CN1797377A - 外部数据存储设备共享切换电路及其应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外部数据存储设备共享切换电路，为解决现有技术中在共享外部数据存储设备时所需的成本较高的问题，本发明的外部数据存储设备共享切换电路中包括用于与外部数据存储设备连接的第一接口；用于与一个或多个计算机系统连接的多个第二接口；一个总线状态仲裁器，它可根据计算机系统的总线申请信号发出相应的开关选择信号；一个总线选择开关，它可根据开关选择信号将第一接口与一个第二接口连通，或断开处于连通状态的第一、第二接口。所述外部数据存储设备可以是磁盘存储设备、光盘存储设备、FLASH存储设备(如CF卡、MMC卡、SD卡)等。另外，本发明还提供了一种应用上述外部数据存储设备共享切换电路的双屏多媒体点播机和多路多媒体点播机。

Description

外部数据存储设备共享切换电路及其应用系统

技术领域

本发明涉及计算机及多媒体领域，更具体地说，涉及一种外部数据存储设备共享切换电路及其应用系统，特别是一种硬盘共享切换电路及其应用系统。

背景技术

外部数据存储设备是计算机系统中重要的组成部分，其作用在于给计算机提供大容量、非易失性的数据存储功能。本发明所说的外部数据存储设备，主要包括磁盘存储设备(例如硬盘)、光盘存储设备、FLASH存储设备(如CF卡、MMC卡、SD卡)等。计算机系统通过一定的接口(例如ATAPI接口)对外部数据存储设备进行访问。

通常情况下，每个计算机系统均各自配有外部数据存储设备，每个计算机系统各自独立地通过外部数据存储设备的接口，来访问属于自己的外部数据存储设备。当某一计算机系统需要访问另一计算机系统的外部数据存储设备时(这种情况称为外部数据存储设备数据共享)，常用的解决办法有以下三种：

(1)、将需要被共享的数据先拷贝到一些方便携带的外部数据设备上(例如USB便携式硬盘)，再将该设备接驳至需要该数据的计算机系统上以供使用。这种方法适用于数据量较小且无实时性数据共享需求的场合，对于有大量数据需要共享访问或是所有计算机系统均需随机实时共享访问的场合，则不能满足应用的要求。

(2)、将所有的计算机系统通过计算机网络进行连接，需要数据的计算机(称为客户机)利用网络向保存有数据的计算机(称为主机)发出数据请求，由主机从自己的外部数据存储设备中读取数据，然后将其通过网络发送给客户机。这样可以实现数据的实时共享，但由于所有的客户机在需要数据时均需要通过主机来进行读取，这样主机负担的工作比较繁重，当网络规模较大的时候或是数据量较大的时候，就需要设置专门的主机(称为数据服务器)来提供共享访问。当规模较小(例如只有2、3台计算机系统需要共享)且数据量较大或者每台计算机自己均已有较重工作负担时，如单独设置主机，则成本较高；而如果不设主机则会影响各个计算机系统自身的工作。

(3)、将所有的计算机系统通过计算机网络连接，为需要共享访问的外部数据存储设备制作一个网络接口，所有的计算机通过这个网络接口来访问共享的外部数据存储设备(例如网络光盘驱动器、网络硬盘等)，这实际上是一种简化的数据服务器，将数据服务器简化为不具备完整的计算机功能而只有网络数据共享功能，这种方法能降低一定的成本，但对于小规模的应用成本还是较高。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决现有技术中在共享外部数据存储设备时所需的成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种外部数据存储设备共享切换电路，其中包括：用于与外部数据存储设备连接的第一接口；用于与一个或多个计算机系统连接的多个第二接口；一个总线状态仲裁器，它可接收外部计算机系统所发来的总线申请信号，并根据所述总线申请信号发出相应的开关选择信号；一个总线选择开关，它连接于所述第一接口与各个第二接口之间，并与所述总线状态仲裁器的开关选择信号输出端连接，可根据所述开关选择信号将第一接口与一个相应的第二接口之间连通，或断开已处于连通状态的第一接口与第二接口之间的连接，从而实现对应的计算机系统与所述外部数据存储设备之间的连通或断开。

本发明中的外部数据存储设备可以是硬盘存储设备、光盘存储设备、MD卡、SD卡等；其中的总线选择开关是一个N选1的选择开关，它根据总线状态仲裁器的控制信号来将被选中第二接口与第一接口直接对接，也就是将相应的计算机系统的ATA总线与外部数据存储设备的ATA总线直接对接，使该计算机系统能访问外部数据存储设备。

