JP2014109829A - 情報処理装置及び給電方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】USB Chargingに関して電源OFF時の省電力に寄与する技術を提供する。
【解決手段】外部機器に給電するための電源を備えた情報処理装置であって、前記外部機器の種別を検知する検知手段と、検知した外部機器の種別が特定の条件を満たす場合に、前記外部機器の給電モードを、第1の給電モードから第2の給電モードに切り替えるために前記電源が供給する電力を一時的に遮断した後に給電を継続する電力供給手段とを備えた情報処理装置。
【選択図】 図2

Description

本発明の実施形態は、USB Charge WakeUp 制御する情報処理装置及び給電方法に関する。
近年のPC(Personal Computer)等の情報処理装置は、様々なデバイスと接続するためのインタフェースとして、USB(Universal Serial Bus)(登録商標、以下省略)やIEEE1394等といった標準規格で定められたバスインタフェースを備え、このバスインタフェースを介して、デバイスに対する電力の供給が可能となっている。
例えば、特許文献1には、情報処理装置の電源をオフ状態にした場合や、情報処理装置が省電力状態の場合であっても、デバイスをバスインタフェースに挿入すると、そのデバイスに対する電力の供給を開始する技術が開示されている。
しかしながら、デバイスをバスインタフェースに挿入した場合であっても、必ずしもデバイスに対してバス給電が可能となるわけではない。すなわち、単にデバイスを情報処理装置のバスインタフェースに挿入しても、デバイスによって給電を受け入れる(充電が可能となる)状態が異なるため、情報処理装置のUSBコントローラや電源回路等の設定を、挿入したデバイスに合うように設定する必要がある。
情報処理装置の電源をオンにしている状態の給電は一般的に行われているが、例えば特許文献2に記載の先行技術は、電源OFF時のUSB Chargingにしか触れられておらず、電源OFF時のWakeUpとは排他設定となっている。が、電源ON時のUSB Chargingと電源OFF時のWakeUpを両立させることを目的とするものなど、電源OFF時の省電力に寄与する技術への要望がある。
特開2006−53748号公報 特開2010−257493号公報
本発明の実施の形態は、USB Chargingに関して電源OFF時の省電力に寄与する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、実施形態によれば情報処理装置は、外部機器に給電するための電源を備えた情報処理装置であって、前記外部機器の種別を検知する検知手段と、検知した外部機器の種別が特定の条件を満たす場合に、前記外部機器の給電モードを、第1の給電モードから第2の給電モードに切り替えるために前記電源が供給する電力を一時的に遮断した後に給電を継続する電力供給手段とを備える。
本実施形態にかかるコンピュータの構成を示したブロック図。 実施形態のUSB Charge 機能ブロック図。 実施形態のWakeUpデバイス検知による制御フローチャート。 実施形態の「情報」を説明するために示す図。 実施形態のUSBバス状態検知による制御フローチャート。 実施形態に用いられるIICインタフェースを説明するための図。 実施形態のVbus電流検知による制御フローチャート。 実施形態のUSBのピン配置を説明するために示す図。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる情報処理装置の実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態にかかるコンピュータ101の構成を示したブロック図である。図1に示したように、コンピュータ101は、CPU102と、メモリ103と、BOIS−ROM104と、USB(Universal Serial Bus, USB)コントローラ105と、エンベデッドコントローラ106(EC)と、電源マイコン107と、電源回路108と、給電回路109と、USBポート110と、外部ハードウェア112と、を含んで構成されている。なお、以下では、コンピュータ101から電源の供給を受ける媒体は、USBデバイス111として説明しているが、例えば、IEEE1394等のUSB以外の規格による媒体であってもよい。
