TWI666550B - 主機運算裝置、週邊附接件，以及於其間通訊之方法 - Google Patents

主機運算裝置、週邊附接件，以及於其間通訊之方法 Download PDF

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賈斯汀 C. 普林德爾
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Abstract

具體實施例係有關於安全週邊裝置通訊。於一個釋例中，一主機運算裝置可包括一串行化器/解串行化器(SERDES)、一PCIe匯流排、一視訊源、透過該SERDES耦接至該PCIe匯流排及該視訊源的一連接器；及一主機控制器用來以一安全模式操作及，透過該SERDES及該連接器，使得PCIe資料自PCIe匯流排只提供給一週邊裝置的一週邊裝置控制器。

Description

主機運算裝置、週邊附接件，以及於其間通訊之方法
本發明係有關於安全週邊裝置通訊技術。
發明背景
運算系統可包括多個輸入/輸出(I/O)系統。該等系統可以是一有線I/O諸如乙太網路、通用串列匯流排(USB)、外部串列先進技術附接(esata)、IEEE 1394、雷靂(thunderbolt)、或其它系統。此等有線I/O可允許實體連結以在週邊裝置與通訊系統間交換資料及/或電力。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種主機運算裝置，其包含：一串行化器/解串行化器(SERDES)；一週邊組件互連快速(PCIe)匯流排；一視訊源；透過該SERDES，耦接至該PCIe匯流排及該視訊源的一連接器；及一主機控制器用來以一安全模式操作及，透過該SERDES及該連接器，使得PCIe資料自PCIe匯流排只提供給一週邊裝置的一週邊裝置控制器。
102、302‧‧‧主機運算裝置
104、222、226、304、322‧‧‧SERDES
106、306‧‧‧PCIe匯流排
108、308‧‧‧視訊源
110‧‧‧主機控制器
111、311‧‧‧連接器
213、313‧‧‧對應連接器
220、320‧‧‧週邊裝置
224‧‧‧週邊控制器
310‧‧‧主機處理器
319、342-1~7、342-A‧‧‧通訊路徑
340‧‧‧系統
480‧‧‧方法
481、483‧‧‧處理方塊
圖1例示依據本揭示用於安全週邊裝置通訊的一主機運算裝置之一釋例的略圖。
圖2例示依據本揭示用於安全週邊裝置通訊的一週邊裝置之一釋例的略圖。
圖3例示依據本揭示用於安全週邊裝置通訊的一系統之一釋例的略圖。
圖4例示依據本揭示一種安全週邊裝置通訊方法之一釋例的流程圖。
較佳實施例之詳細說明
一連接器可涵括於一主機運算裝置中以便以有線或無線方式耦接主機運算裝置至週邊裝置。舉例言之，於有線輸入/輸出(I/O)系統中有線連接器可允許實體連結以在週邊裝置諸如擴充座之有線連接器與主機運算系統諸如膝上型電腦之對應有線連接器間交換資料及/或電力。換言之，耦接該主機電腦至該週邊裝置可允許該主機電腦與該週邊裝置間之通訊。舉例言之，當主機運算裝置耦接至週邊裝置時，週邊裝置(及於某些情況下，菊式鍊接至週邊裝置的額外週邊裝置)可透過主機裝置與耦接至主機裝置的週邊裝置間之通訊路徑接收資料，諸如PCIe資料。
然而，週邊裝置與主機裝置間之通訊路徑可能被不法週邊裝置攻擊漏洞(exploit)。舉例言之，不法週邊裝置可能藉槓桿運用此種通訊路徑獲取對主機運算裝 置非預期的存取而對運算裝置進行直接記憶體攻擊(DMA)或其它類型的攻擊。例如，不法週邊裝置可藉由通過主機運算裝置的PCIe匯流排至主機運算裝置的記憶體而獲取對主機運算裝置之記憶體的存取(例如，讀/寫存取)。雖然有些機制諸如提示運算裝置的用戶啟用週邊裝置連結，但此等辦法可能無法及/或可能不足以保護運算裝置不受攻擊，諸如DMA攻擊。
