CN1338683A - 用于可动态再配置的个人计算机的操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明实质上是一个用于基于串行结构计算机的实时、事件驱动的操作系统(OS)。该操作系统可以动态地对自己进行再配置来响应所连接的系统部件的变化。在启动的时候,基本系统部件如附加的处理器、内存条、硬盘等可以改变,并且该操作系统能够相应地对自己进行再配置。另外,当计算机处于加电状态时,外围设备可以增加和去除并且该操作系统会实时地或接近实时地感知到新设备是否存在,并且相应进行调整。结果该操作系统比目前最新技术水平的操作系统更稳定和更灵活。

Description

用于可动态再配置的个人计算机的操作系统

此应用涉及计算机操作系统，并具体涉及这样一种操作系统，它能够在启动或加电状态的时候动态地对自己进行再配置来响应相连的系统级部件和外围设备的改变。这个应用是1999年4月19日在美国专利局和商标局申请的SN09/294,668号专利的一部分的扩展。

目前达到最新技术水平的个人计算机(PC)操作系统(OS’s)是随着并响应现代计算机硬件的发展而发展起来的。所有现代的PC机都是基于冯。诺依曼计算机结构模型的，包括五个主要部分：输入单元，输出单元，算术逻辑单元(ALU)，内存单元和控制单元。冯诺依曼模型精炼之处是系统总线模型。这种结构有CPU(包括ALU和控制器)，内存和输入/输出单元。各部件之间的通信由一个称为并行系统总线的共享路径来处理，这个并行系统总线由数据总线、地址总线和控制总线组成。这个系统总线集成在计算机母板上，所有系统级别的部件通过硬接线插座与母板接电。这已经成为事实上的PC机设计标准。结果是，现在的操作系统适合最大化这种环境下的功能性。系统级别的部件相对地固定在这些系统中，这样操作系统就不需要调整自己来响应这些部件的变化。外围设备配置的确经常变化。然而这些设备是由第三方制造商生产，与操作系统指定的标准接口的。

操作系统中的微软视窗系列在过去十年中统治着市场。这些操作系统目前是拥有版权、封闭源码、32位的操作系统。视窗系列的特点之一是它宣称的“即插即用”的能力，因此外部设备在启动前接入，然后操作系统将会检测它们并自动地安装所需的设备驱动程序以便它们可以适用于操作系统。为方便此功能，设备驱动程序的数据库保存在操作系统的系统子目录下。然而，这经常需要用户持有包含所必需的设备驱动器软件或信息文件的磁盘并将磁盘装载到系统中，其中的设备驱动器软件或信息文件向操作系统描述设备用于做什么。这样经常引起冲突，特别是当设备是基于如视频卡、声卡、适配卡等卡的板的时候。每次增加这些设备中的一个设备，操作系统必须重新安装设备驱动程序以便能够正确使用它。另外，即插即用的功能不包括系统级别的部件，如输入/输出，CPU，内存模块，硬盘等。这样，在用户不配置的情况下就互换这些部件是不可能的。然而，最新技术水平的计算机操作系统是设计它们时所针对的硬件平台的直接产品。也就是说，操作系统执行设计它们时所要完成的任务，但受限于现代PC机的设计种的固有的局限，在现代PC机中所有系统级别的部件都连接在同一总线上并且被包含在一个单独的机壳中。由于在打开机箱和移动部件时是很重要的时刻，因而在这种环境下很少需要重新配置。而且，这些部件不在自己的壳内，因此容易遭到静电破坏也容易遭到物理破坏。