CPU102は、コンピュータ101の動作を制御するプロセッサである。CPU102は、BIOS−ROM104に格納されたシステムBIOS(Basic Input Output System, BIOS)をメモリ103にロードし、各種のハードウェアを制御する。また、CPU102は、ハードディスク(不図示)等に記憶されたOS(Operating System, OS)をメモリ103にロードし、OSを実行する。その他、システムBIOSやOS以外の各種のアプリケーションプログラムを実行する。
メモリ103は、BIOS−ROM104に記憶されたシステムBIOS、ハードディスク等(不図示)に記憶されたOSやアプリケーションプログラムを展開して実行するための主記憶メモリである。
BIOS−ROM104は、主にハードウェアに対する種々の設定などを行うシステムBIOSを記憶するメモリである。
BIOS−ROM104に記憶されるシステムBIOSは、機能的には、図1に示すように、起動部1041と、停止部1042と、給電制御部1043と、記憶部1044と、を含んで構成されている。
起動部1041は、電源マイコン107、あるいは後述する給電制御部1043からの指示に応じてコンピュータ101内部の各種ハードウェアの起動処理を行う。給電制御部1043からの指示による場合は、コンピュータ101自体は非稼動状態であるがUSBコントローラ105や給電回路109に対して電力が供給されている状態から、コンピュータ101が稼動した状態に移行させることも可能である。
具体的には、起動部1041は、外部から起動処理の実行指示を受けると、その指示が、電源マイコン107からの指示によるものか、給電制御部1043からの指示によるものか否かを判定する。そして、給電制御部1043からの指示によるものと判定した場合、起動部1041は、USBポート110に対してUSB給電を許可する設定がされているか否かを判定する。なお、後述するように、起動処理の実行指示が給電制御部1043からの指示によるものである場合とは、USBウェイクアップ設定がされている場合である。
ここで、USBウェイクアップ設定とは、コンピュータ101自体は非稼動状態であるがUSBコントローラ105や給電回路109に対して電力が供給されている状態において、USBデバイス111がUSBポート110に挿入された場合に、USB給電を可能とする設定のことである。
また、USB給電を許可するか否かの設定は、例えば、コンピュータ101にインストールされたUSB給電の設定を行うためのユーティリティ等のツールによって設定が可能となっている。例えば、ユーティリティがディスプレイ(不図示)上に表示したプルダウンメニューによって、USB給電の「許可」または「不許可」の設定を行うことが可能である。後述するように、このUSB給電の「許可」または「不許可」の設定は、記憶部1044に、USBポート110ごとに記憶される。
そして、起動部1041は、起動処理の実行指示が、給電制御部1043からの指示によるものであり、かつUSBポート110に対してUSB給電を許可する設定がされていると判定した場合、その旨を給電制御部1043に通知する。
また、起動部1041は、起動処理の実行指示が給電制御部1043からの指示によるものではない、すなわち電源マイコン107からの指示によるものと判定した場合、または起動処理の実行指示が給電制御部1043からの指示によるものの、USBポート110に対してUSB給電を許可する設定がされていないと判定した場合には、コンピュータ101内部の各種ハードウェアの初期化処理を行う。
例えば、起動部1041は、VGA(Video Graphic Array)やIDE(Integrated Device Electronics)等の設定を初期化する等の処理を行う。起動部1041は、この処理を行うと、その後OS(Operating System)を起動し、ユーザがコンピュータ101を使用できる状態にする。続いて図1に戻り、停止部1042について説明する。
停止部1042は、OS(Operating System)等のアプリケーションからの指示に応じてコンピュータ101の各種ハードウェアの停止処理を行い、コンピュータ101が稼動した状態から、コンピュータ101自体は非稼動状態であるがUSBコントローラ105や給電回路109に対して電力が供給されている状態に移行させるものである。無論、停止部104には、コンピュータを完全に非稼動状態にする場合もある。
具体的には、停止部1042は、OS等のアプリケーションのシャットダウン処理が行われると、VGAやIDE等の設定を保存する等の処理を行う。