據此，本揭示係有關於安全週邊裝置通訊。於各種釋例中，安全週邊裝置通訊可採用一主機運算裝置包括一串行化器/解串行化器(SERDES)、一PCIe匯流排、一視訊源、透過該SERDES耦接至該PCIe匯流排及該視訊源的一連接器；及一主機控制器用來以一安全模式操作及，透過該SERDES及該連接器，使得PCIe資料自PCIe匯流排只提供給一週邊裝置的一週邊控制器。
如於本文中使用，PCIe資料係指透過PCIe匯流排提供的資料。如於本文中使用，PCIe資料「只」在其間提供給週邊裝置之週邊控制器係指PCIe資料單獨提供給週邊控制器而不給其它部分(透過週邊裝置之SERDES的PCIe資料路徑除外)也不提供PCIe資料給週邊裝置外部。「只」提供資料給週邊控制器係與其它辦法相反，該等辦法可將PCIe資料發送至週邊裝置之其它部分(例如，至第二SERDES)及/或將PCIe資料發送至週邊裝置之外部，諸如到耦接至該週邊裝置之其它週邊裝置及因而遭遇攻擊諸如DMA攻擊。須瞭解週邊控制器可以是主機運 算裝置，如於本文中描述，當PCIe資料「只」在主機運算裝置與週邊運算裝置間(亦即，至及/或自)通訊時能以全雙工操作(具有發送及接收能力)。
如於本文中使用，安全週邊裝置通訊可出現於當主機裝置回應於系統狀況(例如，諸如主機運算裝置耦接至週邊裝置)以「安全模式」作為內定操作模式操作時時及/或當由主機運算裝置之終端用戶選用諸如選擇「安全模式」時。期望地，安全週邊裝置通訊可使用PCIe資料提供週邊裝置諸如擴充座，同時藉由只提供PCIe資料給週邊裝置的一週邊控制器而阻擋各種攻擊諸如DMA攻擊的可能。如所述，PCIe資料不發送至週邊裝置之其它部分及/或週邊裝置本身的外部。結果，主機運算裝置因而特有地阻擋耦接至以安全模式操作的主機電腦的不法週邊裝置之攻擊諸如DMA攻擊。
值得注意地，週邊裝置可將各種其它類型的非PCIe資料諸如顯示埠資料及/或USB資料(其可於週邊裝置控制器內部自PCIe資料推衍)通訊至週邊裝置之其它部分及/或週邊裝置的外部，例如，耦接至該週邊裝置之其它週邊裝置。藉此方式，週邊裝置(及耦接至該週邊裝置之其它週邊裝置)可期望地維持各項功能，諸如顯示功能，即便當耦接至以安全模式操作的主機運算裝置時亦復如此。
圖1例示依據本揭示用於安全週邊裝置通訊的一主機運算裝置102之一釋例的略圖。如於圖1中例 示，主機運算裝置102可包括SERDES 104、PCIe匯流排106、視訊源108、主機控制器110、及連接器111。雖然圖1將SERDES 104、PCIe匯流排106、視訊源108、主機控制器110、及連接器111例示為分開的不同組件，但須瞭解此等組件及/或其它組件可予組合。例如，雖然圖1例示SERDES 104與主機控制器110為分開且不同，但於若干實施例中，SERDES 104可涵括於主機控制器110內(於實體腳印內部)。
主機運算裝置102可以是行動電話、支付工具、平板、桌上型電腦、及/或膝上型電腦等其它類型的運算裝置，包括一連接器以耦接至(以有線或無線方式)及與週邊裝置通訊資料(例如，週邊組件互連快速(PCIe)資料)。
SERDES 104可進行指令及/或資料的串行化及/或解串行化以提供於有限輸入/輸出介面上的資料傳輸。舉例言之，SERDES可接收及轉譯(例如，串行化/解串行化)資料成不同格式。SERDES 104可接收資料，諸如來自視訊源108的顯示埠資料及/或來自PCIe匯流排106的PCIe資料，及使用並進串出(PISO)硬體於串行通訊中轉譯資料以接收及轉譯資料，等其它可能。
串行通訊可透過連接器111發送至週邊裝置，如於本文中描述。SERDES 104可耦接至連接器111、主機控制器110、PCIe匯流排、及視訊源108，如於圖1中例示。在主機裝置102與週邊裝置間以串行方式發送傳輸 可提供改良之資料傳輸速率，減少介面要求的信號數目，及/或改良安全性而與以另一種非串行方式發送資料相反。
