JP2008065364A - 拡張システム、アドインカード及び外部装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホストコンピュータにアドインカードを介して外部装置を接続した場合でもリンクエラーの発生を防止できるようにした拡張システム、アドインカード及び外部装置を提供する。
【解決手段】ホストコンピュータ１０は、アドインカード２０が挿入されるＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ規格による拡張スロット１１を備える。アドインカード２０には、ケーブル１３０及びコネクタ１３１Ａ，１３１Ｂを介して拡張装置４０が接続される。拡張装置４０は、電源オンにあり、かつ初期化が終了すると、コントローラ４１から制御信号Ｓｃを出力してスイッチ４３を導通させ、アドインカード２０のホットプラグ検知端子＃１，＃２を共にＬレベルにしてホットスワップコントローラ１４を動作させ、トランシーバー１３に通知を行ってリンクを確立させ、更に、スイッチ１４ａをオンにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アドインカードを介して外部装置をホストコンピュータに接続する拡張システム、そのアドインカード及び外部装置に関する。

近年、コンピュータは、ＣＰＵやメモリの動作周波数の向上等に伴い、コンピュータ内だけでなく、Ｉ／Ｏ（入力／出力）インターフェイスに接続されたアドインカードや外部機器との間のデータ伝送速度も向上する必要に迫られている。これに対して、周辺機器の接続Ｉ／Ｆ規格を策定しているＰＣＩ−ＳＩＧ（Peripheral Component Interconnect Special Interest Group）においては、従来からコンピュータシステム等で広く使われていたパラレルバスのＰＣＩ規格を拡張したＰＣＩ−Ｘ規格、さらにバス信号をシリアル化したＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ規格を発表している。このＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓは、様々なアプリケーションに適合できる柔軟性と高速シリアル伝送を使った大容量伝送を可能にしたもので、ネットワークカード、グラフィックスカード等の拡張ボードに利用されている。１ビットあたりの信号伝送レートは２．５Ｇｂｐｓであり、それを複数ビット用いることによって最大８０Ｇｂｐｓのデータ伝送が可能である。

ホストコンピュータのＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ拡張スロットにアドインカードを接続する場合、拡張カードの有無及びホットスワップ（活栓挿抜）をホスト側で監視することが上記規格により推奨されている。具体的には、ホストコンピュータにホットスワップコントローラを設け、また、ホストコンピュータに接続される拡張カードによって、ホストコンピュータの拡張スロットコネクタにおける特定のピンを短絡させることで、拡張カードの有無及び拡張カードの挿抜をホストコンピュータで把握することにより達成される。

なお、一般的なＩ／Ｏインターフェイスにおける拡張側の接続状態及び電源状態をホスト側で監視する技術が特許文献１に示されている。この接続ユニットは、ソフトスタート回路を有する拡張ユニットに複数のディスクユニットを接続することができ、ディスクユニットが接続されたことを拡張ユニットで検出し、この検出信号を用いてソフトスタート回路を動作させ、接続したディスクユニットへの突入電流を抑止している（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３２００８７号公報

上記に説明したホットスワップ方法においては、拡張カードが拡張スロットに挿入されるとホストコンピュータは拡張カードの存在を認識し、電源投入並びにＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンク確立のシーケンスを開始する。そして適当な時間内に拡張カードから正常な応答が返らないとリンクエラーとなり、場合によってはシステムダウンを引き起こしてしまう。大容量記憶装置などの大型の拡張装置を外部装置としてＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓで接続する場合、ホストコンピュータにアドインカードを挿して、外部装置とホストコンピュータをケーブルで接続することがある。この場合、外部装置はホストコンピュータと別電源で稼動することが想定される。アドインカードの挿入のタイミングでホストコンピュータのリンク確立のためのシーケンスが始まると、外部装置の電源が投入され、内部の初期化処理を行ってからホストコンピュータへの返答が可能になるまでに時間がかかり、適当な時間内にホストに応答できないことがある。

よって本発明の目的は、ホストコンピュータにアドインカードを介して外部装置を接続した場合でもリンクエラーの発生を防止できるようにした拡張システム、アドインカード及び外部装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の拡張システム、アドインカード及び外部装置を提供する。

［１］ホストコンピュータのインターフェイススロットに挿入接続されるアドインカードと、前記アドインカードに接続され、所定のタイミングで制御信号を生成する制御部を備えると共に前記ホストコンピュータとの間で通信を行う外部装置と、
前記制御信号に基づいて閉回路を構成し、前記ホストコンピュータに設けられたホットスワップ機能を動作させるスイッチ手段と、を有することを特徴とする拡張システム。

