CN102081581B - 电源管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源管理系统及方法，该电源管理方法适用于一计算机主机，且该计算机主机耦接于一USB集线器(USB Hub)，用以避免该USB集线器在该计算机主机的一工作状态时进入一休眠模式。该电源管理方法包括以下步骤：载入一过滤驱动程序(filter driver)，以使该计算机主机侦测到该USB集线器；该过滤驱动程序通过侦测一特定ACPI事件来发出一第一装置休眠输入输出要求封包(device sleep IRP request)，以控制该USB集线器进入该休眠模式；其中，该特定ACPI事件为该计算机主机进入一休眠状态。本发明可根据计算机主机的电源状态改变USB集线器的模式，从而增加控制的便利性。

Description

电源管理系统及方法
技术领域
本发明有关一种管理系统，特别是有关一种电源管理系统及方法。
背景技术
手持式装置(Handheld Device)或可携式装置(PortableDevice)，如随身盘，除了可用来传输数据，通常还可通过插接于计算机的接口连接端口，如USB连接端口，来进行充电。然而，计算机上的接口连接端口会有数量上的限制，为了让更多的手持式装置能与计算机互通信息，便发展出USB集线器来连接手持式装置以及计算机。
请参考图1A，其为现有的电源管理系统的架构示意图。电源管理系统1包括一计算机主机11以及一USB集线器(USBHub)13。USB集线器13具有多个子连接端口13a至13c，可供至少一可携式装置15插接以与计算机主机11互动。计算机主机11具有一中央处理单元111、一南北桥电路113、一存储器115以及一接口连接端口117。中央处理单元111用来控制计算机主机11的整体运作，南北桥电路113用来辅助中央处理单元111与计算机主机11中的各元件，如存储器115、输出输入电路等，传输信号或数据。存储器115储存操作系统(Operating System，OS)以及多个驱动程序，以供计算机主机11开机后从中载入操作系统，再依据计算机主机11所安装的硬件元件来载入相对应的驱动程序，以控制各硬件元件的运作。
接口连接端口117用来连接USB集线器13与计算机主机11，以USB连接端口为例，南北桥电路113中会设置有一USB控制器(USB host controller)1131，用来控制插接于子连接端口13a至13c的可携式装置15。请参考图1B，其为USB集线器中一USB开关的架构示意图。图1B中显示出USB集线器13中的一USB开关14，其对应一子连接端口，例如子连接端口13a，USB开关14用以根据计算机主机11的USB控制器1131的控制来切换子连接端口13a耦接至一数据传输(data transmission)电路16或一专用充电(dedicated charge)电路17。数据传输电路16的作用是将子连接端口的USB数据传输差动端(例如D+/D-信号端)耦接至计算机主机11的接口连接端口117，而专用充电电路17的作用是将子连接端口的USB数据传输差动端相互短路耦接，例如以一阻抗单元12短路耦接，阻抗单元12可以是一电阻，但不限于此。在另一实施例中，上述USB开关14可位于USB集线器13的任何位置。具体来说，若USB集线器13处于一工作模式(active mode)，则可携式装置15(若有插接的话)便可通过数据传输电路16与计算机主机11互相传输数据；若USB集线器23进入休眠模式(suspend mode)，则切断数据传输功能，USB开关14便切换至专用充电电路17，USB集线器13改经由接口连接端口117接收计算机主机11提供的电力(或是USB集线器13的独立电源，未示于图中)，来对可携式装置15(不论有无插接可携式装置15)进行充电。
