的C3状态。

有鉴于此，一种降低电力消耗的改良技术是有待开发的。

发明内容

为了节省处理器的电力消耗，本发明提出一种计算机系统，可在不唤醒处理器的情况下使用USB接口装置。此种计算机系统的处理器在多种电源状态之间切换运作。一通用串行总线(USB)接头连接一USB接口装置而接收一USB输入信号。一规格转换接口将该USB输入信号转为一双向同步串行通信协议信号。一控制单元接收该双向同步串行通信协议信号，以执行该USB接口装置的功能。

在另一种计算机系统的实施例中，处理器在多种电源状态之间切换运作，而通用串行总线(USB)接头连接一USB接口装置而接收一USB输入信号。一规格转换接口，耦接该USB接头，将该USB输入信号转为非USB传输通信协议信号，一控制单元具有一传输通信端口，对应该非USB传输通信协议信号，耦接该规格转换接口，用以接收该非USB传输通信协议信号。该控制单元定期轮询该传输通信端口的脚位状态，以判断该USB接头是否连接该USB接口装置。

本发明另一实施例是一种外围设备驱动方法。首先提供一双向同步串行通信端口，通过一规格转换接口连接一USB接口装置。接着由该USB接口装置产生一USB输入信号，并使该规格转换接口将该USB输入信号转为一双向同步串行通信协议信号并传送至该双向同步串行通信端口。最后根据该双向同步串行通信协议信号执行该USB接口装置的功能。

在另一种外围设备驱动方法的实施例中，首先定期轮询一通用串行总线(USB)接头是否连接一USB接口装置。如果该USB接头连接一USB接口装置而输入一USB输入信号，则使用一规格转换接口将该USB输入信号转为非USB传输通信协议信号。最后解读该非USB传输通信协议信号以执行该USB接口装置的功能。

通过本发明的实施，对于使用者来说，仍可维持原本USB接口装置的使用习惯。而且，对于移动装置来说，整个系统更加省电而增加电池使用的时间。

附图说明

图1a为USB外围设备的轮询流程图；

图1b为根据图1a的处理器电源状态统计图；

图2a和图2b为本发明实施例的计算机系统；

图3为本发明实施例的外围设备驱动方法；

图4为本发明实施例的处理器电源状态统计图。

具体实施方式

为了节省处理器的电力消耗，本发明所提出的计算机系统可在不唤醒处理器的情况下使用USB接口装置。通过计算机系统中的规格转换接口将原本来自USB接口装置的USB输入信号转为非USB传输通信协议信号，并传输至一传输通信端口作进一步处理，以达到支持热插拔，并且节省电源的效果。这里所指的非USB传输通信协议信号可以是双向同步串行通信协议信号(如：PS/2协议信号)、串行协议信号(如：RS/232协议信号)、并行协议信号或其他非USB传输通信协议信号。另外，这里所指的传输通信端口可以是双向同步串行通信端口(如：PS/2端口)、串行端口(如：RS/232端口)、并行端口或其他传输通信端口。特别是，计算机系统处理这些非USB传输通信协议信号所需耗费的处理器资源会少于处理原本的USB输入信号。以下作更进一步的说明。

PS/2接头最初是IBM公司的专利，用于鼠标或键盘，采用六脚位结构，其中四个脚位用来传输数据和供电，而其余二脚位为空脚。PS/2通信协议基本上是一种双向同步串行通信协议，通信双方根据一CLOCK脚位进行同步，并以数据脚位交换数据。PS/2控制器可实际运作于南桥芯片、或实际运作于移动装置中的嵌入式控制芯片(embedded controller)中，例如：IO芯片中的8510芯片。由于PS/2并不具备热插拔的功能，因此当PS/2接口装置与计算机系统的PS/2接头连接时，系统需重新开机，才能启动PS/2接口装置。相较于USB架构的热插拔特性，PS/2架构下的效能不符合现今大部分应用需求，所以使用率日渐降低，而渐渐被USB架构所取代。然而，因为在PS/2架构下的PS/2接口装置的运作原理不会如同在USB架构下的USB接口装置需耗用处理器的资源，所以PS/2架构的运作比USB架构省电。

另一方面，大部分笔记型计算机上都配有多个USB接头，以提供使用者外接其他的USB接口装置，例如：使用者自行准备的USB鼠标、甚至是USB键盘，而根据前段说明，这些USB接口装置即使本身耗电不高，却因USB架构无法进入较深层的睡眠状态(例如：C3)，而会消耗处理器的电力，进而缩减了电池的使用时间。因此在本发明实施例的计算机系统200a中，利用PS/2架构的特性，解决了USB架构消耗处理器的电力的问题，其详细说明如下。