また、停止部1042は、VGAやIDE等の設定を保存する等の処理が終了すると、USBポート110がUSB給電を許可する設定にされているか否かを判定する。なお、USBポート110に対するUSB給電が許可されているか否かは、上述のようにユーティリティによって設定され、記憶部1044に記憶されている。
そして、停止部1042は、USB給電を許可する設定がされていると判定した場合、USBコントローラ105が、そのUSBポート110にUSBデバイス111が挿入されていることを示す信号を検出しているか否かを判定する。続いて、給電制御部1043について説明する。
給電制御部1043は、USBデバイス111に対して有効なUSB給電を行うための給電モードを定めたり、USBウェイクアップ設定をする等のUSB給電するための各種の設定を行うものである。
ここで、給電モードとは、USBデバイス111を充電モードに切り換えるために、USBコントローラ105や電源回路108、あるいは外部ハードウェア112等のコンピュータ101の各部の条件の組み合わせを定めたものである。
例えば、USBコントローラ105や外部ハードウェア112、電源回路108等のコンピュータ101の各部の制御信号の状態(ON/OFFあるいは、H(High)/L(Low))の組み合わせを定めたものである。このような給電モードの設定は、前述のように、記憶部1044に記憶されている。
給電モードとしては、USB給電では後述のCDP(第1の給電モード)、SDP(第2の給電モード)の他にDCP(Dedicated Charging Port)などもある。が、このDCPはデバイス側との動作モードの範疇ではなく通信無しに給電が可能である。
さて、USB I/Fを利用してデバイスへの充電を実現するUSB Charging機能において、USB Battery Charging Specificationで規定された中に、CDP(Charging Downstream Port)というモードがある。これは、S0(システムオン)時に、最大1.5Aでの充電を行いつつ通常のUSB通信も可能なモードである。CDPは、データラインの操作と監視によって実装されるハードウェアのハンドシェイクで認識する。電流使用量に関しては、後述のエニュメレーションの後にネゴシエーションが行われる。
即ち、CDPは、PC、ラップトップ、およびその他のハードウェア向けに、より新しい、大電流のUSBポートを定義している。CDPは最大1.5Aを供給可能で、CDPにプラグインされたデバイスは、D+およびD-ラインの操作と監視によって実装されるハードウェアのハンドシェイクを使用してCDPを認識することができる。
課題として、要は以下の2つの条件下が想定される。
(1)S0時CDPイネーブル、S3(スリープ)/S4(ハイバネーション)/S5(システムオフ)時CDPディセーブル。
(2)USB WakeUp イネーブル。
この場合、(1)を優先すると、S0→S3/S4移行時、USB Chargeポートの次に述べるVbusをトグル(ON→OFF→ON)、即ち瞬時給電停止する必要があり、その結果、USB ChargeポートのWakeUpが無効となってしまう。
逆に、USB Chargeポートで(2)を優先すると、S0→S3/S4移行時、USB ChargeポートのVbusをトグルしてはならず、その結果、S3/S4時でもCDPモードが有効となってしまい、電力消費の要因となる。
このVbus に関してUSBの枠組みを述べると、まず基本的にシングルマスタ方式にて、データ転送が行われる。即ち、ホスト側からの呼び出しに従ってデータのやり取りを行う。2本の信号線と電源線により、ケーブルを構成できる。
これらはUSB規格のコネクタに出ている信号線であり、2本の3.3V差動信号線(D+、D-)、と2本の電源線(Vbus [5V]、GND) である。例えば図8はUSBのピン配置を説明するために示す図である。図8(a)は標準Aプラグと呼ばれるプラグの外形を模式的に表しており、図8(b)はこのプラグのピン配置を表す。
本実施形態は、S0:CDPイネーブル→Sx:CDPディセーブル時の移行時(xは0以外の状態)でも、USB ChargeポートでのWakeUpを機能させる方法について述べるものである。
図2は、実施形態のUSB Charge 機能ブロック図である。USB Host Control Driver 105-1(USBホストコントローラドライバ), USB Charge Bus SW(Switch) 105-2 はUSBコントローラ105の機能として在る。Power Supply 109-1, USB Current Limiter 109-2 は給電回路109の機能として在る。