一般而言，计算机主机11的操作系统(例如微软视窗操作系统、苹果计算机操作系统等)中包括预设的USB集线器驱动程序，用以侦测USB集线器13有无插接可携式装置15，当一段时间内无任何可携式装置15插接至USB集线器13时，即控制USB集线器13进入至休眠模式，此时，USB开关14会切换至专用充电电路17进行充电。然而，计算机主机11仍处于主机工作状态(S0)。也就是说，由于上述预设的USB集线器驱动程序的控制行为，USB集线器13无法侦测到正确的计算机主机11的电源状态来进入其休眠模式。在这种情形下，无法真正地实现USB集线器13“睡眠充电”的应用。并且，当计算机主机11在主机工作状态(S0)下，使用者插接可携式装置15至子连接端口13a至13c上时，会因为USB集线器13进入休眠模式而无法传输可携式装置15中的数据，进而误认子连接端口13a至13c无法运作或损坏。
因此，亟需提出一种新颖的电源管理系统及其方法，使USB集线器的模式能随着计算机主机的电源状态改变，进而便于识别及控制。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的之一在于提出一种电源管理系统及方法，其通过一过滤驱动程序来过滤(拦截)主机下达的指令，以控制USB集线器的模式可根据主机的电源状态而改变，进而增加控制的便利性。
本发明揭示一种电源管理系统，用以避免一USB集线器(USB Hub)在一计算机主机的一工作状态时进入一休眠模式，其包括该USB集线器以及该计算机主机。该USB集线器具有多个子连接端口；该计算机主机具有一中央处理单元，用来执行一操作系统(OS)，且该计算机主机耦接于该USB集线器。其中，该中央处理单元还载入一过滤驱动程序(filter driver)，以使该计算机主机侦测到该USB集线器；该过滤驱动程序运作于一USB集线器驱动程序与一USB主机驱动程序之间，该过滤驱动程序通过侦测一特定ACPI事件来发出一第一装置休眠输入输出要求封包(device sleep IRP request)至该USB主机驱动程序，以控制USB集线器进入休眠模式。上述特定ACPI事件为该计算机主机进入一休眠状态。当该操作系统侦测到该USB集线器的所述多个子连接端口在一段时间内皆未插接任何的一可携式装置时，该操作系统产生一第二装置休眠输入输出要求封包至该过滤驱动程序，当侦测所接收的输入输出要求封包为该第二装置休眠输入输出要求封包时，该过滤驱动程序拦截该第二装置休眠输入输出要求封包，并回传一虚拟休眠输入输出要求封包回应至该操作系统。
本发明又揭示一种电源管理方法，适用于一计算机主机，且该计算机主机耦接于一具有多个子连接端口的USB集线器(USB Hub)，用以避免该USB集线器在该计算机主机的一工作状态时进入一休眠模式。所述电源管理方法包括以下步骤：载入一过滤驱动程序(filter driver)，以使该计算机主机侦测到该USB集线器，该过滤驱动程序运作于一USB集线器驱动程序与一USB主机驱动程序之间；该过滤驱动程序等待一输入输出要求封包的传递或是一特定ACPI事件发生；当非该输入输出要求封包的传递，该过滤驱动程序通过侦测该特定ACPI事件来发出一第一装置休眠输入输出要求封包(device sleep IRP request)，以控制该USB集线器进入休眠模式；其中，上述特定ACPI事件为该计算机主机进入一休眠状态。当该过滤驱动程序侦测所接收的该输入输出要求封包为一第二装置休眠输入输出要求封包时，拦截该第二装置休眠输入输出要求封包，并回传一虚拟休眠输入输出要求封包回应至一操作系统；其中，当侦测到该USB集线器在一段时间内皆未插接任何的一可携式装置时，该操作系统产生该第二装置休眠输入输出要求封包。
本发明可根据计算机主机的电源状态改变USB集线器的模式，从而增加控制的便利性。
附图说明
图1A为现有的电源管理系统的架构示意图。
图1B为USB集线器中一USB开关的架构示意图。
图2为本发明实施例的电源管理系统的架构示意图。
图3为本发明实施例的传输IRP指令的示意图。
图4为本发明实施例的电源管理方法的流程图。
附图中符号的简单说明如下：
电源管理系统：1               计算机主机：11
中央处理单元：111             南北桥电路：113
USB控制器：1131               存储器：115
接口连接端口：117             阻抗单元：12
USB集线器：13                 子连接端口：13a、13b、13c
USB开关：14                   可携式装置：15
