JP2008130074A - 統合タイプのハブ制御チップ - Google Patents

Abstract

【課題】マザーボードの回路スペースの節約、ハードウェアコストの減少、ハブ制御チップの多機能化及び拡張性の向上を図ること。
【解決手段】アプリケーションシステムのマザーボードに応用する統合タイプのハブ制御チップである。アップストリームポート伝送ユニット、アップストリームポート制御ユニット、中継回路ユニット、キーボード制御モジュール、デジタルカメラ制御モジュール、保存メディア制御モジュール、中継回路制御ユニットを含む。中継回路制御ユニットは直接キーボード制御モジュール、デジタルカメラ制御モジュールと保存メディア制御モジュールに接続され、これらの制御モジュールのデータ伝送速度によって中継回路ユニットにおける伝送路を切り替える。マザーボードとの間でデータの伝送を行うためにアップストリームポート制御ユニットによりアップストリームポート伝送ユニットの伝送方向を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明はハブ制御チップに関わり、特に統合タイプのＵＳＢハブ制御チップに関する。

近年、科学技術の目覚しい進歩により電化製品も常に進化しており、さまざまなパソコン周辺機器が絶え間なく世に送り出されている。マザーボードとデバイス端末の間で使用される伝送技術も絶えず進化しているが、目下のところ、最も幅広く用いられ且つ比較的安定している伝送方式はＵＳＢの伝送技術により周辺機器とマザーボードの接続を行うものである。ＵＳＢ伝送技術はすでに開発が成熟段階に入っており且つ設計も簡単であるだけでなく、速度に対しても多くの周辺機器の要求にかなっているので、現在の市場において主要製品に標準搭載され、使用されている伝送方式となっている。

しかし、パソコンのＵＳＢポートの提供には限りがあり、特にノート型パソコンはもともとマザーボード上で使えるポート数が固定されているだけでなく、さらに外観設計にあたって全体のサイズについても考慮しなければならないので、ＵＳＢポートの数の制限がさらに増える。

この他、ユーザーの製品機能に対するニーズがあるので、ユーザーの購買意欲を増加させるために、現在の開発設計されている製品はすべて多機能性を重視し、サポート性を前面に押し出すようなものである。例えば、ノート型パソコンには初期から外付けの磁気ディスク装置、PCMCIAインタフェースやDVDデバイスなどが完全に割り当てられている。しかし現在のノート型パソコンは製品の競争力を高めるために、さまざまなワイヤレス通信技術（赤外線、ブルートゥースなど）、ディスク-オン-モジュール（Disk On module）、ひいてはデジタルカメラなどの搭載が必須である。だが上記で述べているように、各周辺機器がＵＳＢ伝送技術により設計されると、各周辺機器の制御チップはノート型パソコンに内蔵されるが、マザーボードの回路スペースを用いるだけでなく、さらにマザーボードで使うことのできるＵＳＢポートの数が減少してしまう。

この問題を解決するために、図１に従来技術であるＵＳＢハブ構造を用いたマザーボードのブロック図を示す。図に示すように、ＵＳＢ規格の条件においては、ハブ制御チップ１０ａがマザーボード１ａそのものにより提供される入力／出力制御装置ハブユニット（I／O Controller Hub、ICHまたはサウスブリッジと呼ばれる）２０ａと接続させるために用いられる第一アップストリームポート１０１ａを含む。さらにハブ制御チップ１０ａはそれぞれ周辺制御チップ３０ａ内の第二アップストリームポート３０１ａに接続させるために用いられる複数個の第一ダウンストリームポート１０２ａを含む。上記のようなアップストリームポートとダウンストリームポートには、それぞれアップストリームポートとダウンストリームポートの動作を制御するためのポートコントローラー（図には示していない）が含まれている。これにより入力／出力制御装置ハブユニット２０ａと周辺制御チップ３０ａの橋渡しができ、データ伝送の目的を達成することができる。（特許文献１，２）
米国特許６，９５９，３５５号 米国特許６，９０１，４７１号

しかしこの解決方式は、マザーボード１ａを占める入力／出力制御装置ハブユニット２０ａにより提供されるＵＳＢポートの問題を克服するけれども、各周辺制御チップ３０ａが少しも減らないだけでなく、ハブ制御チップ１０ａの回路スペースを増加させなければならないので、マザーボード１ａを占めたスペースを効果的に減らせない。また、ハブ制御チップ１０ａと各周辺制御チップ３０ａはアップストリームポートとダウンストリームポートによりつながり、且つ各アップストリームポートとダウンストリームポートの動作を制御するためにそれぞれポートコントローラーを設けなければならないので、かえってハードウェアの設計におけるコストが増加する。