图2a为本发明实施例的计算机系统。如图2a所示，计算机系统200a中的一处理器202可在多种电源状态之间切换运作，例如：依不同的工作状态在C0～Cn之间切换。一USB接头218可连接一USB接口装置302，接收其产生的一USB输入信号。该USB接头218例如位于电路板上，使用者可在机壳上看到该USB接头218的USB端口外观。连接该USB接头218的该USB接口装置302例如是一USB人机界面装置(如：键盘或鼠标)、储存装置、网络卡或音效卡等。一PS/2转换接口208耦接该USB接头218，可将该USB输入信号转为一PS/2协议信号，该PS/2转换接口208例如位于电路板上。控制单元210可以是南桥芯片、使用于移动装置中的嵌入式控制芯片(如：IO芯片中的8510芯片)、或是整合南北桥功能的一整合型芯片。在控制单元210中则可包括一PS/2端口214，用以连接该PS/2转换接口208并接收该PS/2协议信号。从外观上来看，使用者并不会看到PS/2端口214，而是看到USB接头218，因此在使用习惯上并不会对使用者造成不便。

由于传统的PS/2端口214不具备热插拔的功能，本发明特别提出一种轮询的方式使该PS/2端口214支持热插拔。基本上如果USB接口装置302耦接至该USB接头218上，根据电位耦合的原理，该PS/2端口214上对应的脚位也可以侦测得到变化。所以控制单元210可通过定期轮询该PS/2端口214上的脚位状态，以判断是否有USB接口装置连接至USB接头，从而达到支持热插拔的功能。定期轮询的间隔例如可以设定为5毫秒，此时每秒可以侦测200次。

值得一提的是，在PS/2的架构下，该控制单元210执行定期轮询的步骤并不会影响处理器202的睡眠状态。所以当计算机系统200a处于闲置状态，计算机系统200a中的主存储器204不需再配置资源来支持该USB接口装置302的存取，所以处理器202有较多的时间能够处于C3状态而不受干扰，相较于以往USB架构下的轮询，可以省下可观的电力消耗。

除此之外，在控制单元210进行定期轮询时，如果侦测到该USB接口装置302被连接至USB接头218上，通过PS/2转换接口208并搭配PS/2架构下的定期轮询则可立即启用PS/2端口214，执行该USB接口装置的功能。

在另一实施例中，控制单元210中的串行端口(SerialPort)212也可善加利用来提供上述USB接口装置的功能。在计算机系统200a中可进一步包括一串行转换接口206，其耦接一USB接头216，将接收到的USB输入信号转为RS/232协议信号，使控制单元210通过串行端口212执行USB接口装置302的功能。在实际运作上，通过适当的串行转换接口206将USB接口装置302的USB输入信号转成串行端口212可读取的信号，有必要的话再搭配适当改写的驱动程序，就能实现不占用处理器202资源的接口装置功能。此外，串行端口212随时安装皆可使用而不需重开机。若是要实际运作即时侦测插拔动作，则可以通过控制单元210的轮询功能来实现。

图2b为本发明另一实施例的计算机系统200b。在计算机系统200b中，具体地说明了南桥芯片220和嵌入式控制芯片230的分工。该南桥芯片220和嵌入式控制芯片230之间一般以低针脚数接口(LPC)相连。此外，南桥芯片220与处理器202之间连接北桥芯片240。该嵌入式控制芯片230中具有一PS/2端口232，可接收PS/2转换接口208转送而来的PS/2协议信号。南桥芯片220可通过LPC将该PS/2协议信号进一步传给操作系统做解读，以实现该USB接口装置302所提供的功能。然而本发明实施例不限定PS/2端口的安排方式。在某些已知的计算机系统中，PS/2端口亦可实际运作于南桥芯片220中，不同的架构和做法同样可以达到本发明的目的。

计算机系统200b采用轮询的方法，使得PS/2端口232可支持热插拔。在PS/2架构下，该嵌入式控制芯片230可定期轮询该PS/2端口232的脚位状态，以判断该USB接头218是否连接USB接口装置302。轮询周期若为5毫秒，每秒可以侦测200次，以达到支持热插拔的功能。

在本发明实施例中，在南桥芯片220中包括一状态暂存器222以及一数据暂存器224。该状态暂存器222可用以指示该PS/2端口232的连接状态。而该数据暂存器224可用以暂存由该PS/2转换接口208输入的信号(数据)。然而在实际运作上，该状态暂存器222和数据暂存器224未必需要包括于南桥芯片220中，也可以在嵌入式控制芯片230中，或是计算机系统200b中的其他位置。当该嵌入式控制芯片230侦测到该USB接口装置302连接至USB接头218时，则在该状态暂存器222中设定一既定值，并发出一中断要求给该南桥芯片220，要求该南桥芯片220解读该数据暂存器224中暂存的数据，以执行该USB接口装置302的功能。