数据传输电路：16              专用充电电路：17
电源管理系统：2               计算机主机：21
中央处理单元：211             南北桥电路：213
USB控制器：2131               存储器：215
接口连接端口：217             储存介质：219
过滤驱动程序：2191            USB集线器：23
子连接端口：23a、23b、23c
可携式装置：25                基本功能驱动程序：31
USB集线器驱动程序：32         USB主机驱动程序：34
装置休眠输入输出要求封包：3A
虚拟休眠输入输出要求封包回应：3A’
步骤：S401～S421。
具体实施方式
首先，请参考图2，其为本发明实施例的电源管理系统的架构示意图。如图2所示，电源管理系统2包括一计算机主机21以及一USB集线器(USB Hub)23。计算机主机21具有一中央处理单元211、一南北桥电路213、一存储器215、一储存介质219以及一接口连接端口217。中央处理单元211用来控制计算机主机21的整体运作，南北桥电路213用来辅助中央处理单元211与计算机主机21中的各元件，如存储器215、输出输入电路等，传输信号或数据。存储器215储存操作系统(Operating System，OS)以及多个驱动程序，以供计算机主机21开机后从中载入操作系统，再依据计算机主机21所安装的硬件元件来载入相对应的驱动程序，以控制各硬件元件的运作。
USB集线器23经由接口连接端口217耦接于计算机主机21，其具有多个子连接端口23a至23c，并支持充电功能。当USB集线器23进入工作模式(active mode)时，插接于子连接端口23a至23c的可携式装置25可与计算机主机21互相传输数据；当USB集线器23进入休眠模式(suspend mode)时，便切断数据传输功能，改经由接口连接端口217来接收计算机主机21所提供的电力，以对可携式装置25进行充电。以接口连接端口217为一USB连接端口为例，南北桥电路213中会设置有一USB控制器(USBhost controller)2131，用来控制插接于接口连接端口217的USB集线器23及其连接的可携式装置25。接口连接端口217亦可为USB3.0的连接端口或其他标准规格的连接端口，不以在此揭露者为限。
于高级配置和电源接口标准(Advanced Configuration andPower Interface，ACPI)的规格书中，中央处理单元211具有多个电源状态，大致分成S0(工作)、S1(自动停机)、S2(休眠)、S3(深度休眠)及S4(更深度休眠)等状态。S0状态被定义成主机工作状态(Host Active State)，而S2至S4状态被定义成主机休眠状态(Host Sleep State)，在不同的状态下，中央处理单元211会对计算机主机21中的各元件或外围设备进行不同的控制。为了让USB集线器23的模式能跟随中央处理单元211的电源状态，本发明特别提供一过滤驱动程序(filter driver)2191，其储存于储存介质219中，用来过滤计算机主机21对USB集线器23所下达的输入输出要求封包IRP(I/O Request Packet)。一具体实施例中，过滤驱动程序(filter driver)2191亦可储存于存储器215中，而储存介质219除了如图所示为计算机主机21中的一内部储存装置外，亦可为一外部储存装置，内部储存装置包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、动态存储器(DynamicRAM，DRAM)、静态存储器(Static RAM，SRAM)或快闪存储器(Flash Memory)，而外部储存装置包括光盘、随身盘或外接式硬盘。在一实施例中，过滤驱动程序2191运作于一上层驱动程序与一下层驱动程序之间，用以避免USB集线器23在计算机主机21的一工作状态时进入一休眠模式。以下将详加说明。