本发明还提供一种双屏多媒体点播机，其中包括：主多媒体解码芯片，与所述主多媒体解码芯片连接的输入设备、显示设备；辅多媒体解码芯片，与所述辅多媒体解码芯片连接的音频和/或视频播放设备；用于存储音视频节目的外部数据存储设备；以及上述外部数据存储设备共享切换电路，所述外部数据存储设备与所述共享切换电路的第一接口连接，所述主多媒体解码芯片和辅多媒体解码芯片分别与所述外部数据存储设备的一个第二接口连接。

另外，本发明还提供一种多路多媒体点播机，其中包括：至少两个多媒体解码芯片，每一个多媒体解码芯片配有自己的输入设备、以及音频和/或视频播放设备；用于存储音视频节目的外部数据存储设备；以及上述外部数据存储设备共享切换电路，所述外部数据存储设备与所述共享切换电路的第一接口连接，每一个多媒体解码芯片与所述外部数据存储设备的一个第二接口连接。

采用本发明的外部数据存储设备共享切换电路后，既实现了各个计算机系统对硬盘的随机共享访问，又无需设置一数据服务器来进行共享服务，从而大幅降低了成本。同时，由于使用了上述外部数据存储设备共享切换电路之后无需再使用传统的主控系统来进行重复的数据传送，从而可实现低成本、高稳定性，免安装、免维护的双屏多媒体点播机以及多路多媒体点播机。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1本发明一个优选实施例中的硬盘共享切换电路的原理示意图；

图2是使用本发明硬盘共享切换电路的双屏多媒体点播机的原理示意图；

图3是使用本发明硬盘共享切换电路的多路多媒体点播机的原理示意图；

图4是与图1对应的2路总线状态仲裁器的时序图；

图5是与图4对应的2路总线状态仲裁器的逻辑原理图；

具体实施方式

因为各外部数据存储设备接口具有很大相似性，且硬盘是现在最常用的可随机读写的海量外部数据存储设备，所以下面以共享硬盘ATA接口总线的硬盘共享切换电路为例进行说明。

如图1所示，本发明的硬盘共享切换电路101主要由总线状态仲裁器102和ATA(Asynchronous Terminal Adapter，异步通信终端适配器)总线选择开关103构成。并配有用于与硬盘连接的第一ATA总线接口(位于ATA接口总线选择开关右侧)，以及用于计算机系统连接的多个第二ATA总线接口(位于ATA接口总线选择开关左侧)，这些ATA总线接口未在图中画出，而是仅以相应的ATA总线(例如107)来表示。

具体实施时，其中总线状态仲裁器既可以由通用逻辑电路来实现，也可以用单片机实现，可以根据应用需要设计成2路或多路。这里以2路为例，图4为2路总线状态仲裁器的时序图，图中DRQ0、DRQ1为总线申请信号，DCK0、DCK1为总线状态信号，SE0、SE1为选择开关信号。下表1为2路总线状态仲裁器的真值表，图5为2路总线状态仲裁器的逻辑原理图。

                        表1

DRQ0	DRQ1	DCK0	DCK1	SE0	SE1
						H	H	H	H	H	H
↓	H	↓	H	↓	H
						H	↓	H	↓	H	↓
L	X	L	H	L	H

X

L

H

L

H

L

注：其中，H表示无效，L表示有效，X表示任意状态，↓表示有效跳变沿。

总线选择开关由一组总线缓冲器(如74ACT245)或高速模拟开关及相应的外围电路元件来实现。

如图1中所示，其中的总线状态仲裁器102主要负责各个计算机系统的硬盘访问申请(即各个计算机系统发出的总线申请信号105)，并反馈当前硬盘是否有其他系统占用，如果没有，则发出开关选择信号106，通知ATA接口总线选择开关103接通当前需要访问硬盘的计算机系统的ATA接口总线与硬盘的ATA接口总线。如果当前访问硬盘的计算机系统访问结束、撤销了访问申请，则总线状态仲裁器102会通过开关选择信号106通知ATA接口总线选择开关103断开相应的连接，将开关状态置为空闲，等待下一个硬盘申请信号。

图1中的ATA接口总线选择开关103是一个N选1的选择开关，它根据总线状态仲裁器发出的开关选择信号106，接通相应的计算机系统的ATA接口总线与硬盘的ATA接口总线。当总线状态仲裁器撤销开关选择信号后，则断开连接中的ATA接口总线。