［２］前記スイッチ手段は、前記アドインカードに設けられていることを特徴とする前記［１］に記載の拡張システム。

［３］前記制御部は、前記外部装置が前記ホストコンピュータとの通信が可能な状態のときに前記制御信号を生成することを特徴とする前記［１］に記載の拡張システム。

［４］前記スイッチ手段は、前記外部装置に設けられていることを特徴とする前記［１］に記載の拡張システム。

［５］前記外部装置は、複数の前記ホストコンピュータに接続可能なインターフェイスと、前記複数のホストコンピュータに対応して設けられた複数の前記スイッチ手段とを備え、前記制御部は、前記複数のスイッチ手段を制御することにより、いずれか１つあるいは任意の複数のホストコンピュータと通信することを特徴とする前記［１］に記載の拡張システム。

［６］リンクを確立していない前記ホストコンピュータに対する回路要素の電源を休止することを特徴とする前記［５］に記載の拡張システム。

［７］前記外部装置は、記憶装置であることを特徴とする前記［１］から［６］のいずれかに記載の拡張システム。

［８］前記インターフェイススロットは、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ規格に準拠していることを特徴とする前記［１］から［７］のいずれかに記載の拡張システム。

［９］外部装置をホストコンピュータに仲介接続すると共に、前記外部装置からの制御信号に基づいて前記ホストコンピュータに設けられたホットスワップ機能を動作させるスイッチ手段を有することを特徴とするアドインカード。

［１０］前記スイッチ手段は、前記外部装置から電源供給を受けることを特徴とする前記［９］に記載のアドインカード。

［１１］ホットスワップ機能を有するホストコンピュータにアドインカードを介して接続されると共に所定のタイミングで制御信号を生成する制御部を備え、前記制御信号に基づいて前記ホットスワップ機能を動作させることを特徴とする外部装置。

請求項１、２の拡張システムによれば、ホストコンピュータと外部装置との間にリンクエラーを生じないようにすることができる。

請求項３の拡張システムによれば、アドインカードを汎用化することができる。

請求項４の拡張システムによれば、外部装置の汎用性を高めることができる。

請求項５の拡張システムによれば、複数のホストコンピュータが外部装置に接続される構成であっても、ホストコンピュータの１つを外部装置の初期化完了をもって選択することができる。

請求項６の拡張システムによれば、無駄な電源の消費を減らすことができる。

請求項７の拡張システムによれば、データ伝送を確実に行うことができる。

請求項８の拡張システムによれば、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ規格に準拠していることにより、広範囲のデータ伝送速度、種々の用途の外部装置に対応することができる。

請求項９のアドインカードによれば、アドインカードにおいてホットスワップ機能を動作させることができる。

請求項１０のアドインカードによれば、アドインカードにおいてスイッチ手段の電源を用意する必要がない。

請求項１１の外部装置によれば、外部装置の準備完了後にホストコンピュータとのリンクを確立させることができる。

［第１の実施の形態］
（拡張システムの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る拡張システムを示す。
この拡張システム１は、ホストコンピュータ１０の拡張スロット１１に接続されたアドインカード２０と、アドインカード２０にケーブル３０及びコネクタ３１Ａ，３１Ｂを介して接続された外部装置としての拡張装置４０を備えて構成されている。

ホストコンピュータ１０は、上記拡張スロット１１、全体を制御するＣＰＵ１２、データの送受信を行うトランシーバー１３、活線挿抜のための制御を行うホットスワップコントローラ１４、ホットスワップコントローラ１４と拡張スロット（インターフェイススロット）１１のホットプラグ検知端子＃２に電圧を印加する抵抗１５を備えて構成されている。ホットスワップコントローラ１４は、突入電流の制限、通常動作時の電流制限等の管理機能を備え、ホストコンピュータ１０から拡張スロットに供給する電源を供給・停止を制御している。

更に、ホストコンピュータ１０は、データ線１６、電源線１７、及びグランド線１８を備え、これらは拡張スロット１１に接続されている。また、拡張スロット１１のホットプラグ検知端子＃１はグランドと接続されている。

アドインカード２０は、ホストコンピュータ１０と拡張装置４０の仲介接続を行う配線パターンや通信制御のためのＩＣ等（いずれも図示せず）を備えて構成され、ＩＣ等への電源供給は、ホストコンピュータ１０から拡張スロット１１と通して行われる。

拡張装置４０は、例えば、ハードディスクドライブや半導体メモリ、光磁気ディスク等による記憶装置であり、拡張装置４０の全体を制御する制御部としてのコントローラ４１、ホストコンピュータ１０からのデータを受信するレシーバー４２、及びスイッチ手段としての電子式のスイッチ４３、ユーザーにより操作される電源スイッチ４４等を備えて構成されている。なお、拡張装置４０の電源は、ホストコンピュータ１０から受けずに、拡張装置４０自身で用意される。