一般而言，计算机主机21载入操作系统后，会继续载入和呼叫多个驱动程序来控制USB集线器23。举例来说，微软视窗操作系统中的驱动程序(driver)架构层叠(layer)式，每层间均通过IRP(I/O Request Packet)传递其要求(Request)至各驱动程序，当驱动程序接收到IRP时，即依要求的内容确认并执行所需的处理，若此驱动程序尚非目的地驱动程序，则继续朝目的地呼叫(call)驱动程序。请参考图3，为本发明实施例的传输IRP指令的示意图，为了方便说明，该图将各驱动程序以物件型态来表现。计算机主机21的电源启动后，会执行开机程序(power on selftest，POST)，并从存储器215载入操作系统后，随即执行基本功能驱动程序31，用以对计算机主机21中的各元件进行初始化。在一实施例中，过滤驱动程序2191在初始化时即从储存介质219被载入至操作系统，以使操作系统侦测到一特定的USB集线器。
操作系统会呼叫预设的USB集线器驱动程序32，用以侦测在一段时间内USB集线器23的子连接端口23a至23c是否为闲置状态，若是，意即表示子连接端口23a至23c皆未插接任何可携式装置25，则USB集线器驱动程序32下达一装置休眠输入输出要求封包(device sleep IRP request)3A，用以命令控制USB集线器23进入一休眠模式。过滤驱动程序2191运行于USB集线器驱动程序32与USB主机驱动程序34之间。过滤驱动程序2191收到装置休眠输入输出要求封包3A时，会进行过滤处理(拦截)，因此装置休眠输入输出要求封包3A不会继续被传递至USB主机驱动程序34，即阻止USB集线器23进入休眠模式。过滤驱动程序2191拦截装置休眠输入输出要求封包3A，并回传一虚拟休眠输入输出封包回应(pseudo sleep IRP response)3A’给USB集线器驱动程序32，最终传给操作系统，以欺骗操作系统已成功将USB集线器23设定为休眠模式。由于USB集线器23并未真的进入休眠模式，故之后插接于子连接端口23a至23c的可携式装置25，仍然通过唤醒事件(wake-up event)发生以与计算机主机21重新传输数据。
在一实施例中，当计算机主机21离开主机工作状态，进入一主机休眠状态，例如S2状态，过滤驱动程序2191亦会侦测到此ACPI事件发生，并发出(issue)装置休眠输入输出要求封包3A至USB主机驱动程序34，USB主机驱动程序34再传递至USB集线器23，以控制USB集线器23进入一休眠模式。在一实施例中，过滤驱动程序2191会等待USB主机驱动程序34回传一休眠输入输出封包回应(sleep IRP response)表示该特定USB集线器已休眠，或者，等待一特定时间(timeout)，便结束此流程。
在一实施例中，过滤驱动程序2191收到由USB主机驱动程序34(下层)传递到USB集线器驱动程序32(上层)的IRP，过滤驱动程序2191皆会传递，不会进行拦截处理。
在一实施例中，过滤驱动程序2191收到由USB集线器驱动程序32(上层)欲传递到USB主机驱动程序34(下层)的非装置休眠输入输出要求封包，过滤驱动程序2191皆会传递，不会进行拦截处理。
为了更进一步了解本发明的运作，请参考图4，其为本发明实施例的电源管理方法的流程图。相关系统架构及信号处理请一并参考图2和图3。所述的电源管理方法的步骤如下：
步骤S401，过滤驱动程序被载入至一操作系统，以使操作系统侦测到一特定的USB集线器。在一实施例中，该过滤驱动程序运行于一上层驱动程序与一下层驱动程序之间。
步骤S403，过滤驱动程序等待是否有IRP的传递或是一ACPI事件发生。
步骤S405，若有IRP的传递，则进行步骤S407。若非IRP的传递，则进行步骤S417。
步骤S407，若IRP来自下层驱动程序，则进行步骤S409。否则进行步骤S411。
步骤S409，过滤驱动程序传递该IRP至上层驱动程序；返回步骤S403。
步骤S411，若IRP来自上层驱动程序，且该IRP令该特定USB集线器进入一休眠模式(亦即，该IRP为一装置休眠IRP)，则进行步骤S413。否则进行步骤S412。
步骤S413，过滤驱动程序拦截该IRP，接着进行步骤S415。