图1中的开关状态信号104反映了相应的计算机系统是否成功获得硬盘的控制权。任一计算机系统在需要访问硬盘时，程序要求先向总线状态仲裁器提出申请，然后检测该状态，确认已经成功获得硬盘的控制权后，才对硬盘进行操作。当工作完成以后，计算机系统必须撤销该总线申请信号。

如图1所示，当有计算机系统提出硬盘访问申请，且总线状态仲裁器确认可以访问时，则总线状态仲裁器102会发出开关选择信号，ATA接口总线选择开关103接收到该信号后，会接通对应的计算机系统与硬盘。当访问完毕，或计算机系统撤销了总线申请信号时，总线状态仲裁器会撤销其开关选择信号，ATA接口总线选择开关会断开计算机系统和硬盘之间的连接。

本发明硬盘共享切换电路的应用之一，是双屏多媒体点播机。

双屏多媒体点播机是目前娱乐场所广泛使用的一种娱乐设施，其特点是可输出一个或多个音视频信号和图形界面信号的端口分别连接至电视机和显示器，用户通过遥控器或者控制面板等输入设备，可在显示器上选取自己需要的节目，然后由双屏多媒体点播机根据用户的输入、通过电视机播放相应的节目。

传统的多媒体播放器主要由硬盘、中央控制系统、多媒体解码系统等三个主要部分组成，三者之间通过总线连接，其中硬盘用来存储多媒体数据，多媒体解码部分则将获取的数据解码还原为音视频信号输出，而中央控制系统不仅负担着监控协调系统运作、接受外界播放控制信息、提供人机交互界面等功能，还负责通过总线从硬盘读取多媒体数据，然后再通过总线将其传输给多媒体解码部分。由上面的介绍我们可以看到，中央控制系统处于核心的地位，负担了大量的工作，特别是大量的数据需要从硬盘读取然后再传输给多媒体解码系统，这一部分工作占用了中央控制系统的绝大部分时间。

所以，传统的多媒体播放机采用两类方法来解决这个问题，第一类方法是：中央控制系统部分都是采用完整的电脑来实现。这带来了以下问题：(1)、造价高；每台点播机必须由一套完整的PC机构成，由于播放视频节目需要消耗大量的CPU资源，因此要求CPU的运行速度较高。(2)、稳定性差，故障率高；由于PC兼容机一般由散件组装而成，因此无法保证系统的长期稳定。(3)、技术要求高；点播机的软件系统通常是基于Windows或Linux系统开发的，其安装与维护均需要计算机专业的人士来实施。

第二类方法是：中央控制系统采用单片机系统来实现，为了降低成本，甚至出现了将中央控制系统的单片机和多媒体解码系统集成在一块集成电路上的方案(以下简称为多媒体处理芯片，由于这类芯片在家电行业尤其是DVD播放机的大量应用，现在价格均非常低廉)，这样的系统结构比较简单、稳定，但是由于控制系统的任务没有减少，使得我们必须使用高性能的单片机来实现，即便这样，还是不能在为硬盘和多媒体解码部分搬运数据的同时实现良好的人机交互界面。此处所谓良好人机交互界面的基本要求，是指至少实现了五种以上点播方式、按客户需要实时显示节目列表、在屏幕上直接选取需要的节目，且此过程勿须人工干预。

通过使用本发明的硬盘共享切换电路，再利用前述的多媒体处理芯片，可用较低的成本实现高稳定、免安装、免维护、具有良好的人机交互界面的双屏多媒体点播机。

如图2所示，本实施例中的双屏多媒体点播机由主多媒体解码芯片201、辅多媒体解码芯片202、电源部分、硬盘共享切换电路204、硬盘205等部分组成。

图2中的主多媒体解码芯片201负责接收外界遥控、键盘、控制面板等所发送来的人工操作的信息；将需要提供给人机交互的操作信息、节目信息、数据、图形等送往显示器显示；根据点播的规则和要求，向辅多媒体解码芯片202发送播放控制命令；根据操作和显示的需要从硬盘读取数据。

