CN1902610A - 便携计算机系统环境中具有多外设功能性的复合适配器 - Google Patents

Abstract

描述了一种在便携计算机系统环境中可以获得高效的，多重外设功能的方面。该方面包括可以执行连网和数据存储功能以及能够通过单一接口端口与计算机系统进行连接的复合适配器。复合适配器包括一嵌入式系统，一介质独立物理层单元，一数据存储单元。嵌入式系统进一步包括可以充分同时处理和服务连网和数据存储功能的单一集成电路。

Description

便携计算机系统环境中具有多外设功能性的复合适配器

技术领域

本发明通常涉及具有多功能性能的计算机系统的便携外设，尤其涉及具有充分同时连网和数据存储功能的复合适配器(compositeadapter)。

背景技术

在便携计算机系统中，通常在与外部设备通信时使用最小量的端口。由于手控设备的大小和重量限制使得最小量更加具有限制性。因此，由于系统的大小限制，以及特殊应用程序和外围设备招致的花费，试图将新技术集成进这样的系统而面临着延迟和困难。

例如，无线LAN或WiFi技术不但对便携型电脑或桌上型电脑计算机系统也对许多手控设备提供了无线网络。随着无线技术的发展，关于提供给用户的可用带宽和用于安全和服务质量的高级协议都有持续的提高。通常，新一代产品即使实现旧协议的设备能够升级之前都可以提供这些改进。

因此，在一些情况下，通常使用通过一个现今可用的接口标准可以迅速集成的外部适配器进行系统升级，每一个都倾向具有即插即用(PnP)性能，比如通用串行总线(USB)，PCI，卡片总线，PCMCIA，和SDIO，支持具有多功能/多接口的设备。当在要求一单一接口端口的适配器上结合特殊应用程序的多功能外设进一步的目的在于提出这些系统的限制时，其特殊要求是结合两个计算机系统的两个最普通的外围任务的适配器：具有小形状因数便携适配器的连网和数据存储。本发明提出了这样一个要求。

发明内容

本发明描述了在便携计算机系统环境中获得有效的多外设功能的一些方面。这些方面包括可以用于执行连网和数据存储功能以及能够通过单一接口端口与计算机系统进行接口的复合适配器。复合适配器包括一嵌入式系统，中间独立物理层单元，和数据存储单元。嵌入式系统进一步包括基本同时处理和服务连网和数据存储功能的单一集成电路。

本发明中，获得了在单一IC(集成电路)中两种功能的高度集成并且使用了最小量的主机系统的接口端口，这使得对于需要便携的应用来讲是有用的。本发明的这些和其它优点结合下面的细节描述和附图将变得更加容易理解。

附图说明

图1示出了根据本发明的复合适配器的优选实施例的方块图。

图2以图表格式示出了图1的HIU操作。

图3示出了嵌入式系统图1的连网和大容量存储器功能的前尾端接口。

图4示出了根据本发明的图1的处理器在执行连网和数据存储功能的主要任务。

图5的图表示出了根据本发明适配器的外围设备模式的一些情况下的任务的软件结构。

图6的图表示出了根据本发明作为远程文件服务器运行的失去主机连接的一些情况下的任务的软件结构。

图7示出了本发明的适配器的实例，其用于串行主机接口，例如SDIO或USB和典型网络介质，例如无线(例如802.11)或者有线(例如802.3)。

图8示出了在具有有线和无线连接的混和环境中的网络拓扑，其中节点使用了根据本发明的适配器。

具体实施方式

本发明涉及具有连网和数据存储功能的复合适配器。下面的描述使得本领域技术人员获得和使用本发明，其以专利申请和其权利要求的形式提供。其中描述的对优选实施例的不同的改变和通常的原则和特征对本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明并不试图限制在示出的实施例，但是与其中描述的原则和特征最宽范围一致。

本发明提供了一复合适配器，其为主机系统的两个主要功能连网和数据存储使用了单一接口端口。复合适配器包括在一集成电路中实现的嵌入式系统，其可以充分同时处理和服务那两个应用程序而不必考虑它们的异类特征。进一步，本发明获得了在单一IC(集成电路)中两种功能的高度集成并且使用了最小量的主机系统的接口端口，其对于需要便携的应用程序来讲非常有用。另外本发明还包括运行在嵌入式系统的局部处理器并且支持多功能要求的嵌入式多任务代码的软件结构。