PCIe匯流排106可以是串行擴充介面電路(匯流排)其可提供優於例如，PCI、PCI-X、及加速圖形埠(AGP)匯流排標準等其它的改良。雖然圖1例示運算裝置102為包括PCIe匯流排106，但本文揭示並非受此所限。反而，主機運算裝置102可包括替代或額外介面，諸如串列進階技術附接(SATA)、SATA快速、週邊組件互連(PCI)、及/或通用串列匯流排(USB)等其它連結及介面。
視訊源108係指能夠產生視訊信號的組件，諸如採用顯示埠(DP)、VGA、及/或組件視訊者。於若干釋例中，視訊源108可以是DP介面。視訊源108可單獨或與其它視訊、音訊、USB、或其它類型資料一起提供DP資料給SERDES 104。於各種釋例中，視訊源108能夠透過SERDES 104及/或連接器111，提供視訊資料諸如DP資料給能夠顯示視訊資料的週邊裝置。
主機控制器110係指可執行指令以進行安全週邊裝置通訊的各種面向的硬體邏輯裝置(例如，邏輯晶粒，特定應用積體電路(ASIC)。主機控制器110可包括硬體組件及/或電腦可讀取及可執行指令以使得主機運算裝置102以安全模式操作(作為內定操作模式及/或回應於提供給主機運算裝置102的選擇)及/或可使得來自PCIe匯流排106之PCIe資料，透過SERDES 104及連接器111，只提供給週邊裝置的週邊控制器，等其它可能。
指令(例如，軟體、韌體、程式規劃等)可儲存於記憶體資源(例如，電腦可讀取媒體)或作為有線程式(例如，邏輯)。舉例言之，主機控制器110可包括多個引擎，可包括硬體與指令的組合以進行於本文中描述的多項功能(例如，使得來自PCIe匯流排之PCIe資料，透過SERDES及連接器，只提供給週邊裝置的週邊控制器等)。
引擎中之各者可包括硬體或硬體與指令的組合。控制器110可在主機運算裝置上實施，如於圖1中例示，及/或主機運算裝置之集合、週邊裝置及/或週邊裝置之集合、及/或主機運算裝置與週邊裝置之組合上實施。
連接器111係指有線及/或無線連接器。例如，於若干釋例中，連接器可以是有線連接器諸如乙太網路、通用串列匯流排(USB)、外部串列先進技術附接(esata)、IEEE 1394、雷靂(thunderbolt)、或其它系統。於釋例中，連接器110可以是USB連接器等其它可能。須注意主機裝置(及同理，於本文中描述的週邊裝置)可包括任何合宜數目的連接器。
於若干釋例中，連接器111可以是C型USB埠。C型USB埠可以多數模式操作，包括USB模式、DP模式(例如，具有分享USB或其它類型資料及DP)及/或可進行與顯示埠資料交插的串行化PCIe之模式。如所述，於各種釋例中，連接器111可透過SERDES 104耦接至PCIe匯流排106及視訊源108，使得主機控制器110可以是以安全模式操作的主機控制器，及使得來自PCIe匯流排106之 PCIe資料，透過SERDES及連接器111，只提供給週邊裝置的週邊控制器。
例如，主機運算裝置102可包括機架。機架可包括連接器111。舉例言之，機架可包括具有連接器111安裝其上的一側及/或安裝於機架內部在主機運算裝置102之一側上，等其它可能。
圖2例示依據本揭示用於安全週邊裝置通訊的一週邊裝置220之一釋例的略圖。如於圖2中例示，週邊裝置220可包括對應連接器213、SERDES 222、週邊控制器224、第二SERDES 226。
雖然圖2例示對應連接器213、SERDES 222、週邊控制器224及第二SERDES 226為分開的不同組件，但須瞭解此等組件及/或其它組件可組合。例如，雖然圖2例示SERDES 222及第二SERDES 226為與週邊控制器224分開且不同，但於若干實施例中，SERDES 222及/或第二SERDES 226可涵括於週邊控制器224內(實體腳印內部)。例如，SERDES 222及第二SERDES 226中之各者可被涵括於週邊控制器224內部以促進安全週邊裝置通訊之面向，諸如將PCIe資料只提供給週邊控制器224。於若干釋例中，SERDES 222及第二SERDES 226中之各者可被涵括於包含週邊控制器224的晶片內(例如，以矽為基礎的晶片)。然而，本揭示並非受此所限。例如，於若干釋例中，SERDES 222，但非第二SERDES 226可涵括於包含週邊控制器224的晶片內，等其它可能。