图2中的辅多媒体解码芯片202则用于根据主多媒体解码芯片201的命令执行相应的工作，例如从硬盘读取特定节目的音视频数据，进行解码播放等。

图2中的主多媒体解码芯片201会通过控制总线203向辅多媒体解码芯片202发送一些命令，如命令其播放某一首特定曲目，或者暂停播放、切换伴音等。

图2中的硬盘共享切换电路204提供了在主多媒体解码芯片从硬盘读取媒体库信息、人机交互信息的同时，允许辅多媒体解码芯片从硬盘读取节目音视频数据的能力。

图2中的硬盘205用来存储各种人机交互信息、媒体信息库、多媒体文件等数据。

可见，通过采用硬盘共享切换电路，大量的多媒体音视频数据由辅多媒体解码芯片202直接从硬盘205获取，无需再使用传统的主控系统来进行重复传送，只需要使用主多媒体解码芯片来完成相应的控制、人机交互功能即可。从而在保留良好的人机交互界面的同时，实现了低成本、高稳定性，免安装、免维护的双屏多媒体点播机。

本发明硬盘共享切换电路的应用之二，是多路多媒体点播机。

多路多媒体点播机的特点是：单节目库、能同时播放多路不同的媒体节目、具有相对简单的点播界面(相对简单是指相对于前述良好的点播界面而言，区别在于点播界面是文字界面而非图形界面)。多路多媒体点播机一般采用电脑网络系统来实现，使用一套节目服务器用来存储节目，客户端可采用PC机或机顶盒来进行播放，传统的多路多媒体点播机系统构建复杂，故障率高，可维护性差，需要高额的软件费用且需要电脑专业人员安装和维护。

由于多路多媒体点播机和双路多媒体点播机区别仅在于多媒体解码芯片数量的机械增长，所以下面用双路多媒体点播机来进行说明。

如图3所示，该双路多媒体点播机由多媒体解码芯片1#、多媒体解码芯片2#、电源部分、硬盘共享切换电路、硬盘等部分组成。每一个多媒体解码芯片都能接受自己相应的外界遥控、键盘、控制面板等发送来的人工操作的信息，根据操作或系统要求(比如定时播放)播放相应的媒体节目，并且通过多媒体解码芯片的OSD(On Screen Display)功能提供简单的人机交互界面。硬盘共享切换电路则使得多个多媒体解码芯片可以各自独立的访问硬盘，读取数据，而不需要一个高性能的中央控制系统来为各个多媒体解码芯片搬运数据。从而实现了低成本、高稳定性，免安装、免维护多路多媒体点播机。

Claims (6)

1、一种外部数据存储设备共享切换电路，其特征在于，包括：

用于与外部数据存储设备连接的第一接口；

用于与一个或多个计算机系统连接的多个第二接口；

一个总线状态仲裁器，它可接收外部计算机系统所发来的总线申请信号，并根据所述总线申请信号发出相应的开关选择信号；

一个总线选择开关，它连接于所述第一接口与各个第二接口之间，并与所述总线状态仲裁器的开关选择信号输出端连接，可根据所述开关选择信号将第一接口与一个相应的第二接口之间连通，或断开已处于连通状态的第一接口与第二接口之间的连接，从而实现对应的计算机系统与所述外部数据存储设备之间的连通或断开。

2、根据权利要求1所述的外部数据存储设备共享切换电路，其特征在于，所述总线状态仲裁器还通过相应的信号线向所述各个计算机系统输出一个开关状态信号，以反映当前是否有一个第二接口与第一接口之间处于连通状态。

3、根据权利要求1所述的外部数据存储设备共享切换电路，其特征在于，所述总线状态仲裁器可采用通用逻辑电路来实现，或采用单片机来实现；所述总线选择开关由一组总线缓冲器或模拟开关及相应的外围电路元件来实现。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的外部数据存储设备共享切换电路，其特征在于，所述外部数据存储设备为磁盘存储设备、光盘存储设备、或FLASH存储设备。

5、一种双屏多媒体点播机，其特征在于，包括：

主多媒体解码芯片，与所述主多媒体解码芯片连接的输入设备、显示设备；

辅多媒体解码芯片，与所述辅多媒体解码芯片连接的音频和/或视频播放设备；

用于存储音视频节目的外部数据存储设备；

以及，一个权利要求1-4中任一项所述的外部数据存储设备共享切换电路，所述外部数据存储设备与所述共享切换电路的第一接口连接，所述主多媒体解码芯片和辅多媒体解码芯片分别与所述外部数据存储设备的一个第二接口连接。

6、一种多路多媒体点播机，其特征在于，包括：

至少两个多媒体解码芯片，每一个多媒体解码芯片配有自己的输入设备、以及音频和/或视频播放设备；

用于存储音视频节目的外部数据存储设备；

以及一个权利要求1-4中任一项所述的外部数据存储设备共享切换电路，所述外部数据存储设备与所述共享切换电路的第一接口连接，每一个多媒体解码芯片与所述外部数据存储设备的一个第二接口连接。

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