ここで実施形態のWakeUpデバイス検知による制御について、図3のWakeUpデバイス検知による制御フローチャートを用いて、以下に説明する。このWakeUpデバイスとは、例えばコンピュータにUSB経由で接続されるキーボードやマウスで、キーボードの場合ではいずれかのキーをユーザが押し下げることによりコンピュータ本体が起動するものである。
まず先にポイントを述べると、USBホストコントローラドライバは、WakeUpデバイスがどのUSBポートに接続されているかを認識している。OS上に、USBホストコントローラドライバからの情報をBIOSに伝えることができるユーティリティを設けておく。
S0→S3/S4移行時、BIOSは、このユーティリティより得た情報をECに通知する。この結果、以下のように実施する。
(A)USB ChargeポートにWakeUp対応デバイスが接続されている場合、ECは、S3/S4移行時、USB Chargeポートの前述のVbusトグルを実施しない。
(B)USB ChargeポートにWakeUp対応デバイスが接続されていない場合、ECは、S3/S4移行時、USB ChargeポートのVbusトグルを実施する。
即ち、まずPower ON、又はデバイスの接続が行われる(ステップS31)。
次にBIOSはユーティリティの情報を取得する(ステップS32)。
USB ChargeポートにWakeUpデバイスが接続されているか判定しYesならば次のステップS34へ進みNoならばステップS37へ飛ぶ(ステップS33)。
BIOSはECへ情報を通知する(ステップS34)。
ECはS3/S4へ移行する(ステップS35)。
ECは USB ChargeポートのVbusトグルを実施せずに(CDPからSDPへの移行ができないものとして、USB ChargeポートでのWakeUpを機能させるため)処理を終了する(ステップS36)。
BIOSはECへ情報を通知する(ステップS37)。
ECはS3/S4へ移行する(ステップS38)。
ECは USB ChargeポートのVbusトグルを実施し(CDPからSDPへの移行ができるように)処理を終了する(ステップS39)。
図4は、実施形態の上記「情報」の一般的な伝達方法を補足説明するために示す図である。
ホストは例えばパソコン本体に搭載される。1台のホストに最大127のFunctionを接続可能である。FunctionはUSBデバイスである周辺機器等に搭載される。主な用途には、Classとしてプロトコルが定義されている。
USBには用途ごとに使い分けのできる4種類の転送方式がある。コントロール転送 、バルク転送 、インタラプト転送 、アイソクロナスである。このうち「情報」を転送するのには、コントロール転送が用いられる。この転送はUSBデバイスのコンフィグレーション(パラメータの設定)やメッセージの送受信に使用される方式である。
ホスト(Host)は、各USBデバイスに割り当てたアドレスとエンドポイント番号を指定する事により、通信を行う。まずエニュメレーション(デバイスタイプを特定するためにデバイスとホストの間で行われる最初のデータ交換)として、ホストがバスに接続されているデバイスを識別し、アドレスを指定し、収集したディスクリプタ情報を固定のものとする。USBデバイスはディスクリプタを使ってその属性をホストに報告する。ディスクリプタには、種類があり、ホストが要求してきたディスクリプタ情報毎にデバイスは自身の情報を返す。ホストによって、アドレスが割り当てられ、デバイスの構成が認識された時点で、USBデバイスの使用が可能になる。
転送は、1msごとに反復されるフレームで時間を区切り、それぞれのフレームの中で各デバイスに少しずつ転送時間を割り当てる。ホストは、1msあるいは125usごとにSOFパケットを送信して、フレームを開始する。それに続いてホストがトークン・パケットを送信して、デバイスに転送の種類とデバイスのアドレス及びエンドポイントを通知する。アドレス指定されたデバイスだけが、データ・パケット、ハンドシェイク・パケットで応答する。
各パケットは図4に示すような構成となっており、データ・パケットの0から1023ビット長のDATA部分に「情報」を載せることができる。
(第2の実施形態)
本発明による第2の実施形態を図2及び図5乃至図6を参照して説明する。実施形態1と共通する部分は説明を省略する。