图1示出了根据本发明的复合适配器的优选实施例的方块图。适配器10连接到主机系统12并且与使用了任意接口协议的主机系统12接口，该接口协议支持即插即用和多功能/多接口。适配器10包括单一IC上的嵌入式系统14。如图所示，嵌入式系统14的主机接口单元(HIU)16是适配器10和主机系统12的通信点。局部总线18连接了HIU 16和处理器20以及局部存储器22。进一步与局部总线18连接的是数据存储接口(DSI)单元24和介质存取控制器(MAC)单元26。行式数据格式程序(formatter)28连接介质存取控制器26和适配器10的独立介质PHY层(PMD)单元30。数据存储接口24连接嵌入式系统14和数据存储器IC 32，例如NAND和NOR闪存。适配器10进一步包括电源管理单元34，其与嵌入式系统集成，但也可以作为一独立的组件。适配器10进一步可选地包括外部电源以自供电模式操作的电池/适配器的电源元件36。适配器10也可以包括配置存储器38。

适配器10的HIU 16用于补偿主机系统12和局部总线18之间的接口的速度差，并且按照顺序为慢速总线提供临时缓冲但并不消耗不必要的高速总线带宽。通过点对点连接，主机系统12和HIU 16为网络存取和数据存储两个功能以及以分时方式管理数据交换数据，在下面有进一步描述。

HIU 16也会在枚举阶段基于接口的即插即用标准应主机系统12的要求负责传递适配器10的描述符给主机系统12。配置描述符可以为进一步的系统集成被硬布线，但是可选地可以通过类似能够提供系统定制能力的非易失性存储器的外部配置存储器读出，这在本领域中很容易理解。描述符可以激活网络存取或者数据存储或者这两个功能，以便主机系统12将运行相应的驱动器或者两个设备驱动器，其服务于这些功能。一旦枚举完成，HIU 16准备为每一个支持的功能进行数据传输。

HIU 16的操作在图2中以图表形式给出。在下游路径中，为临时存储两个功能的信息包使用了相同的缓冲器或者寄存器区域40。在一个优选实施例中，下游路径的单一缓冲器区域的任何大小都是允许的，其依靠应用程序的要求以及两个功能的信息包的数量，两个功能为了补偿局部总线延迟都需要在被传递到局部存储器22之前被临时存储在HIU 16中。

如下游路径所示，来自网络驱动器(NWx)的信息包都是根据主机接口标准具有大量存储(MSy)功能的信息包的多元时间。管理信息包(MGM)也通过相同的到寄存器区域42的链接被来回的传递。例如，对于USB接口主机12将通过点对点连接发送那两个功能的信息包，以一种分时的方式，在相同的设备地址(DA)下合并两个终点(EP)但是使用两个EP地址(EA)。通过控制EP为两个接口传递管理信息包。在传统USB的实现模式下，HIU 16实现了两个终点功能，每个功能都将使用其自己的寄存器装置并且使用其自己的缓冲空间为来自主机12的数据临时存储器。NWx和MSy信息包将被存储在相同的物理位置，其使用单一的位作为指示输入信息包通信功能的标志。对于对局部存储器22的地址空间进行直接存储器存取来讲包括直接存储器存取(DMA)控制器44，其为被标记值指示的功能的数据重组作出了贡献。

为了在HIU 16的单一缓冲器位置中保证任何功能的信息包不覆盖具有相同的或其它功能的已经存储的信息包，使用了每一个接口协议都作为指示客户端位置不准备接收进一步的数据的技术。再次考虑USB接口的例子，假设网络功能使用了具有DA＝A和EA＝a的OUT EP，大容量存储器功能使用了另外一个具有DA＝A和EA＝b的EP，这里的a不等于b。假如来自主机的以前的输出信息包还没有从单一的缓冲器位置被传递到局部存储器，那么来自主机的具有Aa或者Ab EP的输出信息包将通过USB主机接口用NAK(＿＿)确认，而与以前的信息包的EP地址无关。

虽然以前的例子涉及到USB接口，描述的功能性可以被应用到任意串行或并行的接口，但是其对于两个功能指向的缓冲器使用了不同的地址。而且，NAK响应USB实例，其指示了对于接收进一步数据的客户空间的缺少，可以被信号识别模式代替，这在大多数的即插即用型主机计算机接口中都曾遇到，可以在本领域中有更好的理解。

在图2的上游路径中，HIU 16可以为两个缓冲器46，48的两个功能为了避免可能的瓶颈而再一次使用单一的缓冲器。位于缓冲器46，48的输出的OR逻辑45依赖其请求来选择哪一个信息包传递到主机。