スイッチ４３は、例えば、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等を用いて構成され、ゲートがコントローラ４１に、ドレイン及びソースが信号ホットスワップ検知端子＃１，＃２のラインに接続される出力端子となるように構成されている。

（拡張システムの動作）
図２は、図１の拡張システムの動作を示す。以下に、図１及び図２を参照して拡張システム１の動作を説明する。

ホストコンピュータ１０は、電源オン状態にあるとき（Ｓ１０１）、ＣＰＵ１２、トランシーバー１３及びホットスワップコントローラ１４に電源Ｖｃｃが供給されており、これにより抵抗１５の低電位側がＨレベル、即ち、ホットスワップ検知端子＃２がＨレベルになっている（Ｓ１０２）。

ホストコンピュータ１０の拡張スロット１１に、アドインカード２０を挿入すると（Ｓ１０３）、ホットプラグ用のホットスワップ検知端子＃２はホストコンピュータ１０の抵抗１５に接続されてＨレベルになり、更にホットスワップ検知端子＃１はグランドに接続されてＬレベルになる（Ｓ１０４）。この状態では、アドインカード２０のみが挿入された状態であるため、カード挿入は認識されない。なお、アドインカード２０に拡張装置４０が接続されていても、拡張装置４０内のスイッチ４３が開放状態であれば、カード挿入を認識しない。よって拡張装置４０を使わない場合に、アドインカード２０を挿入したままでもシステムに影響を及ぼさない。

次に、コネクタ３１Ａとコネクタ３１Ｂとの間にケーブル３０を接続し、アドインカード２０に拡張装置４０を接続する。この接続により、ホットプラグ検知端子＃１，＃２は、ケーブル３０を介して拡張装置４０のスイッチ４３に接続される。

ホストコンピュータ１０から拡張装置４０に至る経路が正常に接続され（Ｓ１０５）、かつ、拡張装置４０の電源スイッチ４４がオンにされることにより拡張装置４０に電源供給が行われると（Ｓ１０６）、拡張装置４０における初期化が開始される。ここで言う初期化とは、拡張装置各部に電源が供給され、ホストコンピュータとの通信を可能な状態にする過程を指す。拡張装置４０の初期化が完了すると（Ｓ１０７）、コントローラ４１からＨレベルの制御信号Ｓｃがスイッチ４３へ出力される（Ｓ１０８）。スイッチ４３は、制御信号Ｓｃが入力されるとオン動作をし（Ｓ１０９）、スイッチ４３の出力端子間は導通状態になる。

スイッチ４３がオン動作をすることにより、アドインカード２０のホットプラグ検知端子＃１，＃２のライン間が短絡状態になり、ホストコンピュータ１０の抵抗１５の低電位側がグランド状態（＝ホットプラグ検知端子＃２及びホットプラグ検知端子＃１が共にＬレベル）になる（Ｓ１１０）。この電位変化を検知したホットスワップコントローラ１４は、トランシーバー１３にアドインカード２０の接続、すなわち拡張装置４０の接続を通知する（Ｓ１１１）。同時に、ホットスワップコントローラ１４は、内部のスイッチ１４ａをオンにし、電源Ｖｃｃをアドインカード２０に供給する（Ｓ１１２）。

ホストコンピュータ１０は、自己のルートコンプレックス（トランシーバー１３）と拡張装置４０のエンドポイント（レシーバー４２）との間でＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンクのリンク確認を行う（Ｓ１１３）。この時点では、拡張装置４０の初期化が完了しているので、拡張装置４０から応答が出され（Ｓ１１４）、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンクが確立し（Ｓ１１５）、ホストコンピュータ１０から拡張装置４０へのデータ伝送が可能になる。このように、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンクの確認開始を、拡張装置４０側でコントロールすることができる。なお、拡張装置４０の初期化が終了していない場合、アドインカード２０の挿入は認識されない。

なお、拡張装置４０を使用しない場合、拡張メモリ装置４０をアドインカード２０とケーブル３０を使ってホストコンピュータ１０に接続していても、拡張装置４０の電源をオフにすればホットプラグ検知端子＃１,＃２間がオープンになるため、ホストコンピュータ１０にはアドインカードが挿入されていないと認識される。よってＯＳ（オペレーティング・システム）の起動を妨げることはない。また、拡張装置４０を接続して動作させているときに、拡張装置４０の電源をオフにすれば、アドインカードが抜去されたと認識され、ホットプラグに対応したホストコンピュータ１０に影響を及ぼすことはない。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る拡張システムを示す。第２の実施の形態に係る拡張システム１は、第１の実施の形態において、スイッチ４３を拡張装置４０からアドインカード２０に移したものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