另一方面，该计算机系统200b中也可以善用串行端口234来进行类似的功能。一串行转换接口206耦接于一USB接头216上，将USB接口装置302输入的USB信号转换为RS/232规格的信号，通过串行端口234进入嵌入式控制芯片230和南桥芯片220。经过适当的驱动程序或应用程序，即可执行该USB接口装置302的功能。由于串行端口234随时安装皆可使用而不需重开机，所以若是要实际运作即时侦测插拔动作，可以通过嵌入式控制芯片230的轮询功能来实现。

在本发明实施例中，上述的南桥芯片220未必单指南桥芯片。在某些系统中南桥和北桥是整合在同一芯片中的。因此硬体架构的实际运作并不限定为此。从外观上而言，使用者看到的USB接头是一个USB端口，然而实际上在嵌入式控制芯片中的内部运作却是采用PS/2协议，因此对于使用者来说并不需要改变原本的使用习惯，而且通过本发明还能使整个系统更加省电。

图3为本发明实施例的外围设备驱动方法。综上所述，本发明实施例善用了PS/2架构的特性来驱动USB外围设备，而实现了新功能。而图2a和图2b的实施例可以整理为如下步骤。在步骤301中，启动计算机系统。在步骤303中，由控制单元210或嵌入式控制芯片230对其中的PS/2端口进行定期轮询。在步骤305中，根据PS/2端口中的脚位状态判断USB接口装置是否连接至USB接头。如果侦测到USB接口装置的插拔变化，则进行步骤307。反之则回到步骤303。在步骤307中，将状态暂存器222设定为一既定值，并发出一中断要求至控制单元或南桥芯片，该中断要求可触发该控制单元或南桥芯片依照PS/2的规格开始处理该PS/2协议信号。上述步骤并不存取系统的主存储器，所以不会干扰处理器的睡眠。换言之，计算机系统处理这些PS/2协议信号所需耗费的处理器资源会少于处理原本的USB输入信号，所以系统耗电可大量减低。此外，在其他实施例中，若控制单元210或嵌入式控制芯片230中的传输通信端口为串行端口(如：RS/232端口)、并行端口或其他传输通信端口，控制单元210或嵌入式控制芯片230亦会对这些传输通信端口进行定期轮询，以达到支持热插拔的效果。

图4为本发明实施例的处理器电源状态统计图。经过实验模拟分析，可显示出本发明实施例的功效。利用计算机系统200a或计算机系统200b的架构，不但USB接口装置可正常运作，而且处理器的耗电有效地降低。图4中显示处理器除了少数比例的时间用于C0、C1和C2状态之外，大部分时间(例如95％)皆处于C3状态，相对于图1b的C2状态更加省电。整体电池续航力可延长百分之十以上。

本发明实施例的计算机系统，提出了以PS/2端口或串行端口为基础的转换电路，用以通过USB接头接收USB接口装置信号。进一步的说，图2a中的控制单元210或图2b中的嵌入式控制芯片230中也可以采用并行端口接口来搭配适当的转换电路，实际运作为一种外观为USB接头的并行端口接口。由于PS/2端口、串行端口、并行端口等信号传输标准是现有规格，而USB接口亦为标准规格，因此详细的信号传输方式不在此赘述。图2a和图2b中的串行转换接口206和PS/2转换接口208，实际上代表功能区块，实际运作上不限定是独立电路，亦可以是整合在控制单元210或嵌入式控制芯片230中的子模块，或是与USB接头整合在一起。

除此之外，对于使用者来说，本发明除了适用于人机界面装置(如：键盘或鼠标)，其他的USB接口装置(如：储存装置、网络卡或音效卡等)，对于本领域技术人员而言，经过适当的电路转换(USB信号转换成其他信号传输协议的信号)、并搭配适当的驱动程序或应用程序，亦可执行上述USB接口装置的功能。如此一来，对于使用者来说，仍维持原本USB接口装置的使用习惯。而且，对于移动装置来说，整个系统更加省电而增加电池使用的时间。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

200a、200b：计算机系统   202：处理器

204：主存储器            210：控制单元

212：串行端口            214：PS/2端口

206：串行转换接口        208：PS/2转换接口

216、218：USB接头        302：USB接口装置

220：南桥芯片            222：状态暂存器

224：数据暂存器          230：嵌入式控制芯片

234：串行端口            232：PS/2端口

240：北桥芯片。

Claims (16)