週邊裝置220可以是顯示器(例如，監視器、電視機等)、行動裝置、擴充座、桌上型電腦、及/或膝上型電腦，等其它類型的電子裝置，其包括對應連接器以耦接至主機通訊裝置中之連接器，及與主機運算裝置通訊資料(例如，PCIe資料)。於若干釋例中，週邊裝置220可以是擴充座。例如，週邊裝置220可以是擴充座用以耦接至及實體上對接一主機運算裝置與擴充座。
對應連接器213可以是與連接器(例如，有關圖1描述的連接器111)相同類型的連接器(有線或無線)以允許連接器耦接至對應連接器。舉例言之，對應連接器213可以是USB連接器等其它類型的有線及/或無線連接器。
SERDES 222及第二SERDES 226可類似主機運算裝置的SERDES。SERDES 222及/或第二SERDES 226可進行指令及/或資料的串行化及/或解串行化以提供於有限輸入/輸出介面上的資料傳輸。
舉例言之，SERDES 222可包括串進並出(SIPO)硬體以解串行化一串行化通訊，包括接收自主機運算裝置的PCIe資料。解串行化通訊及其中涵括的資料，諸如接收自主機運算裝置的PCIe資料，可提供給週邊控制器224等其它可能。
如所述且與其它辦法相反地，須注意PCIe不提供給第二SERDES 226，PCIe資料也不提供週邊控制器224外部(一旦由週邊控制器接收)。如此，週邊控制器 224可傳輸(或造成傳輸)資料諸如USB資料、顯示埠資料等其它類型資料至週邊裝置之其它部分及/或週邊裝置外部，但週邊控制器222不會傳輸(或造成傳輸)PCIe資料至週邊裝置之其它部分或週邊裝置外部。再度，須注意週邊裝置可以主機運算裝置以全雙工模式操作，因此使用主機運算裝置發射及/或接收PCIe資料。
週邊控制器224係指能執行指令以進行安全週邊裝置通訊的各個面向的硬體邏輯裝置(例如，邏輯晶粒，ASIC。週邊控制器224 110可包括硬體組件及/或電腦可讀取且可執行指令以透過SERDES 222自主機運算裝置接收PCIe資料，等其它可能。
圖3例示依據本揭示用於安全週邊裝置通訊之系統的一釋例之略圖。如於圖3中例示，系統340可包括主機運算裝置302及週邊裝置320。
主機運算裝置302係類似前文有關圖1描述的主機運算裝置102。舉例言之，主機運算裝置302可包括SERDES 304、PCIe匯流排306、視訊源308、主機處理器310、及連接器311，分別地類似前文有關圖1描述的SERDES 104、PCIe匯流排106、視訊源108、主機處理器110、及連接器111。
同理，週邊裝置320類似前文有關圖1描述的週邊裝置120。舉例言之，週邊裝置320可包括對應連接器313、SERDES 322、第二SERDES 326及週邊控制器324其係分別地類似前文有關圖2描述的對應連接器213、 SERDES 222、第二SERDES 226及週邊控制器224。
再度發現PCIe可透過當主機裝置302之連接器311耦接至週邊裝置320之對應連接器313時形成的通訊路徑319而自主機裝置302提供給週邊裝置320。舉例言之，主機運算裝置302可於週邊裝置320等其它可能的耦接機構中「擴充」。
週邊裝置320包括週邊裝置320之各部分間的及/或該週邊裝置與其它週邊裝置間的通訊路徑341-1、342-2、342-3、342-4、342-5、342-6、342-7、...、342-A。舉例言之，通訊路徑342-1、342-2、342-5、342-6表示週邊裝置內部組件間之內部通訊路徑，而通訊路徑342-3、342-4、342-7、342-A。週邊裝置320可包括或多或少的通訊路徑。