この場合、ホットプラグ検知端子＃１，＃２のラインは、拡張装置４０には接続されないが、拡張装置４０から制御信号Ｓｃ及びＶｃｃのラインが引き込まれる。また、スイッチ４３の電源は、拡張装置４０から供給する構成にしているが、ホストコンピュータ１０のスタンバイ電源から供給する構成であってもよい。

図４は、第２の実施の形態の動作を示す。本実施の形態の動作は、図２と比べて明らかなように、スイッチ４３のオン動作の処理（ステップＳ１０９）がアドインカード２０に移るのみで、他の動作は図２で説明した第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略するが、本実施の形態によれば、拡張装置４０にスイッチ４３を設けない構成にすることができる。

［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る拡張システムを示す。本実施の形態は、２台のホストコンピュータ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれの拡張スロット５１Ａ，５１Ｂに、アドインカード６０Ａ，６０Ｂを挿入し、このアドインカード６０Ａ，６０Ｂにケーブル７０Ａ，７０Ｂを介して１台の拡張装置８０を接続し、ホストコンピュータ５０Ａ，５０Ｂの一方もしくは両方を拡張装置８０と通信可能な状態にできるようにしたものである。なお、図５においては、ケーブル７０Ａ，７０Ｂの両端に設けられるコネクタの図示を省略している。

ホストコンピュータ５０Ａ，５０Ｂ、アドインカード６０Ａ，６０Ｂ及び拡張装置８０は、第１の実施の形態に示したホストコンピュータ１０、アドインカード２０及び拡張装置４０と同様の構成である。

拡張装置８０は、第１の実施の形態に示したスイッチ４３と同様の構成を有すると共に、アドインカード６０Ａ，６０Ｂに対応したスイッチ４３Ａ，４３Ｂを備えている。

第３の実施の形態によれば、スイッチ４３Ａ，４３Ｂの一方もしくは両方を制御信号Ｓｃによりオンにすることにより、対応するホストコンピュータ５０Ａ，５０Ｂの一方もしくは両方のホットプラグが機能し、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンクを確立させることができる。これにより、２台のホストコンピュータ５０Ａ，５０Ｂにより１台の拡張装置８０を共用することができる。

これにより、共有できるホストコンピュータの数を制限したり、あるいは特定のホストコンピュータにのみリンクさせたりすることができる。これは接続する必要のあるホストに対してのみリンクを確立することで特定のホストコンピュータに対する通信に使える帯域を確保したり、あるいは拡張装置の必要のない回路ブロックを停止して消費電力を抑えたりすることが可能になる。ホストコンピュータと拡張装置内のリンクが確立されていると、例えデータ伝送が行われていなくてもリンク保持のためのパケットが伝送されている。そのためにホストコンピュータから拡張スロットに対して電源が供給され、トランシーバーを含むアドインカードで電力消費が生じると共に、拡張装置内においても、トランシーバーと通信を行うレシーバーにおいて無用な電力が消費されることになってしまう。そこでリンクが不要なホストコンピュータに対しては、拡張装置からリンクを切ることで消費電力を抑えることが可能になる。

なお、第３の実施の形態ではホストコンピュータは２台としたが、ホストコンピュータと接続するレシーバーとスイッチを増やしてより多くのホストコンピュータを接続できるようにすることも可能である。

（比較例）
図６は、比較例を示す。この比較例に示す拡張システム３は、第１の実施の形態において電子式のスイッチ４３に代えてフォトカプラ４５を用いて拡張装置９０を構成したものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

（比較例の動作）
図７は、比較例における拡張システムの動作を示す。図６及び図７を参照して拡張装置９０の動作について説明する。

図７におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０７及びステップＳ１１０〜Ｓ１１５の処理は、図２の第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理が終了すると、拡張装置９０ではフォトカプラ４５の出力端子間が導通状態になり（Ｓ２０１）、アドインカード２０のホットプラグ検知端子＃１，＃２が共にＬレベルになり（Ｓ１１０）、これにより、ホットスワップコントローラ１４が動作する（ステップＳ１１１）。その後、ホストコンピュータ１０は、拡張装置９０のレシーバー４２との間でＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンクのリンク確認を行う（Ｓ１１３）。ホストコンピュータ１０からのリンクの確認の要求に対し、拡張装置４０がホストコンピュータ１０に返答を送出すると（Ｓ１１４）、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓリンクが確立し（Ｓ１１５）、ホストコンピュータ１０から拡張装置９０へのデータ伝送が可能になる。

