計算機系統及外圍設備驅動方法

專利名稱：計算機系統及外圍設備驅動方法
技術領域：
本發明有關于計算機系統的應用，尤其是有關于具有省電 效果的計算機系統及其省電的方法。
背景技術：
在筆記型計算機之類的移動裝置中，電池續航力是設計上 的關鍵瓶頸，而處理器一向是主要的電力消耗來源。根據高級
配置和電源管理接口 (ACPI)的規范，處理器的電源狀態被設 計為CO， CI, C2, C3,…Cn。其中CO代表活-夭狀態，此時處 理器執行指令而最耗電。其他Cl到Cn依序為不同深度的睡眠狀 態，處理器可消耗較少電力。因此若是能將處理器的電力狀態 盡量保持在深睡狀態，就能減少耗電而延長筆記型計算機的電 池續^元力。
通用串行總線(Universal Serial Bus， USB)是現今廣為4吏 用的接口 ，可供計算機系統方便地以即時熱插拔的方式擴充各 種外圍設備，例如鍵盤鼠標之類的人機界面裝置(Human Interface Device, HID )、儲存裝置、網絡卡、音效卡等。然而， USB架構雖然方便，其使用過程卻會持續地將處理器導入CO模 式，使處理器無法長久保持在較省電的電源狀態。圖la為USB 外圍設備的輪詢流程圖。在步驟101中， 一計算機系統啟動，各 種USB外圍設備耦接該計算機系統以執行功能。在步驟103中， USB上的裝置或控制器周期性地發出廣播信號，以更新存儲器 中的一輪詢列表。在步驟105中，處理器為了周期性地讀取存儲 器中的該輪詢列表，必須進入最耗電的CO狀態。在步驟107中， 處理器讀取該輪詢列表，判斷是否有熱插拔的事件發生。如果有就進行處理，反之則不處理。在步驟109中，處理器結束輪詢， 進入C2狀態。
圖lb為根據圖la的處理器電源狀態統計圖。由圖la及圖lb 中可知，處理器必須不斷的被喚醒以執行存儲器讀取動作，因 此整個系統處于閑置狀態時，處理器的C0和C1狀態會占用 一定 比例，而大部分其他時間(例如95%)停留在C2狀態中。在C2 狀態中，總線控制器如果閑置一段時間，處理器才會進一步進 入C3狀態。然而因為USB架構造成頻繁的總線活動，使處理器 根本沒有機會進入更省電的C3狀態。
有筌于此， 一 種降低電力消耗的改良技術是有待開發的。

發明內容
為了節省處理器的電力消耗，本發明提出一種計算機系統， 可在不喚醒處理器的情況下使用USB接口裝置。此種計算機系 統的處理器在多種電源狀態之間切換運作。 一通用串行總線 (USB)接頭連接一USB接口裝置而接收一USB輸入信號。一 規格轉換接口將該USB輸入信號轉為一雙向同步串行通信協議 信號。 一控制單元接收該雙向同步串行通信協議信號，以執行 該USB接口裝置的功能。
在另 一種計算機系統的實施例中，處理器在多種電源狀態 之間切換運作，而通用串行總線(USB)接頭連接一USB接口 裝置而接收一USB輸入信號。 一規格轉換接口，耦接該USB接 頭，將該USB輸入信號轉為非USB傳輸通信協議信號， 一控制 單元具有一傳輸通信端口 ，對應該非USB傳輸通信協議信號， 耦接該規格轉換接口 ，用以接收該非USB傳輸通信協議信號。 該控制單元定期輪詢該傳輸通信端口的腳位狀態，以判斷該 USB接頭是否連接該USB接口裝置。本發明另 一 實施例是一種外圍設備驅動方法。首先提供一
雙向同步串行通信端口 ，通過一規格轉換接口連接一USB接口 裝置。接著由該USB接口裝置產生一USB輸入信號，并使該規 格轉換接口將該U S B輸入信號轉為 一 雙向同步串行通信協議信 號并傳送至該雙向同步串行通信端口 。最后根據該雙向同步串 行通信協議信號執行該USB接口裝置的功能。