如所述，雖然圖3例示對應連接器313、SERDES 322、週邊控制器324、及第二SERDES 326為分開的不同組件，但須瞭解此等組件及/或其它組件可組合。舉例言之，SERDES 322及第二SERDES 326中之各者可涵括於週邊控制器324內部(於實體腳印內部)以促進安全週邊裝置通訊的面向，諸如只提供PCIe資料給週邊控制器224。如此，例示為分開的不同的通訊路徑341-1、342-2、342-3、342-4、342-5、342-6、342-7、...、342-A中之任一者可經組合。
總而言之，雖然週邊控制器324可接收PCIe(例如，透過通訊路徑319、342-1、及342-2)，但再 度發現除非許可PCIe資料提供給通訊路徑342-3、...、342-A否則週邊控制器不發射PCIe給其它。因此，週邊控制器324可包括指令及/或接收指令(例如，來自主機處理器310)使得除非許可PCIe資料提供給通訊路徑342-3、...、342-A否則週邊控制器不發射PCIe給其它。藉此方式，PCIe資料只從主機裝置302提供給週邊控制器324。
然而，週邊裝置320(及耦接至該週邊裝置之其它週邊裝置)可合所需地維持各項功能，諸如顯示功能，即便當耦接至以安全模式操作的主機運算裝置時亦復如此。換言之，週邊裝置可例如，透過通訊路徑342-3、...、342-A中之一通訊路徑，發射或以其它方式與週邊裝置320之其它部分及/或與其它週邊裝置通訊非PCIe資料，諸如USB資料及/或DP資料。
圖4例示依據本揭示一種安全週邊裝置通訊方法之一釋例的流程圖。如於481例示，方法480可包括耦接以安全模式操作的主機運算裝置至涵括週邊控制器的週邊裝置。於各種釋例中，耦接係指可卸式耦接。例如，於若干釋例中，主機運算裝置能夠於週邊裝置可卸式地「擴充」，等其它類型耦接。耦接主機運算裝置與週邊裝置(以有線或無線方式)可允許主機運算裝置與週邊裝置間之資料諸如PCIe及/或無線PCIe之通訊。
換言之，如於483例示，方法480可包括只在主機裝置間及至週邊裝置之週邊控制器提供PCIe資料，如有關圖1-3容後詳述。舉例言之，方法480可包括只 提供PCIe資料給週邊裝置之週邊控制器。然而，雖然本文揭示只提供PCIe資料給一週邊裝置之週邊控制器，但須瞭解任何數目之週邊裝置皆可運用於安全週邊裝置通訊。
舉例言之，於若干釋例中，該週邊裝置係涵括於多數週邊裝置內。於此等釋例中，該方法可包括使用有關圖1-3中描述的週邊裝置所描述的相同或類似技術，只在該主機裝置與該等週邊裝置中之各個週邊裝置之個別週邊控制器間提供PCIe資料。
於若干釋例中，該方法可包括自週邊控制器輸出視訊資料諸如DP資料及/或USB資料至另一週邊裝置。藉此方式，週邊裝置可並接或串接(菊式式)至週邊裝置，及耦接至該週邊裝置(例如，如於圖3中例示之320)之該等週邊裝置中之各個週邊裝置可具有個別功能，諸如顯示功能。
舉例言之，週邊裝置可以是擴充座，能耦接至具有顯示功能的顯示器，藉此週邊裝置提供視訊資料諸如DP資料給顯示器。舉例言之，當耦接至主機運算裝置時可以安全模式操作的週邊裝置當耦接至另一週邊裝置時能提供4K顯示能力。
如所述，主機裝置可以安全模式操作以便只提供PCIe給週邊裝置之週邊控制器。安全模式可以是主機運算裝置的內定操作模式及/或可以是可選擇選項。舉例言之，於若干釋例中，該方法可包括在只提供PCIe資料給週邊控制器之前，在主機運算裝置上選擇一安全模式。如 此，用戶及/或主機運算裝置回應於系統狀況可選擇安全模式。舉例言之，終端用戶藉由透過主機運算裝置的圖形用戶介面作選擇及/或藉由其它選擇機制可選擇性地進入安全模式。同理，須瞭解該方法可包括解除安全模式之選擇。