步骤S415，过滤驱动程序回传一虚拟休眠IRP回应给上层驱动程序；返回步骤S403。当使用者于任一子连接端口23a至23c上插接可携式装置25，可通过侦测上述唤醒事件(wake-up event)发生(例如插接可携式装置25)，使得过滤驱动程序2191发出假唤醒(pseudo wake-up)信号(图未示)至USB集线器驱动程序32(最终传回给操作系统)，以使可携式装置25与计算机主机21之间传输数据。
步骤S412，过滤驱动程序传递该IRP至下层驱动程序；返回步骤S403。
步骤S417，过滤驱动程序判断是否为一指示计算机主机进入主机休眠状态的ACPI事件发生，若是则进行步骤S419，否则返回步骤S403。
步骤S419，过滤驱动程序对下层驱动程序发出令该特定USB集线器休眠的IRP(亦即，该IRP为一装置休眠IRP)，以控制耦接于接口连接端口217的USB集线器23进入一休眠模式。接着进行步骤S421。
步骤S421，过滤驱动程序等待下层驱动程序回传一休眠IRP回应(sleep IRP response)表示该特定USB集线器已休眠；返回步骤S403。在一实施例中，步骤S421也可为等待一特定时间(timeout)后，再返回步骤S403。
当USB集线器23收到过滤驱动程序2191发出的装置休眠IRP时，会进入一休眠模式。当USB集线器23进入休眠模式，便切断数据传输功能，USB开关14便切换至专用充电电路17，当使用者于任一子连接端口23a至23c上插接可携式装置25时，经由USB集线器13来对可携式装置15进行充电。
通过以上实例详述，当可知悉本发明的电源管理系统及方法，利用一过滤驱动程序来拦截系统下达的指令，并于处理指令的同时，会一并配合目前主机的电源状态，以决定是否要过滤该指令。如此一来，连接于主机的USB集线器的模式，甚至其他外围设备，便可随着主机的电源状态改变。
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。

Claims (15)

1.一种电源管理系统，其特征在于，用以避免一USB集线器在一计算机主机的一工作状态时进入一休眠模式，该电源管理系统包括：
该USB集线器，具有多个子连接端口；及
该计算机主机，具有一中央处理单元，该中央处理单元用来执行一操作系统，该计算机主机耦接于该USB集线器；
其中，该中央处理单元还载入一过滤驱动程序，以使该计算机主机侦测到该USB集线器，该过滤驱动程序运作于一USB集线器驱动程序与一USB主机驱动程序之间；
该过滤驱动程序通过侦测一特定ACPI事件来发出一第一装置休眠输入输出要求封包至该USB主机驱动程序，以控制该USB集线器进入该休眠模式，上述特定ACPI事件为该计算机主机进入一休眠状态；
当该操作系统侦测到该USB集线器的所述多个子连接端口在一段时间内皆未插接任何的一可携式装置时，该操作系统产生一第二装置休眠输入输出要求封包至该过滤驱动程序，当该过滤驱动程序侦测所接收的输入输出要求封包为该第二装置休眠输入输出要求封包时，该过滤驱动程序拦截该第二装置休眠输入输出要求封包，并回传一虚拟休眠输入输出要求封包回应至该操作系统。
2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，由该过滤驱动程序过滤传递于该USB集线器驱动程序与该USB主机驱动程序之间的输入输出要求封包。
3.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，在该过滤驱动程序回传该虚拟休眠输入输出要求封包回应至该操作系统后，该USB集线器维持在一工作模式，该USB集线器的一USB开关切换至一数据传输电路，此时若该可携式装置插接于该子连接端口，则该过滤驱动程序发出一假唤醒信号给该操作系统，以使该可携式装置经由该USB集线器与该计算机主机传输数据。
4.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，当该USB集线器进入该休眠模式时，该USB集线器的一USB开关切换至一专用充电电路，此时若一可携式装置插接于所述子连接端口，则该计算机主机经由该USB集线器对该可携式装置进行充电。
5.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，该过滤驱动程序储存于该计算机主机中，或储存于一外部储存装置中，通过该中央处理单元执行该操作系统来对该过滤驱动程序载入后执行。