これに鑑み、本発明により解決すべき技術課題はハードウェアの回路を共用できるような特性を用いることであり、ハブ制御チップと複数個の周辺デバイス制御チップを統合し、各周辺制御チップのアップストリームポート（ポートコントローラーを含む）を省き、ハブ制御チップのダウンストリームポートを、マザーボードの入力／出力制御装置ハブユニットにあるＵＳＢポートと共にその他の外付けＵＳＢ周辺機器に供することである。

上記の問題を解決するために、本発明は統合タイプのハブ制御チップを提供し、それはアプリケーションシステムのマザーボードに応用するためのもので、アップストリームポート伝送ユニット、アップストリームポート制御ユニット、中継回路ユニット、キーボード制御モジュール、デジタルカメラ制御モジュール、保存メディア制御モジュール、中継回路制御ユニットを含む。そのうち、アップストリームポート伝送ユニットはマザーボードが提供する入力／出力制御装置ハブユニット（I／O Controller Hub）を接続するためのものであり、アップストリームポート制御ユニットはアップストリームポート伝送ユニットにより行われるデータ伝送の方向を制御し、中継回路ユニットはアップストリームポート伝送ユニットに電気的に接続し、少なくとも一つの伝送路をデータ伝送できるように提供する。この他、キーボード制御モジュール、デジタルカメラ制御モジュール、保存メディア制御モジュールはそれぞれアプリケーションシステムにキーマトリックス、画像撮像素子、少なくとも一つのカード式のソケットを接続するためのものであり、さらに中継回路ユニットに電気的に接続されている中継回路制御ユニットにより、前記入力／出力制御装置ハブユニットと前記の制御モジュールの相互間のデータ伝送と一致させるために、アップストリームポート伝送ユニットとこれらの制御モジュールのデータ伝送速度に基づき中継伝送ユニットの伝送路を切り替える。

以上の概要と以下の詳細な説明と図面は本発明の目的を達成させるために用いられた方式、手段及び効果を説明するためのものである。本発明のその他の目的と特徴に関することは、後の説明と図面を以って詳しく述べる。

このような特徴を有する本発明によれば、マザーボードの回路スペースを省けるだけでなく、ハードウェアコストを削減でき、さらにハブ制御チップの多機能化及び拡張性の向上を達成することができる。

図２に本発明における統合タイプのハブ制御チップの実施の形態のブロック図を示す。図に示すように、本発明はアプリケーションシステムのマザーボード（図には示していない）に応用するためのハブ制御チップ１を提供するものである。ハブ制御チップ１はアップストリームポート伝送ユニット１０、アップストリーム（Upstream port）ポート制御ユニット２０、中継回路ユニット３０、中継回路制御ユニット４０、キーボード制御モジュール５０、デジタルカメラ制御モジュール５１、保存メディア制御モジュール５２、電源制御モジュール５３、複数個のダウンストリーム（Downstream port）ポート制御ユニット６０、複数個のダウンストリームポート伝送ユニット７０を含む。この他、図３に本発明がノート型パソコンに用いられる際の実施の形態を示すので、上記のアプリケーションシステムは以下の説明ではノート型パソコン１００を例として説明する。

そのうち、アップストリームポート伝送ユニット１０はマザーボードにより提供される入力／出力制御装置ハブユニット（I／O Controller Hub、ICH）２に接続される。アップストリームポート制御ユニット２０はアップストリームポート伝送ユニット１０のデータ伝送方向を制御し、入力／出力制御装置ハブユニット２にデータへのアクセスを行う。ダウンストリームポート伝送ユニット７０はそれぞれノート型パソコン１００のＵＳＢポート１４０に接続され、さらにＵＳＢポート１４０により外付けのＵＳＢ周辺機器に接続される。ダウンストリームポート制御ユニット６０はそれぞれダウンストリームポート伝送ユニット７０に接続され、ダウンストリームポート伝送ユニット７０のデータ伝送方向を制御し、ＵＳＢ周辺機器へのデータのアクセスを行う。