在另 一種外圍設備驅動方法的實施例中，首先定期輪詢一 通用串行總線(USB )接頭是否連接一USB接口裝置。如果該 USB接頭連接一USB接口裝置而輸入一USB輸入信號，則使用 一規格轉換接口將該U S B輸入信號轉為非U S B傳輸通信協議信 號。最后解讀該非USB傳輸通信協議信號以執行該USB接口裝 置的功能。
通過本發明的實施，對于使用者來說，仍可維持原本USB 接口裝置的使用習慣。而且，對于移動裝置來說，整個系統更 加省電而增加電池^吏用的時間。


圖la為USB外圍設備的輪詢流程圖lb為根據圖la的處理器電源狀態統計圖2a和圖2b為本發明實施例的計算機系統；
圖3為本發明實施例的外圍設備驅動方法；
圖4為本發明實施例的處理器電源狀態統計圖。
具體實施例方式
為了節省處理器的電力消耗，本發明所提出的計算機系統 可在不喚醒處理器的情況下使用U S B接口裝置。通過計算機系 統中的規格轉換接口將原本來自USB接口裝置的USB輸入信號轉為非U S B傳輸通信協議信號，并傳輸至 一 傳輸通信端口作進
一步處理，以達到支持熱插拔，并且節省電源的效果。這里所
指的非USB傳輸通信協議信號可以是雙向同步串行通信協議信 號(如PS/2協議信號)、串行協議信號(如RS/232協議信號)、 并行協議信號或其他非USB傳輸通信協議信號。另外，這里所 指的傳輸通信端口可以是雙向同步串行通信端口 (如PS/2端 口)、串行端口(如RS/232端口)、并4亍端口或其他傳輸通信端 口。特別是，計算機系統處理這些非USB傳輸通信協議信號所 需耗費的處理器資源會少于處理原本的U S B輸入信號。以下作 更進一步的說明。
PS/2接頭最初是IBM公司的專利，用于鼠標或鍵盤，采用 六腳位結構，其中四個腳位用來傳輸數據和供電，而其余二腳 位為空腳。PS/2通信協議基本上是一種雙向同步串行通信協議， 通信雙方根據一CLOCK腳位進行同步，并以數據腳位交換數 據。PS/2控制器可實際運作于南橋芯片、或實際運作于移動裝 置中的嵌入式控制芯片(embedded controller)中，例如10芯片 中的8510芯片。由于PS/2并不具備熱插拔的功能，因此當PS/2 接口裝置與計算機系統的PS/2接頭連接時，系統需重新開機， 才能啟動PS/2接口裝置。相較于USB架構的熱插拔特性，PS/2 架構下的效能不符合現今大部分應用需求，所以使用率日漸降 低，而漸漸被USB架構所取代。然而，因為在PS/2架構下的PS/2 接口裝置的運作原理不會如同在USB架構下的USB接口裝置需 耗用處理器的資源，所以PS/2架構的運作比USB架構省電。
另一方面，大部分筆記型計算機上都配有多個USB接頭， 以提供使用者外接其他的USB接口裝置，例如使用者自行準 備的USB鼠標、甚至是USB鍵盤，而根據前段說明，這些USB 接口裝置即使本身耗電不高，卻因USB架構無法進入較深層的睡眠狀態(例如C3),而會消耗處理器的電力，進而縮減了電 池的使用時間。因此在本發明實施例的計算才幾系統200a中，利 用PS/2架構的特性，解決了 USB架構消耗處理器的電力的問題， 其詳細i兌明如下。
圖2a為本發明實施例的計算機系統。如圖2a所示，計算機 系統200a中的一處理器202可在多種電源狀態之間切換運作，例 如依不同的工作狀態在CO Cn之間切換。一USB^妄頭218可連 接一USB接口裝置302,接收其產生的一USB輸入信號。該USB 接頭218例如位于電路板上，使用者可在機殼上看到該USB接頭 218的USB端口外觀。連接該USB接頭218的該USB接口裝置302 例如是一USB人機界面裝置(如鍵盤或鼠標)、儲存裝置、網 絡卡或音效卡等。