然而，最近计算机结构有所进展，已经允许更加灵活的设计。以前并行总线的导电特性和总线运行的时钟速度使得所有部件都要连在包含这条总线的母板上。通过放弃并行的计算机总线而采用高速的串行总线控制器，就有可能将每一个系统级部件封装在自己的壳中。通过用高速串行总线控制器代替传统并行系统总线，用一根单独的电缆将每一个部件连到控制器上使系统部件之间易于通信。这样在实际上就允许系统部件之间的距离不受限制，并且迄今允许未知的设计的灵活性。为了利用这种新的计算机结构，就需要操作系统结合最新技术水平的操作系统大部分或所有的优点和功能，同时允许系统级别的部件动态地再配置或启动配置；也就是说，一个操作系统能够在启动或加电的时候感知哪些部件连入并适当地对自己进行配置来使用这些部件。

所以本发明的一个目的是提供一种避免前面提到的局限性的计算机操作系统。

本发明的另一个目的是提供一种独特的操作系统。

本发明还有一个目的是提供一种能够在启动时动态地对自己进行再配置的操作系统。

本发明的再一个目的是提供一种能够在处于加电状态时动态地对自己进行再配置的操作系统。

本发明的另一个目的是提供这样一种操作系统，它接收来自每一个相连的系统级别的设备的基本输入输出系统类型的信启，该信息指示出该设备器件的特性和与所述设备接口的协议。

本发明的另一个目的是提供一种优化的利用较少总线或串行总线的PC机结构工作的操作系统。

本发明的另外一个目的是提供一种本质上稳定的并且与所有连接设备和系统级部件兼容的实时操作系统。

在这里公开的这个发明的这些和其它目的一般通过使用基于较少总线或串形总线结构的PC机或其它计算机设备的坚固(roBust)操作系统实现。

本发明克服了运用以前技术的操作系统的限制，提供了一种用于较少总线或串行总线PC机或者相关计算机和/或通信设备的灵活的、可动态地再配置的操作系统。与这个申请同时申请的名称为“计算机系统不存在平行系统总线”的待审美国专利申请的公开内容在此结合，作为在本发明公开文件中的参考引用。所有的现代计算机系统都是建立在系统总线结构上，并行总线为系统级别部件提供了电子互连的方法。然而，串行数据传输速率现在已经达到800兆比特/秒并且有望每年增加一倍。因此，现在建造一种其系统级别部件不再依赖并行计算机总线强加的物理限制的计算机是可能的。部件也不再需要必须在一个彼此之间要非常靠近的机箱中。有可能使一个通过串行电缆如IEEE1394(火线)连接的串行总线控制器与每一个部件设备、CPU、内存等相连，如果需要，现在按照本发明的教导，每一个部件都可以封装在自己的壳内。这就大大摆脱了计算机设计上的强制要求并且允许有无穷的独特的配置。附加的CPU、不同的视频设备、附加的内存条等都能简单地以模块化方式与总线控制器相连。然而，这样的一种结构需要每一个部件，内存、CPU或视频控制器有自己的基本输入输出系统类型的信息或嵌入式的固件来实现与操作系统的通信协议，以便操作系统能在系统启动的时候对自己进行配置来利用所有相连的系统设备和部件，或动态时和当检测到或连接新的部件时。