图3示出了嵌入式系统图10的前尾端接口具有连网和大容量存储器功能。局部总线18在处理器20，DSI单元24和MAC单元26中共用。应当理解图中所示出的结构可以应用到任何局部总线系统，独立于实现级别的数量，以及局部总线的不同级别的局部存储器的分区，和DSI和MAC授予总线和使用直接存储器存取传输数据权利的能力。

DSI单元24负责对外部数据存储器IC(32，图1)进行读写存取的期间保持正确的时间，同时遵守外部数据存储器IC的电特征。另外，触发DSI单元24来存储或检索来自和去向数据存储器IC也是通过HIU(16，图1)进行。假如局部总线18支持多控(multi-master)，DSI单元24也负责从/向局部存储器22取/放数据。DSI 24可以驱动局部总线18，实现通过局部总线18的其它主控可到达寄存器装置。

行式数据框架格式化程序28根据协议和介质要求必须调制到网络的输出信息包或者解调来自网络的输入信息包。为了公开的目的，除非另有说明，定期调制解调器或调制解调功能用于描述在下游路径中的调制程序和上游路径中的解调程序。调制解调器功能可以是数字的或者模拟的并且所有操作可以在嵌入式系统14中发射或者部分操作可以通过外部物理介质独立(PMD)单元(30，图1)实现。该功能可以如通常在有线网络协议(例如，用于以太网的曼彻斯特编码)中或者合并的高级信号处理技术，如载波调制器，展布频谱，均衡化等等遇到的行式编码一样简单，对本领域技术人员来讲较容易理解。

嵌入式系统14的MAC单元26使由主机(12，图1)根据由适配器10为下游数据路径实现的网络协议标准提供的网络数据形式化。在这个层级上典型的形式化包括多个功能，例如选址，将信息包列入优选地位以及浇铸，为数据完整性检查进行校验求和计算，通过插入由上述的或者作为头部(MAC头部)或者作为信息包尾部的操作生成的数据字段进行的信息包分段和信息包准备。因此信息包将根据由特殊网络协议定义的介质存取技术被转发到行式数据框架格式化程序28。这种机构众所周知的和典型的实例就是带有冲突检测(CSMA/CA)的载波侦听多路存取(CSMA)，如应用在802.11中或者带有冲突检测CSMA/CD)，如应用在802.3中，基于令环的协议，或者甚至更简单的基于专用的点对点连接可以自由存取介质，而不管数据何时可用。

在上游方向，当嵌入式系统14的MAC单元26从行式数据框架(分离)格式化程序28接收信息包时，其解析了被发送器MAC增如的字段，一些它执行的主要功能都进行地址检查和信息包认可，接收通知信号，信息包类型和优先权识别，数据完整性检查和数据重组。MAC单元26本身或者在处理器20的协助下，为识别预定的“远程文件服务器客户端驱动器”任务而执行进一步信息包过滤，参考图4在下面将进行详细描述。

在执行嵌入式系统14的连网和数据存储功能过程中，处理器20处理的主要任务在图4的表格中示出。这些任务包括下游网络路径50的处理，下游大容量存储器路径52，或者依赖HIU 16识别的上游大容量存储器路径54。处理器20必需依靠PMD 30的识别来进一步控制上游网络路径56和更多的文件服务器客户端驱动器58。管理来自HIU 16和PMD 30通知60的所有形式的功能性也被包括在内。优选的，处理器上这些任务的操作都根据可用的已经实现的软件执行，该软件在计算机可用介质上使用标准的技术，例如，局部存储器22，在在本领域中容易理解的一个精选的软件应用程序中。当然，并不是所有的任务都需要实现都依赖设备配置以外围设备的模式活或者独立设备的模式。

对于外围设备模式的情况来讲，图5的方框图中示出了该任务的软件结构。如图所示，主要的方框是三个设备驱动器和三个服务。为了符合每一个下面的硬件接口，HIU驱动器60，DSI驱动器62以及PMD驱动器64都包括在内。三种服务各自都符合实现系统需要的服务。因此，管理服务66包括在内，并且对于HIU驱动器60，DSI驱动器62和PMD驱动器64都是共同的。为DSI驱动器62的数据服务68也包括在内并且与DSI驱动器62和HIU驱动器60相互作用。PMD驱动器64的网络数据服务70也包括在内并且与PMD驱动器64和HIU驱动器60相互作用。

在独立服务模式的情况下，软件结构由于缺少主机系统12更复杂，如图6中所示。在这种情况下，HIU设备驱动器被省略了并且主机功能72被处理器20实现了。更具体而言，主机功能72包括TCP堆栈74，文件系统76，以及远程文件服务器客户端驱动器78。