一PS/2轉換接口 208耦接該USB接頭218，可 將該USB輸入信號轉為一PS/2協議信號，該PS/2轉換接口 208例 如位于電路板上。控制單元210可以是南橋芯片、使用于移動裝 置中的嵌入式控制芯片(如IO芯片中的8510芯片)、或是整合 南北橋功能的一整合型芯片。在控制單元210中則可包括一PS/2 端口214,用以連接該PS/2轉換接口 208并接收該PS/2協議信號。 從外觀上來看，使用者并不會看到PS/2端口214,而是看到USB 接頭218,因此在使用習慣上并不會對使用者造成不便。
由于傳統的PS/2端口214不具備熱插拔的功能，本發明特別 提出 一種輪詢的方式使該PS/2端口 214支持熱插拔。基本上如果 USB接口裝置302耦接至該USB接頭218上，^^艮據電位耦合的原 理，該PS/2端口214上對應的腳位也可以偵測得到變化。所以控 制單元210可通過定期輪詢該PS/2端口 214上的腳位狀態，以判 斷是否有USB接口裝置連接至USB接頭，從而達到支持熱插拔 的功能。定期輪詢的間隔例如可以:沒定為5毫秒，此時每秒可以 偵測200次。值得一提的是，在PS/2的架構下，該控制單元210執行定期 輪詢的步驟并不會影響處理器202的睡眠狀態。所以當計算機系 統200a處于閑置狀態，計算機系統200a中的主存儲器204不需再 配置資源來支持該USB接口裝置302的存取，所以處理器202有 較多的時間能夠處于C3狀態而不受干擾，相較于以往USB架構 下的輪詢，可以省下可觀的電力消耗。
除此之外，在控制單元210進4于定期，合詢時，如果偵測到該 USB接口裝置302被連接至USB接頭218上，通過PS/2轉換接口 208并搭配PS/2架構下的定期輪詢則可立即啟用PS/2端口 214， 執行該USB接口裝置的功能。
在另 一 實施例中，控制單元210中的串行端口 (Serial Port)212也可善加利用來提供上述USB接口裝置的功能。在計算 機系統200a中可進一步包括一 串行轉換接口 206，其耦接一USB 接頭216，將接收到的USB輸入信號轉為RS/232協議信號，使控 制單元210通過串行端口212執行USB接口裝置3 02的功能。在實 際運作上，通過適當的串行轉換接口 206將USB接口裝置302的 USB輸入信號轉成串行端口 212可讀取的信號，有必要的話再搭 配適當改寫的驅動程序，就能實現不占用處理器202資源的接口 裝置功能。此外，串行端口212隨時安裝皆可使用而不需重開機。 若是要實際運作即時偵測插拔動作，則可以通過控制單元210 的輪詢功能來實現。
圖2b為本發明另 一 實施例的計算機系統200b。在計算機系 統200b中，具體地說明了南橋芯片220和嵌入式控制芯片230的 分工。該南橋芯片220和嵌入式控制芯片230之間 一般以低針腳 數接口 (LPC)相連。此外，南橋芯片220與處理器202之間連 接北橋芯片240。該嵌入式控制芯片230中具有一PS/2端口 232, 可接收PS/2轉換接口 208轉送而來的PS/2協議信號。南橋芯片
ii220可通過LPC將該PS/2協議信號進一 步傳給操作系統做解讀， 以實現該USB接口裝置302所提供的功能。然而本發明實施例不 限定PS/2端口的安排方式。在某些已知的計算機系統中，PS/2 端口亦可實際運作于南橋芯片220中，不同的架構和做法同樣可 以達到本發明的目的。
計算機系統200b采用輪詢的方法，使得PS/2端口 232可支持 熱插拔。在PS/2架構下，該嵌入式控制芯片230可定期輪詢該 PS/2端口 232的腳位狀態，以判斷該USB接頭218是否連接USB 接口裝置302。輪詢周期若為5毫秒，每秒可以偵測200次，以達 到支持熱插拔的功能。