6.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，当该过滤驱动程序接收到由该USB主机驱动程序传递的该输入输出要求封包时，该过滤驱动程序传递该输入输出要求封包至该USB集线器驱动程序。
7.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，当该过滤驱动程序接收到由该USB集线器驱动程序传递的该输入输出要求封包，且该输入输出要求封包并非该第二装置休眠输入输出要求封包时，该过滤驱动程序传递该输入输出要求封包至该USB主机驱动程序。
8.一种电源管理方法，其特征在于，适用于一计算机主机，该计算机主机耦接于一具有多个子连接端口的USB集线器，用以避免该USB集线器在该计算机主机的一工作状态时进入一休眠模式，该电源管理方法包括：
载入一过滤驱动程序，以使该计算机主机侦测到该USB集线器，该过滤驱动程序运作于一USB集线器驱动程序与一USB主机驱动程序之间；
该过滤驱动程序等待一输入输出要求封包的传递或是一特定ACPI事件发生；
当非该输入输出要求封包的传递，该过滤驱动程序通过侦测该特定ACPI事件来发出一第一装置休眠输入输出要求封包，以控制该USB集线器进入该休眠模式；
其中，上述特定ACPI事件为该计算机主机进入一休眠状态；
当该过滤驱动程序侦测所接收的该输入输出要求封包为一第二装置休眠输入输出要求封包时，拦截该第二装置休眠输入输出要求封包，并回传一虚拟休眠输入输出要求封包回应至一操作系统；
其中，当侦测到该USB集线器在一段时间内皆未插接任何的一可携式装置时，该操作系统产生该第二装置休眠输入输出要求封包。
9.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，由该过滤驱动程序过滤传递于该USB集线器驱动程序与该USB主机驱动程序之间的该输入输出要求封包。
10.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，在该过滤驱动程序回传该虚拟休眠输入输出要求封包回应至该操作系统后，该USB集线器维持在一工作模式时，该USB集线器的一USB开关切换至一数据传输电路，此时若该可携式装置插接于该子连接端口，则该过滤驱动程序发出一假唤醒信号给该操作系统，以使该可携式装置经由该USB集线器与该计算机主机传输数据。
11.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，当该USB集线器进入该休眠模式时，该USB集线器的一USB开关切换至一专用充电电路，此时若一可携式装置插接于该子连接端口，则经由该USB集线器来对该可携式装置进行充电。
12.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，于载入该过滤驱动程序的步骤之后，还包括：
于所述子连接端口上插接一可携式装置；
若该USB集线器进入该休眠模式，则该计算机主机经由该USB集线器对该可携式装置进行充电；及
若该USB集线器未进入该休眠模式，则该可携式装置经由该USB集线器与该计算机主机传输数据。
13.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，该过滤驱动程序储存于一储存介质中，该电源管理方法还包括从该储存介质中载入该过滤驱动程序。
14.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，当该过滤驱动程序接收到由该USB主机驱动程序传递的输入输出要求封包时，该过滤驱动程序传递该输入输出要求封包至该USB集线器驱动程序。
15.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，当该过滤驱动程序接收到由该USB集线器驱动程序传递的输入输出要求封包，且该输入输出要求封包并非该第二装置休眠输入输出要求封包时，该过滤驱动程序传递该输入输出要求封包至该USB主机驱动程序。
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