在较少总线的计算机结构中，对于操作系统而言，能够对自己关于它的系统配置，进行动态配置是必要的。这样的一种操作系统将利用已知操作系统的所有主要的特性并且还能够在启动时接收来自相连接的设备和部件的基本输入输出系统类型的信息。然后操作系统感知到来自基本输入输出系统或模块化部件的类似结构的信息，就能够立即使用该部件了。如果该部件是系统级别的部件，操作系统在启动时就可以完全使用它。如果它是一个第三方厂家的外围设备，如外部压缩驱动器，该设备将以传统方式运行。本地的基本输入输出系统或类似的每一个相连的设备的数据结构会在启动时向操作系统标明自己，或者操作系统通过已定义好的、通知操作系统设备连入情况的协议来检测新增加的设备，这样就允许在每次启动或加电状态时有无数个可能的配置。该操作系统允许计算机系统作为一个实时的操作系统、事件驱动的计算机系统来使用。这种实时的核心的好处是当计算机处于加电状态时断开一个外围设备不会引起操作系统挂起或发生意外的错误。通过几种建设性的实施例能够更容易地体现这种好处。在一个实施例中，串行总线控制器(本文以后称SBC)可以有一个中央基本输入输出系统芯片或控制器(本文以后称CBC)，用它接收固件或包含在所有其它模块中的基本输入输出系统的信息。最大程度地兼容已经存在的产品对于增强市场接纳该操作系统是非常重要的。这样，任何终端级的外围设备都可以插入到串行总线PC机内各种模块的其中之一。如监视器、扬声器、外部压缩驱动器、摄象机等这些已经在市面上普遍存在的设备可以使用它们已有的连接器与计算机连接。例如，视频模块将包括一个具有其自己的基本输入输出系统芯片的完整的视频图象卡，这个基本输入输出系统芯片在系统启动的时候通过串行电缆向CBC发送信息，这些信息足以表征自己的特性和传送与自己通信所需的协议。然而，另一方面，在该模块的另一端将是一个与计算机视频输出标准一致的连接器。对于声音模块的情况与上述相同。声音模块的内部是一个声卡和基本输入输出系统芯片，该芯片在系统启动的时候向SBC发送描述自己的信息和与声卡通信的协议。然而，该声音模块也将拥有接收麦克风输入、操纵杆输入和外部的扬声器输出的典型的声卡输入和输出。CBC将负责与下一级、操作系统和连接的每一个设备的信启进行通信。

在另一个实施例中，操作系统的一部分可能是嵌入的。这部分在系统启动时询问SBC以便检测所有连接的设备，并且当操作系统从硬盘装载到系统内存时将这些信息传递给操作系统。在这种实施例中，嵌入的部分作为整个操作系统和基本输入输出系统之间的一个附加层。

在另外一个实施例中，在系统启动时操作系统自己通过硬盘的一个请求询问SBC以便接收由单独设备自己发送的关于所有连接设备的信息。本领域的普通技术人员可以想象各种其它的实施例，虽然这些实施例在实际上不同，但都没有偏离公开的本发明的精神或范围。

结果，在需要时可以增加或去除某些功能并且以最大价格效益的方式进行升级。而且，由于设备不再局限于并行总线的固定的速度，所以允许每一个设备都可以在服从串行总线速度限制的情况下以自己最央的速度来运行。本发明允许模块分布的PC机的配置动态地改变而保存遗留的配置的功能性和现有的应用的功能性。当操作系统加载时，操作系统检测现有的配置而上一次的配置存储在本地的快速内存中，然后操作系统自动地依照新的配置改变系统的设置。

为了兼容大多数为32位平台设计的商用软件包，这种操作系统应该至少是32位的操作系统。这种操作系统可以是新的独立创建的操作系统，可以是一种现有操作系统如微软视窗系列或NT的一个变型，也可以是Unix或Linix的一个变型。如果是第一种方式创建的操作系统，它应该结合现有操作系统的功能以便能兼容第三方的软件客户。如果是后面类型的操作系统，应该开发成与拥有版权的操作系统共存的补丁软件或服务包，或者与制作原相应操作系统的公司共同开发的一个单独的版本。这种操作系统的关键特征是能够在启动时自己重新配置而不用用户输入或配置，或者在启动后有设备连入时由设备自己通过一种中断管理方案来“宣布”和描述自己。每一个设备自己都包含一个与封装的壳一体的基本输入输出系统芯片。在启动时或加入加电系统时，该设备向SBC发送足够的信息使操作系统能够利用它并且能与它通信。

作为所公开发明的结果，这种操作系统与最新技术水平的操作系统相比较将具备固有的稳定性。这是因为它抛弃了并行系统总线结构，因为在设备自身储存了信息而不是在操作系统中储存，还因为这种操作系统的实时特性。本发明允许为设备建立统一的标准，借此不再需要驱动程序和单独的基本输入输出系统的升级。并且因为驱动程序的增加和去除不会给操作系统增加永久负担，所以操作系统自身不易受恶化和冲突的影响。