実施形態のUSBバス状態検知による制御について、図5のUSBバス状態検知による制御フローチャートを用いて、以下に説明する。
まず先にポイントを述べると、USB Charging Bus SW 105-2は、CDPモード時、USBポートに接続されたデバイスからのバスシグナルの振る舞いを検知する。その振る舞いにより、デバイス側の動作モードがCDPモード動作かSDP(Standard Downstream Port)モード動作かを判断し、その旨をフラグ又はI2C(IIC、詳細は後述)等のI/Fを使ってECに通知する。SDPは、機器側がデータラインがプルダウンしていることで認識する。
Battery Charging Specificationでは、USB 2.0で規定されている電力供給を拡張して、充電のための電源の定義を追加している。CDP、SDPを含め3種類の電源の種別が定義されている。
SDPはUSB 2.0仕様で定義されているものと同様のポートであり、デスクトップおよびラップトップコンピュータで一般的に使用されている形式である。最大負荷電流は、サスペンド状態で2.5mA、接続され非サスペンド状態の場合100mA、および500mAに設定した場合は500mA (max)である。デバイスは、USBデータライン(D+およびD-)の15kΩを介したグランドへの個別接続を検出することによって、ハードウェアでSDPを認識することができるが、その場合もUSB準拠のためにはエニュメレーションを行う必要がある。
ECは、USB Charging Bus SW(以下、Bus SW)から得た情報により、以下のように実施する。
(A)デバイスがCDPモード動作ならば、ECは、S3/S4移行時、USB ChargeポートのVbusトグルを実施する。
(B)デバイスがSDPモード動作ならば、ECは、S3/S4移行時、USB ChargeポートのVbusトグルを実施しない。
即ち、まずPower ON、又はデバイスの接続が行われる(ステップS41)。
次にBus SWはUSB Busを検知する(ステップS42)。
USB ChargeポートにCDPデバイスが接続されているか判定しYesならば次のステップS44へ進みNoならばステップS47へ飛ぶ(ステップS43)。
Bus SWはECへ情報を通知する(ステップS44)。
ECはS3/S4へ移行する(ステップS45)。
ECは USB ChargeポートのVbusトグルを実施し(WakeUpが機能しないので)処理を終了する(ステップS46)。
Bus SWはECへ情報を通知する(ステップS47)。
ECはS3/S4へ移行する(ステップS48)。
ECは USB ChargeポートのVbusトグルを実施せずに(USB ChargeポートでのWakeUpを機能させるため)処理を終了する(ステップS49)。
図6は、前述のIICインタフェースを説明するための図である。IICインタフェースのバス(IIC‐BUS)は、マスタデバイスから出力されるプルアップされたクロックと、マスタデバイスとスレーブデバイスとの双方向通信を行うデータとの2本の通信線から成り立っている。
図6(a)は、スレーブアドレスの構成例を示したものである。スレーブアドレスは8 ビット長で、上位4 ビットはデバイスの種類に応じて固定的に決まっている。また下位1 ビットは0
のとき書き込みで、1 のとき読み込みを表す。したがってスレーブアドレスで実際上使えるのはビット1 から3
までになる。
図6(b)は2線のタイミングの概略図であり、上側のようにデータ線の信号のレベル値がLOWになることによってStartとなり、上位ビットから以下データが送られていき、データ線の信号のレベル値がHIGHになることによってStop状態となる。対応するクロック線のタイミングは下側のようである。図6(b)は1バイト転送の例であるが、データとACKをStop状態までに複数繰り返せば、最初のバイトはスレーブアドレスだが残りのバイトは通信内容とすることができる。
(第3の実施形態)
本発明による第3の実施形態を図2及び図7を参照して説明する。実施形態1、2と共通する部分は説明を省略する。
実施形態のVbus電流検知による制御について、図7のVbus電流検知による制御フローチャートを用いて、以下に説明する。
まず先にポイントを述べると、USBカレントリミッタは、デバイスからのロード電流値を検知する機能を持つ。S0→S3/S4の移行後、ロード電流値が、12.5mA以下か以上かを、フラグ又はI2C等のI/Fを使ってECに通知する。