キーボード制御モジュール５０、デジタルカメラ制御モジュール５１、保存メディア制御モジュール５２、電源制御モジュール５３などの周辺デバイス制御モジュールはすべて中継回路制御ユニット４０に直接接続される。そのうちキーボード制御モジュール５０はノート型パソコン１００にキーマトリックスを接続するだけで、ユーザーがデータの入力を行えるようにし、さらに入力／出力制御装置ハブユニット２とのデータ伝送を可能にする。デジタルカメラ制御モジュール５１はノート型パソコン１００に画像撮像素子１２０を接続するだけで、画像撮像素子１２０の動作を制御し、撮影の効果を達成することができる。そのうち画像撮像素子１２０は固体撮像素子（CCD）或いはコンタクトイメージセンサー（CIS）であればよい。また、保存メディア制御モジュール５２はノート型パソコン１００に少なくとも一つのカード式のソケット１３０を接続することにより、メモリカードのカード読み取りマシンの機能を持たせる。そのうちカード式のソケット１３０は例えば１種のメモリカード用のソケットコネクタ或いは何種ものカードが利用できるソケットコネクタであればよい。この他、保存メディア制御モジュール５２はさらにスターティングプログラムを保存しているフラッシュメモリ（Flash Memory）（図には示していない）を内蔵することができる。そしてノート型パソコン１００をＵＳＢスターティングモデルに設定すると、スターティングプログラムをインストールし実行できる。また、電源制御モジュール５３はノート型パソコン１００に少なくとも１つのボタンスイッチ１５０を接続することで、ユーザーがボタンスイッチ１５０によりマザーボードへの電力供給状況を制御できる。

中継回路ユニット３０は電気的にアップストリームポート制御ユニット２０に接続され、且つさらにリピーター（Repeater）３０１とトランザクショントランスレータ（Transaction Translator, TT）３０２を含み、少なくとも一つの伝送路をそれぞれキーボード制御モジュール５０、デジタルカメラ制御モジュール５１、保存メディア制御モジュール５２、電源制御モジュール５３に提供し、且つダウンストリームポート伝送ユニット７０に接続されているＵＳＢ周辺機器などを介して入力／出力制御装置ハブユニット２とデータ伝送を行う。また電気的に接続されている中継回路ユニット３０の中継回路制御ユニット４０を介して前記のような制御モジュールとアップストリームポート伝送ユニット１０の伝送速度に基づき中継回路ユニット３０の伝送路を切り替えることができる。アップストリームポート伝送ユニット１０は接続されている入力／出力制御装置ハブユニット２の規格に基づいて同一の伝送速度で作動し、前記伝送速度は例えば高速（High-speed）、全速（Full-speed）、低速（Low-speed）である。制御モジュール或いはＵＳＢ周辺機器とアップストリームポート伝送ユニット１０が同一の伝送速度となる際、中継回路制御ユニット４０は中継回路ユニット３０を切り替えリピーター３０１によりデータ伝送を行うようにさせ、反対の場合は、制御モジュール或いはＵＳＢ周辺機器とアップストリームポート伝送ユニット１０が異なる伝送速度となる際、中継回路制御ユニット４０は中継回路ユニット３０を切り替えＴＴ３０２によりデータ伝送を行うようにさせる。

最後に、ＵＳＢ規格と一致するために、ハブ制御チップ１はさらにアップストリームポート伝送ユニット１０とアップストリームポート制御ユニット２０の間に接続され、ハブ制御チップ１と入力／出力制御装置ハブユニット２との間のインタフェース情報を処理するためのインタフェース制御ユニット８０を含む。インタフェース制御ユニット８０には受／発信用のマクロインタフェース８０１とシリアルインタフェースエンジン８０２が含まれ、マクロインタフェース８０１によりシリアル／パラレル変換、エンコード／デコードまたはビットの補充などの作業を処理し、シリアルインタフェースエンジン８０２によりＵＳＢの伝送プロトコルを定義する。

以上述べたことをまとめれば、本発明はマザーボードの入力／出力制御装置ハブユニット２により提供されるＵＳＢポートの数を拡充できるだけでなく、さらに複数個の制御モジュールを統合するので、元来のＵＳＢハブ制御チップの単なるＵＳＢポートの数を拡充する用途を拡大させ、多機能の特定用途向け集積回路（ASIC）を形成し、その多機能化及び拡張性の向上の目的が実現される。この他、周辺機器コントローラーの使用をさらに減少できるので、マザーボードの回路使用スペースを容易に減らせ且つ設計開発コストを削減することができる。

しかし、以上述べたことは、本発明の具体的な実施の形態の詳細な説明と図にすぎず、本発明の特徴はこれだけに限られず、本発明を制限するものではない。本発明のすべての範囲は上記の請求範囲に準じる。この領域を熟知している技術者が、本特許の範囲内で、手を加え、変更したものはすべて、上記の特許請求の範囲内に含まれる。

従来技術であるＵＳＢハブ構造が用いられるマザーボードのブロック図。 本発明における統合タイプのハブ制御チップの実施の形態のブロック図。 本発明がノート型パソコンに用いられる際の実施の形態を示す図。