依照本发明的适配器10的表示在图7中示出，其示出了使用接口的小波形因数实现，例如所示出的USB 80和SDIO 82。当然，也可以在便携设备中使用其它受欢迎的PnP接口。在图7的实例适配器中进一步阐述了有线连接器84，其可以连接到有线网络以及无线连接86(例如，射频(RF)收发器)以提供到无线网络的访问。因此，主机接口的任意结合-传递介质都可以实现，特殊的重点无线协议，例如802.11以及允许容易的连接到便携系统的蓝牙。

图8示出了根据本发明在具有网络构架90的异类环境中使用适配器10的实例。示出的网络90包括便携计算机系统92通过适配器10的有线连接，例如提供有线网络存取和数据存储，手控设备94通过适配器10的无线连接，例如在小形状因数设备中提供高容量的数据存储性能以及只有一个端口的同时无线网络连接，自供电适配器10的无线连接，其作为网络设备被自治使用，该网络设备运行具有光TCP堆栈和客户端文件系统应用程序软件的客户端DHCP。进一步示出的是其它便携系统96和98，以及桥100，具有有线和无线连接，如网络环境中传统所示。

虽然对本发明根据示出的实施例进行了描述，但是本领域技术人员将容易认识到对实施例有很多变化，而这些变化都在本发明的精神和范围内。因此，在不偏离附属权利要求的精神和范围内本领域技术人员可以做许多改变。

Claims (20)

1.一种在便携计算机系统环境中可以获得高效的多外设功能性的设备，该设备包括：

执行连网和数据存储功能并且能够通过单一接口端口与计算机系统进行连接的复合适配器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中复合适配器进一步包括一所述的嵌入式系统，一介质独立物理层单元，以及一数据存储单元。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述的嵌入式系统进一步包括一单一集成电路，可以充分同时操作和服务连网以及数据存储功能。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述的嵌入式系统进一步包括一主机接口单元作为复合适配器与计算机系统通信点。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述的嵌入式系统进一步包括处理器，局部存储器，局部总线，连接主机接口单元和处理器和局部存储器的局部总线。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述的嵌入式系统进一步包括数据存储接口单元和连接到局部总线的介质存取控制器单元，连接嵌入式系统和数据存储单元的数据存储接口单元。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述的嵌入式系统进一步包括行式数据格式程序，连接介质存取控制器和独立介质物理层单元的行式数据格式程序。

8.根据权利要求2所述的设备，其中所述的嵌入式系统进一步包括电源管理单元。

9.一种集成通信和大容量存储便携系统，其包括：

主机计算机系统；

通信和连接到主机计算机系统的大容量存储集成电路；

为通信管理电源的电源管理单元和大容量存储集成单元；

连接到通信的存储设备和大容量存储集成电路；和

连接主机计算机系统到网络的网络介质独立适配器。

10.根据权利要求9所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中网络介质独立适配器进一步包括无线连接主机计算机系统与网络的RF射频收发器。

11.根据权利要求9所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中所述网络介质独立适配器进一步包括有线连接主机计算机系统与网络的磁性组件。

12.根据权利要求9所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中所述存储设备进一步包括闪存。

13.根据权利要求9所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中所述通信和大容量存储集成电路包括电源管理单元。

14.根据权利要求9所述的集成通信和大容量存储便携系统，进一步包括适配器，该适配器包括通信和大容量存储集成电路，电源管理单元，存储设备，以及网络介质独立适配器。

15.根据权利要求14所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中所述适配器进一步包括接口，该接口通过单一接口端口连接适配器到主机计算机系统。

16.根据权利要求14所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中所述适配器进一步包括自供电操作的电源系统，该自供电操作提供适配器作为远程文件服务器在连接或不连接主机计算机系统的操作。

17.根据权利要求9所述的集成通信和大容量存储便携系统，其中主机计算机系统进一步包括便携计算机系统，便携计算机系统包括手持计算机系统。

18.一种在计算机环境中获得高效的多外设功能的方法，该方法包括：

提供可以为主机计算机相同执行数据存储和连网功能的复合适配器；

将复合适配器和主机计算机系统通过单一接口单元进行连接。

19.根据权利要求18所述的方法，其中的复合适配器进一步包括提供通信和大容量存储集成电路，电源管理单元，存储设备，以及网络介质独立适配器，所述通信和大容量存储集成电路，可以充分同时处理和服务连网和数据存储功能。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括提供复合适配器作为可以自供电操作的自供电设备，其可以提供适配器作为远程文件服务器在连接或不连接主机计算机系统进行的操作。

Images