在此描述的本发明的首选实施例和最佳实施例说明了本发明的根本原则，但是应该理解只要不偏离本发明的精神和范围就可以作出种种变型和衍生体。

Claims (19)

1.一个模块化的计算机操作系统包含一个CPU部件和至少一个常规计算机的其它计算机部件，每一个所述CPU和其它部件都封装在它自己的模块中或封装在一个壳中，所述两个部件与串行总线控制器连接，每一个所述CPU和其它部件通过每个部件至少一根单独的电缆分别与所述串行总线控制器(SBC)连接，并且所述系统在每一个初始加电状态期间和处于加电状态的时候可以为每一个特殊的和所需的用途配置所述系统。

2.权利要求1的系统具有在启动时间或处于加电状态的时候询问所述串行总线控制器(SBC)以便检测关于部件配置的信息的装置，和与所述操作系统交流所述信启、的装置。

3.权利要求1的系统具有在启动时间或处于加电状态的时候询问所述串行总线控制器(SBC)来检测关于计算机部件的信息的装置，和随后与每-个单独的部件交流所述信息的装置。

4.权利要求1的系统，其中所述的系统具有在启动时接收相连系统部件发来的基本输入输出系统类型信息的装置。

5.权利要求1的系统具有在启动时或加电状态允许多种可能的配置的装置。

6.权利要求1的系统，其中所述的(SBC)具有一个中央基本输入输出系统芯片(CBC)，该芯片具有接收从固件和包含在所有其它模块中的基本输入输出系统发来的信息的装置。

7.权利要求1的系统，其中至少一个所述的模块有外围设备连接的装置。

8.权利要求1的系统，其中提供与外围设备通信的装置，这些外围设备包括监视器，扬声器，外部压缩设备，摄象机等和其它普通的外围设备及其混合。

9.权利要求1的系统，其中所述的每一个部件都有自己的模块外壳和连接到所述串行总线控制的电缆。

10.一种计算过程，包括在一个有串行总线配置的系统中提供模块化的计算机结构，在启动时以这样的方式将软件装载到所述的系统中以便允许所述的系统认每一个连接的模块化的计算机部件接收基本输入输出系统类型的信息，从所述的基本输入输出系统部件感知信息，在所述系统中提供一个带有CBC的SBC，所述的CBC从包含在所有其它模块中的一个基本输入输出系统接收信息，并且因此构造一个串行总线的计算机系统。

11.权利要求10的过程具有在启动或处于加电状态的时候询问所述的SBC来检测关于部件配置的信息的装置，和将所述信息传送给所述操作系统的装置。

12.权利要求10的过程具有在启动或系统加电的时候或在时间延迟的基础上询问所述的SBC以便检测关于计算机部件的信息的装置，并且随后将所述信息传达给每一个单独的部件。

13.权利要求10的过程，其中所述的系统具有在启动或系统加电的时候从连接的系统部件接收基本输入输出系统类型的信息的装置。

14.权利要求10的过程具有允许多种可能的配置的装置。

15.权利要求10的过程，其中所述的SBC有一个中央基本输入输出系统类型芯片，该芯片具有从固件和包含在所有其它模块中的基本输入输出系统中接收信息的装置。

16.权利要求10的过程，其中至少一个所述的模块中有用于外围设备连接的外围设备连接装置。

17.权利要求10的过程，其中提供与外围设备通信的装置，这些外围设备包括监视器，扬声器，外部压缩设备，摄象机和其它普通的外围设备及其混合。

18.权利要求10的处理，其中提供与有线或无线网络通信的装置。

19.用于动态地可再配置的模块化计算机的实时操作系统包括：

控制串行总线处理系统部件之间的计算机操作的装置；

在启动或处于加电状态的时候检测所有相连的系统级别的部件和相连的外围部件的装置；

经常监视串行连接以便确定何时连接或去掉外围设备的装置。