1.一种计算机系统，其特征在于，包括：

一处理器，在多种电源状态之间切换运作；

一USB接头，连接一USB接口装置而接收一USB输入信号；

一规格转换接口，耦接该USB接头，将该USB输入信号转为非USB传输通信协议信号；以及

一控制单元，具有一传输通信端口，对应该非USB传输通信协议信号，耦接该规格转换接口，用以接收该非USB传输通信协议信号；其中该控制单元定期轮询该传输通信端口的脚位状态，以判断该USB接头是否连接该USB接口装置。

2.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，处理该非USB传输通信协议信号所需耗费的处理器资源少于处理该USB输入信号所需耗费的处理器资源。

3.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，

该规格转换接口为一双向同步串行通信转换接口；

该传输通信端口为一双向同步串行通信端口；以及

该非USB传输通信协议信号为一双向同步串行通信协议信号。

4.根据权利要求3所述的计算机系统，其特征在于，

该双向同步串行通信转换接口为一PS/2转换接口；

该双向同步串行通信端口为一PS/2端口；以及

该双向同步串行通信协议信号为一PS/2协议信号。

5.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，

该规格转换接口为一串行转换接口；

该传输通信端口为一串行端口；以及

该非USB传输通信协议信号为一串行协议信号。

6.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，

该规格转换接口为一并行转换接口；

该传输通信端口为一并行端口；以及

该非USB传输通信协议信号为一并行协议信号。

7.根据权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，该计算机系统为一移动装置，该控制单元包括一南桥芯片与使用于该移动装置的一嵌入式控制芯片，该南桥芯片通过一低针脚数接口与该嵌入式控制芯片耦接，以根据该非USB传输通信协议信号执行该USB接口装置的功能。

8.根据权利要求7所述的计算机系统，其特征在于，进一步包括：

一状态暂存器，用以指示该传输通信端口的连接状态；以及

一数据暂存器，用以暂存该非USB传输通信协议信号；

其中，如果该嵌入式控制芯片侦测到该USB接口装置的连接，则设定该状态暂存器具有一既定值并发出一中断要求至该南桥芯片，使该南桥芯片解读该数据暂存器中的该非USB传输通信协议信号，以执行该USB接口装置的功能。

9.一种外围设备驱动方法，其特征在于，包括：

定期轮询一USB接头是否连接一USB接口装置；

如果该USB接头连接一USB接口装置而输入一USB输入信号，使用一规格转换接口将该USB输入信号转为非USB传输通信协议信号；以及

解读该非USB传输通信协议信号以执行该USB接口装置的功能。

10.根据权利要求9所述的外围设备驱动方法，其特征在于，解读该非USB传输通信协议信号所需耗费的处理器资源少于解读该USB输入信号所需耗费的处理器资源。

11.根据权利要求9所述的外围设备驱动方法，其特征在于，

该规格转换接口为一双向同步串行通信转换接口；以及

该非USB传输通信协议信号为一双向同步串行通信协议信号，通过一双向同步串行通信端口而被解读。

12.根据权利要求11所述的外围设备驱动方法，其特征在于，

该双向同步串行通信转换接口为一PS/2转换接口；以及

该双向同步串行通信协议信号为一PS/2协议信号，通过一PS/2端口而被解读。

13.根据权利要求9所述的外围设备驱动方法，其特征在于，

该规格转换接口为一串行转换接口；

该非USB传输通信协议信号为一串行协议信号，通过一串行端口而被解读。

14.根据权利要求9所述的外围设备驱动方法，其特征在于，

该规格转换接口为一并行转换接口；

该非USB传输通信协议信号为一并行协议信号，通过一并行端口而被解读。

15.根据权利要求9所述的外围设备驱动方法，其特征在于，应用于一移动装置，解读该非USB传输通信协议信号的步骤包括：使用一南桥芯片通过一低针脚数接口与使用于该移动装置的一嵌入式控制芯片耦接，以根据该非USB传输通信协议信号执行该USB接口装置的功能。

16.根据权利要求15所述的外围设备驱动方法，其特征在于，进一步包括：

使用一状态暂存器指示该传输通信端口的连接状态；以及

使用一数据暂存器暂存该规格转换接口所转出的该非USB传输通信协议信号；

如果该嵌入式控制芯片侦测到该USB接口装置的连接，则设定该状态暂存器具有一既定值并发出一中断要求至该南桥芯片，使该南桥芯片解读该数据暂存器中的该非USB传输通信协议信号，以执行该USB接口装置的功能。

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