符号の説明

１ａ マザーボード
１０ａ ハブ制御チップ
１０１ａ 第一アップストリームポート
１０２ａ 第一ダウンストリームポート
２０ａ 入力／出力制御装置ハブユニット
３０ａ 周辺制御チップ
３０１ａ 第二アップストリームポート
１ ハブ制御チップ
１０ アップストリームポート伝送ユニット
１００ ノートパソコン
１１０ キーマトリックス
１２０ 画像撮像素子
１３０ カード式のソケット
１４０ ＵＳＢポート
１５０ ボタンスイッチ
２ 入力／出力制御装置ハブユニット
２０ アップストリームポート制御ユニット
３０ 中継回路ユニット
３０１ リピーター
３０２ ＴＴ
４０ 中継回路制御ユニット
５０ キーボード制御モジュール
５１ デジタルカメラ制御モジュール
５２ 保存メディア制御モジュール
５３ 電源制御モジュール
６０ ダウンストリームポート制御ユニット
７０ ダウンストリームポート伝送ユニット
８０ インタフェース制御ユニット
８０１ 受／発信用のマクロインタフェース
８０２ シリアルインタフェースエンジン

Claims (6)

1. アプリケーションシステムのマザーボードに応用する統合タイプのハブ制御チップであって、
   前記マザーボードが提供する入力／出力制御装置ハブユニットに接続されるアップストリームポート伝送ユニットと、
   前記アップストリームポート伝送ユニットの伝送方向を制御するためのアップストリームポート制御ユニットと、
   前記アップストリームポート伝送ユニットと電気的に接続され、少なくとも一つの伝送路を提供する中継回路ユニットと、
   前記アプリケーションシステムにキーマトリックスと接続するために提供されるキーボード制御モジュールと、
   前記アプリケーションシステムに画像撮像素子と接続するために提供されるデジタルカメラ制御モジュールと、
   前記アプリケーションシステムに少なくとも一つのカード式のソケットと接続するために提供される保存メディア制御モジュールと、
   前記中継回路ユニットと電気的に接続され前記アップストリームポート伝送ユニットとこれらの制御モジュールの伝送速度によって前記伝送路を切り替える中継回路制御ユニットと、を含むことを特徴とする統合タイプのハブ制御チップ。
2. 前記中継回路ユニットは、さらに
   前記中継回路制御ユニットにこれらの制御モジュールと前記アップストリームポート伝送ユニットが同一の伝送速度となる際に切り替えに使用する伝送路を提供するリピーターと、
   前記中継回路制御ユニットにこれらの制御モジュールと前記アップストリームポート伝送ユニットが異なる伝送速度となる際に切り替えに使用する伝送路を提供するトランザクショントランスレータ（ＴＴ）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載する統合タイプのハブ制御チップ。
3. 前記保存メディア制御モジュールにはさらにフラッシュメモリが内蔵され、前記フラッシュメモリに前記アプリケーションシステムの起動時にインストールし実行するためのスターティングプログラムを保存することを特徴とする請求項１に記載する統合タイプのハブ制御チップ。
4. 前記アップストリームポート伝送ユニットは、前記入力／出力制御装置ハブユニットの仕様によって、前記キーボード制御モジュール、デジタルカメラ制御モジュール、及び保存メディア制御モジュールの少なくともいずれか１つと同一の伝送速度で動作することを特徴とする請求項１に記載する統合タイプのハブ制御チップ。
5. さらに前記中継回路制御ユニットと電気的に接続され、前記マザーボードの電力供給状況を制御する電源制御モジュールと、
   前記アップストリームポート伝送ユニットと前記アップストリームポート制御ユニットに接続され前記入力／出力制御装置ハブユニットとの間のインタフェース情報を処理するためのインタフェース制御ユニットと、
   それぞれＵＳＢポートを介して外付けのＵＳＢ周辺装置に接続される複数のダウンストリームポート伝送ユニットと、
   前記中継回路制御ユニットに接続され、並びにこれらのダウンストリームポート伝送ユニットの伝送方向を制御する複数のダウンストリームポート制御ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載する統合タイプのハブ制御チップ。
6. 前記インタフェース制御ユニットは、シリアル／パラレル変換、エンコード／デコードまたはビットの補充の作業を処理するための受／発信用のマクロインタフェースと、
   ＵＳＢの伝送プロトコルを定義するためのシリアルインタフェースエンジンと、を含むことを特徴とする請求項５に記載する統合タイプのハブ制御チップ。

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