在本發明實施例中，在南橋芯片220中包括一狀態暫存器 222以及一數據暫存器224。該狀態暫存器222可用以指示該PS/2 端口 232的連接狀態。而該數據暫存器224可用以暫存由該PS/2 轉換接口 208輸入的信號(數據)。然而在實際運作上，該狀態 暫存器222和數據暫存器224未必需要包括于南橋芯片220中，也 可以在嵌入式控制芯片230中，或是計算機系統200b中的其他位 置。當該嵌入式控制芯片230偵測到該USB接口裝置302連接至 USB接頭218時，則在該狀態暫存器222中設定一既定值，并發 出 一中斷要求給該南橋芯片220,要求該南橋芯片220解讀該數 據暫存器224中暫存的數據，以執行該USB接口裝置302的功能。
另 一方面，該計算機系統200b中也可以善用串行端口 234 來進行類似的功能。 一 串行轉換接口 206耦接于一USB接頭216 上，將USB接口裝置302輸入的USB信號轉換為RS/232規格的信 號，通過串行端口 234進入嵌入式控制芯片230和南橋芯片220。 經過適當的驅動程序或應用程序，即可執行該USB接口裝置302 的功能。由于串行端 234隨時安裝皆可使用而不需重開機，所 以若是要實際運作即時偵測插拔動作，可以通過嵌入式控制芯片230的輪詢功能來實現。
在本發明實施例中，上述的南橋芯片220未必單指南橋芯 片。在某些系統中南橋和北橋是整合在同一芯片中的。因此硬 體架構的實際運作并不限定為此。從外觀上而言，使用者看到 的USB接頭是一個USB端口 ，然而實際上在嵌入式控制芯片中 的內部運作卻是采用PS/2協議，因此對于使用者來說并不需要 改變原本的使用習慣，而且通過本發明還能使整個系統更加省 電。
圖3為本發明實施例的外圍設備驅動方法。綜上所述，本發 明實施例善用了 PS/2架構的特性來驅動USB外圍設備，而實現 了新功能。而圖2a和圖2b的實施例可以整理為如下步驟。在步 驟301中，啟動計算機系統。在步驟303中，由控制單元210或嵌 入式控制芯片230對其中的PS/2端口進行定期輪詢。在步驟305 中，根據PS/2端口中的腳位狀態判斷USB接口裝置是否連接至 USB接頭。如果偵測到USB接口裝置的插拔變化，則進行步驟 307。反之則回到步驟303。在步驟307中，將狀態暫存器222設 定為一既定值，并發出一中斷要求至控制單元或南橋芯片，該 中斷要求可觸發該控制單元或南橋芯片依照PS/2的規格開始處 理該PS/2協議信號。上述步驟并不存取系統的主存儲器，所以 不會干擾處理器的睡眠。換言之，計算機系統處理這些PS/2協 議信號所需耗費的處理器資源會少于處理原本的USB輸入信 號，所以系統耗電可大量減低。此外，在其他實施例中，若控 制單元210或嵌入式控制芯片230中的傳輸通信端口為串行端口 (如RS/232端口)、并行端口或其他傳輸通信端口 ，控制單元 210或嵌入式控制芯片230亦會對這些傳輸通信端口進行定期輪 詢，以達到支持熱插拔的效果。
圖4為本發明實施例的處理器電源狀態統計圖。經過實驗模擬分析，可顯示出本發明實施例的功效。利用計算機系統200a 或計算機系統200b的架構，不但USB接口裝置可正常運作，而 且處理器的耗電有效地降低。圖4中顯示處理器除了少數比例的 時間用于CO、 C1和C2狀態之外，大部分時間(例如95%)皆處 于C3狀態，相對于圖lb的C2狀態更加省電。整體電池續航力可 延長百分之十以上。