拡張装置９０では、フォトカプラ４５に電源が印加されていてもコントローラ４１に電源が印加されていなかったり、初期化が終了していなかったりする場合には、ホストコンピュータの通信確立応答に応えることができず、リンクエラーが発生する。このため、ＢＩＯＳ（Basic Input output Operating System）レベルでエラーが発生し、ＯＳを起動できないことがある。

これに対し、上記各実施の形態によれば、拡張装置の初期化が完了してから制御信号Ｓｃがスイッチ４３に出されるため、拡張装置４０がホストコンピュータの通信確立応答に応えられる状態でホットプラグ機能を開始させることができる。すなわち、スイッチ４３を使うことで、物理的な接続または電源投入と論理的な接続を分離することができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。

例えば、第２又は第３の実施の形態において、拡張装置４０，８０としてネットワーク装置を用いた構成が可能であり、１又は複数のホストコンピュータとの間にアドインカードを設けることにより、ネットワークスイッチを含む拡張システムを構成することができる。

また、アドインカード２０としてグラフィックカードを用い、拡張装置４０として液晶ディスプレイ等による表示装置を用いた拡張システムも可能である。

また、上記各実施の形態では、制御信号Ｓｃの発生タイミングを初期化完了時としたが、任意のタイミング、例えば、拡張装置とホストコンピュータの通信を必要としたときにのみ制御信号を発生し、その時のみリンクを有効にすることも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る拡張システムを示す回路図である。 図１の拡張システムの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る拡張システムを示す回路図である。 図２の拡張システムの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る拡張システムを示すブロック図である。 比較例を示す回路図である。 図６の拡張システムの動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１，２，３ 拡張システム
１０ ホストコンピュータ
１１ 拡張スロット
１２ ＣＰＵ
１３ トランシーバー
１４ ホットスワップコントローラ
１４ａ スイッチ
１５ 抵抗
１６ データ線
１７ 電源線
１８ グランド線
２０ アドインカード
３０ ケーブル
３１Ａ，３１Ｂ コネクタ
４０ 拡張装置
４１ ＣＰＵ
４２ レシーバー
４３，４３Ａ，４３Ｂ スイッチ
４４ 電源スイッチ
４５ フォトカプラ
５０Ａ，５０Ｂ ホストコンピュータ
５１Ａ，５１Ｂ 拡張スロット
６０Ａ，６０Ｂ アドインカード
７０Ａ，７０Ｂ ケーブル
８０，９０ 拡張装置

Claims (11)

1. ホストコンピュータのインターフェイススロットに挿入接続されるアドインカードと、
   前記アドインカードに接続され、所定のタイミングで制御信号を生成する制御部を備えると共に前記ホストコンピュータとの間で通信を行う外部装置と、
   前記制御信号に基づいて閉回路を構成し、前記ホストコンピュータに設けられたホットスワップ機能を動作させるスイッチ手段と、
   を有することを特徴とする拡張システム。
2. 前記スイッチ手段は、前記アドインカードに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の拡張システム。
3. 前記制御部は、前記外部装置が前記ホストコンピュータとの通信が可能な状態のときに前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の拡張システム。
4. 前記スイッチ手段は、前記外部装置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の拡張システム。
5. 前記外部装置は、複数の前記ホストコンピュータに接続可能なインターフェイスと、
   前記複数のホストコンピュータに対応して設けられた複数の前記スイッチ手段とを備え、
   前記制御部は、前記複数のスイッチ手段を制御することにより、いずれか１つあるいは任意の複数のホストコンピュータと通信することを特徴とする請求項１に記載の拡張システム。
6. リンクを確立していない前記ホストコンピュータに対する回路要素の電源を休止することを特徴とする請求項５に記載の拡張システム。
7. 前記外部装置は、記憶装置であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の拡張システム。
8. 前記インターフェイススロットは、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ規格に準拠していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の拡張システム。
9. 外部装置をホストコンピュータに仲介接続すると共に、前記外部装置からの制御信号に基づいて前記ホストコンピュータに設けられたホットスワップ機能を動作させるスイッチ手段を有することを特徴とするアドインカード。
10. 前記スイッチ手段は、前記外部装置から電源供給を受けることを特徴とする請求項９に記載のアドインカード。
11. ホットスワップ機能を有するホストコンピュータにアドインカードを介して接続されると共に所定のタイミングで制御信号を生成する制御部を備え、
    前記制御信号に基づいて前記ホットスワップ機能を動作させることを特徴とする外部装置。

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