ECは、USBカレントリミッタから得た情報により、以下のように実施する。
(A)ロード電流値が12.5mA以上ならば、ECは、S3/S4移行後、USB ChargeポートのVbusトグルを実施する。
(B)ロード電流値が12.5mA以下ならば、ECは、S3/S4移行後、USB ChargeポートのVbusトグルを実施しない。
即ち、まずPower ON、又はデバイスの接続が行われる(ステップS51)。
次にECは S3/S4へ移行する(ステップS52)。
カレントリミッタはVbus電流を検知する(ステップS53)。
このVbus電流は12.5mA以上であるか判定しYesならば次のステップS55へ進みNoならばステップS57へ飛ぶ(ステップS54)。
カレントリミッタからECへ情報を通知する(ステップS55)。
ECは USB ChargeポートのVbusトグルを実施し(WakeUpが機能しないので)処理を終了する(ステップS56)。
カレントリミッタからECへ情報を通知する(ステップS57)。
ECは USB ChargeポートのVbusトグルを実施せずに(USB ChargeポートでのWakeUpを機能させるため)処理を終了する(ステップS58)。
以上の実施形態は、電源ON時のUSB Chargingと電源OFF時のWakeUpを両立させることを実現することにより、電源OFF時の省電力に寄与するものである。外部機器に給電可能な情報処理装置であって、外部機器を接続する接続手段はUSBポート110を一端とするものである。この接続手段に接続されている外部機器に対して給電する給電手段は電源マイコン107、電源回路108および給電回路109を主体とするものである。
以上の実施例においては補足すると以下の特徴がある。
(1)従来の、S0:CDPイネーブル→Sx:CDPディセーブル設定では、USB ChargeポートでのWakeUpは機能しないという、制限の解除。
(2)S0:CDPイネーブル→Sx:CDPディセーブル設定でも、電力の増大なく、USB ChargeポートでのWakeUpを機能させることが可能(上記給電手段は、外部機器のWakeUpの機能が不要または非優先の状態では一時無効となり(電源線のVbusトグルに依る)、USB Chargingに関して電源OFF時の省電力に寄与する)。
(3)S0時のCDPイネーブルを、システムまたはデバイスとして標準設定可能で、認証やロゴ要求も満足。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係わる構成要素を適宜組み合わせても良いものである。
101 コンピュータ
102 CPU
103 メモリ
104 BIOS−ROM
1041 起動部
1042 停止部
1043 給電制御部
1044 記憶部
105 USBコントローラ
106 エンベデッドコントローラ
107 電源マイコン
108 電源回路
109 給電回路
110 USBポート
111 USBデバイス
112 外部ハードウェア

Claims (4)

  1. 外部機器に給電するための電源を備えた情報処理装置であって、
    前記外部機器の種別を検知する検知手段と、
    検知した外部機器の種別が特定の条件を満たす場合に、
    前記外部機器の給電モードを、第1の給電モードから第2の給電モードに切り替えるために前記電源が供給する電力を一時的に遮断した後に給電を継続する電力供給手段と
    を備えた情報処理装置。
  2. 前記電力供給手段が前記電源が供給する電力を一時的に遮断するのは、該情報処理装置が休止状態に移行した場合である請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記特定の条件は、前記外部機器の種別が非ウェイクアップ機器、第1の給電モードを備えた機器および該外部機器へのロード電流が所定の値以上の機器のいずれかである請求項2に記載の情報処理装置。
  4. 外部機器に給電するための電源を備えた情報処理装置における給電方法であって、
    前記外部機器の種別を検知する検知工程と、
    検知した外部機器の種別が特定の条件を満たす場合に、
    前記外部機器の給電モードを、第1の給電モードから第2の給電モードに切り替えるために前記電源が供給する電力を一時的に遮断した後に給電を継続する電力供給工程と
    を含んだ給電方法。
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