本發明實施例的計算機系統，提出了以PS/2端口或串行端 口為基礎的轉換電路，用以通過USB接頭接收USB接口裝置信 號。進一步的說，圖2a中的控制單元210或圖2b中的嵌入式控制 芯片230中也可以采用并行端口接口來搭配適當的轉換電路，實 際運作為一種外觀為USB接頭的并行端口接口 。由于PS/2端口 、 串行端口、并行端口等信號傳輸標準是現有規格，而USB接口 亦為標準規格，因此詳細的信號傳輸方式不在此贅述。圖2a和 圖2b中的串行轉換接口 206和PS/2轉換接口 208，實際上代表功 能區塊，實際運作上不限定是獨立電路，亦可以是整合在控制 單元210或嵌入式控制芯片230中的子模塊，或是與USB接頭整 合在一起。
除此之外，對于使用者來說，本發明除了適用于人機界面 裝置(如鍵盤或鼠標)，其他的USB接口裝置(如儲存裝置、 網絡卡或音效卡等)，對于本領域技術人員而言，經過適當的電 路轉換(USB信號轉換成其他信號傳輸協議的信號)、并搭配適 當的驅動程序或應用程序，亦可執行上述U S B接口裝置的功能。 如此一來，對于使用者來說，仍維持原本USB接口裝置的使用 習慣。而且，對于移動裝置來說，整個系統更加省電而增加電 池4吏用的時間。
以上所述僅為本發明較佳實施例，然其并非用以限定本發 明的范圍，任何熟悉本項技術的人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，可在此基礎上做進一步的改進和變化，因此本發明 的保護范圍當以本申請的權利要求書所界定的范圍為準。
附圖中符號的簡單說明如下
200a、 200b:計算機系統202:處理器
204:主存儲器210:控制單元
212:串行端口214:PS/2端口
206.串行轉換接口208:PS/2轉換接口
216、218: USB接頭302:USB接口裝置
220南橋芯片222:狀態暫存器
224數據暫存器230:嵌入式控制芯片
234串行端口232:PS/2端口
240北橋芯片。
1權利要求
1.一種計算機系統，其特征在于，包括一處理器，在多種電源狀態之間切換運作；一USB接頭，連接一USB接口裝置而接收一USB輸入信號；一規格轉換接口，耦接該USB接頭，將該USB輸入信號轉為非USB傳輸通信協議信號；以及一控制單元，具有一傳輸通信端口，對應該非USB傳輸通信協議信號，耦接該規格轉換接口，用以接收該非USB傳輸通信協議信號；其中該控制單元定期輪詢該傳輸通信端口的腳位狀態，以判斷該USB接頭是否連接該USB接口裝置。
2. 根據權利要求l所述的計算機系統，其特征在于，處理 該非USB傳輸通信協議信號所需耗費的處理器資源少于處理該 USB輸入信號所需耗費的處理器資源。
3. 根據權利要求l所述的計算機系統，其特征在于， 該規格轉換接口為一雙向同步串行通信轉換接口 ； 該傳輸通信端口為一雙向同步串4亍通信端口 ；以及 該非USB傳輸通信協議信號為一雙向同步串行通信協議信號。
4. 根據權利要求3所述的計算機系統，其特征在于， 該雙向同步串行通信轉換接口為一PS/2轉換接口 ； 該雙向同步串4亍通信端口為一PS/2端口 ；以及 該雙向同步串行通信協議信號為一PS/2協議信號。
5. 根據權利要求l所述的計算機系統，其特征在于， 該規格轉換接口為 一 串行轉換接口 ； 該傳輸通信端口為一 串行端口 ；以及該非U S B傳輸通信協議信號為 一 串行協議信號。
6. 根據權利要求l所述的計算機系統，其特征在于， 該規J各轉換4妄口為 一并4亍轉換4妾口 ；該傳輸通信端口為一并行端口 ；以及該非U S B傳輸通信協議信號為 一 并行協議信號。
7. 根據權利要求l所述的計算機系統，其特征在于，該計 算機系統為一移動裝置，該控制單元包括一南橋芯片與使用于 該移動裝置的一嵌入式控制芯片，該南橋芯片通過一低針腳數 接口與該嵌入式控制芯片耦接，以根據該非USB傳輸通信協議 信號執行該USB接口裝置的功能。