須瞭解當一元件被稱作「於其上」、「連結到」、「耦接至」、或「耦接」另一元件時，其可在另一元件正上方、與其連結、或耦接，或可存在有中間元件。相反地，當一物體係「直接耦接至」、或「直接耦接」另一元件時，須瞭解沒有中間元件(黏著劑、螺絲、其它元件)等。
於本揭示前文之詳細說明部分中，參考構成其中一部分的附圖，及於其中例示地顯示如何實施揭示內容之釋例。此等釋例係以充分細節描述以使得熟諳技藝人士能夠實施本揭示內容之釋例，須瞭解可利用其它釋例(例如，具有不同厚度)，及可做該處理程序、電氣、及/或結構變化而不背離本揭示之範圍。
本文中之圖式遵照編號習慣，於其中第一位數對應附圖之圖式編號，及其餘位數識別於附圖中之元件或組件。舉例言之，元件符號110可指圖1中之元件110，及圖3中之類似元件可以元件符號310識別。本文中之各圖間顯示的元件可以增加、交換、及/或去除因而提供本揭示之多個額外釋例。此外，圖式中提供的該等元件之比例及相對尺寸係意圖例示本揭示之釋例，而不應取作為限制性意義。又，如於本文中使用，「多個」元件及/或特徵可指 此等元件及/或特徵中之一或多者。

Claims (15)

  1. 一種主機運算裝置，其包含：一串行化器/解串行化器(SERDES)；一週邊組件互連快速(PCIe)匯流排；一視訊源；一連接器，其透過該SERDES，耦接至該PCIe匯流排及該視訊源；及一主機控制器，用來以一安全模式操作並透過該SERDES及該連接器，使得來自PCIe匯流排的PCIe資料只提供給一週邊裝置的一週邊控制器。
  2. 如請求項1之主機運算裝置，其中該SERDES進一步包含並進串出(PISO)硬體用以將來自該視訊源的視訊資料及該PCIe資料串行化成提供給該週邊控制器的一串行化資料通訊。
  3. 如請求項2之主機運算裝置，其中該視訊資料進一步包含來自涵括於該主機運算裝置中之一顯示埠介面的顯示埠視訊資料。
  4. 如請求項1之主機運算裝置，其中該連接器進一步包含一有線連接器以耦接至於該週邊裝置中之一對應有線連接器。
  5. 如請求項4之主機運算裝置，其中該有線連接器進一步包含一通用串列匯流排連接器。
  6. 如請求項1之主機運算裝置，其中該主機運算裝置進一步包含一膝上型運算裝置、一行動電話、一平板、一桌上型運算裝置、或其組合。
  7. 一種週邊附接件，其包含：一SERDES；一對應連接器；及一週邊控制器，當耦接至以一安全模式操作的一主機運算裝置時用以：透過該SERDES，只與該主機運算裝置通訊週邊組件互連快速(PCIe)資料；及於該週邊控制器外部發射非PCIe資料。
  8. 如請求項7之週邊附接件，其中該週邊附接件包含一擴充座以擴充該主機運算裝置。
  9. 如請求項7之週邊附接件，其中該週邊附接件包括一輸出以從該週邊控制器輸出一視訊資料，但非PCIe資料，至另一週邊裝置。
  10. 如請求項7之週邊附接件，其中該SERDES進一步包含一串進並出(SIPO)硬體用以解串行化包括接收自該主機運算裝置的PCIe資料之一串行化通訊。
  11. 如請求項7之週邊附接件，其進一步包含一第二SERDES，及其中該第二SERDES係被提供非PCIe資料，但不被提供PCIe資料。
  12. 一種方法，其包含：將以一安全模式操作的一主機運算裝置耦接至包括一週邊控制器的一週邊裝置；及只在該主機裝置與至該週邊裝置之該週邊控制器間提供PCIe資料。
  13. 如請求項12之方法，其中該週邊裝置係涵括於多數週邊裝置中，及該方法進一步包含只在該主機裝置與該等週邊裝置之各個週邊裝置的個別週邊控制器間提供PCIe資料。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含自該週邊控制器輸出視訊資料至另一週邊裝置。
  15. 如請求項12之方法，其進一步包含於只提供該PCIe資料給該週邊控制器之前於一主機運算裝置上選擇一安全模式。
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