8. 根據權利要求7所述的計算機系統，其特征在于，進一 步包括一狀態暫存器，用以指示該傳輸通信端口的連接狀態；以及一數據暫存器，用以暫存該非USB傳輸通信協議信號； 其中，如果該嵌入式控制芯片偵測到該USB接口裝置的連 接，則設定該狀態暫存器具有一既定值并發出 一中斷要求至該 南橋芯片，使該南橋芯片解讀該數據暫存器中的該非USB傳輸 通信協議信號，以執行該USB接口裝置的功能。
9. 一種外圍設備驅動方法，其特征在于，包括 定期輪詢一USB接頭是否連接一USB接口裝置；如果該USB接頭連接一 USB接口裝置而輸入一 USB輸入信 號，使用 一 規格轉換接口將該USB輸入信號轉為非USB傳輸通 信協議信號；以及解讀該非USB傳輸通信協議信號以執行該USB接口裝置的 功能。
10. 根據權利要求9所述的外圍設備驅動方法，其特征在于， 解讀該非U S B傳輸通信協議信號所需耗費的處理器資源少于解 讀該USB輸入信號所需耗費的處理器資源。
11. 根據權利要求9所述的外圍設備驅動方法，其特征在于，該規格轉換接口為一雙向同步串行通信轉換接口 ；以及 該非USB傳輸通信協議信號為一雙向同步串行通信協議信 號，通過一雙向同步串行通信端口而被解讀。
12. 根據權利要求ll所述的外圍設備驅動方法，其特征在于，該雙向同步串行通信轉換接口為一PS/2轉換接口 ；以及 該雙向同步串行通信協議信號為一PS/2協議信號，通過一 PS/2端口而^皮解讀。
13. 根據權利要求9所述的外圍設備驅動方法，其特征在于， 該規格轉換接口為一 串行轉換接口 ；該非U S B傳輸通信協議信號為 一 串行協議信號，通過 一 串 4亍端口而纟皮解讀。
14. 根據權利要求9所述的外圍設備驅動方法，其特征在于， 該規J各轉換4矣口為一并行轉換4矣口 ；該非U S B傳輸通信協議信號為 一 并行協議信號，通過 一 并 4亍端口而纟皮解讀。
15. 根據權利要求9所述的外圍設備驅動方法，其特征在于， 應用于一移動裝置，解讀該非USB傳輸通信協議信號的步驟包 括使用 一南橋芯片通過一低針腳數接口與使用于該移動裝置 的 一嵌入式控制芯片耦接，以根據該非USB傳輸通信協議信號 執行該USB接口裝置的功能。
16. 根據權利要求15所述的外圍設備驅動方法，其特征在 于，進一步包括使用 一狀態暫存器指示該傳輸通信端口的連接狀態；以及 使用 一數據暫存器暫存該規格轉換接口所轉出的該非USB 傳輸通信協議信號；如果該嵌入式控制芯片偵測到該USB接口裝置的連接，則設定該狀態暫存器具有一既定值并發出 一中斷要求至該南橋芯片，使該南橋芯片解讀該數據暫存器中的該非USB傳輸通信協 議信號，以執行該USB接口裝置的功能。
全文摘要
本發明提供一種計算機系統及外圍設備驅動方法，該計算機系統包括一處理器在多種電源狀態之間切換運作。其中一通用串行總線接頭可連接一通用串行總線接口裝置而接收一通用串行總線輸入信號。一PS/2轉換接口耦接該通用串行總線接頭，將該通用串行總線輸入信號轉為一PS/2協議信號。一系統芯片具有一PS/2端口耦接該PS/2轉換接口，可用以接收該PS/2協議信號而執行該通用串行總線接口裝置的功能。本發明可使使用者維持原本USB接口裝置的使用習慣，且使整個移動裝置更加省電從而增加電池使用的時間。
文檔編號G06F13/42GK101581964SQ200910150708
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者林莉鳳, 黃宗慶 申請人:威盛電子股份有限公司