JP3672560B2 - コンピューター装置相互連結バスの電力管理システム - Google Patents

Description

本発明は、コンピューター・システム、特にコンピューター・システムの構成要素を連結するのに使用するための装置相互連結バスに関する。

装置相互連結バスは、一般に構成要素間の連絡を可能にするためにコンピューター・システム、またはネットワーク化されたコンピューター・グループの個々の構成要素、または装置を相互に接続するのに採用される。その相互連結バスはコンピューター装置間でのデータ、コマンド、そして他の信号の連絡を容易にするために設けられるのだが、従来のバスはそのバスに接続された装置の少なくとも幾つかに電力を分配するための伝送ラインをも有する。

一般に、バスに接続された装置はそれ自体に電源を有するか、またはバスから引き出された電力を必要とする。装置電源は、バッテリー電源、またはコンセントに接続出来る電源であっても良い。典型的な電源を含むコンピューター装置の例は、プリンター、モニター、スキャナー、大ディスク駆動装置、大スピーカー／増幅器、ビデオ装置、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ラップトップ、またはノートブック・コンピューターなどの携帯型コンピューターである。携帯型のコンピューターは、典型的に、ＡＣ電気のコンセントから電力を引き出すためのＡＣ変圧能力だけでなく、バッテリー駆動能力との両方を有する。電源を欠いており、故にそのバスから電力を引き出さなければならない装置の典型的な例は、マウス、マイクロフォン、ハンドヘルド・スキャナー、ネットワーク・アクセス・ブリッジ、小ディスク駆動装置、キーボード、ケーブル拡張装置等を含む。

バスそれ自体に電力を供給し、そしてそのバスからの電力を必要とするこれらの装置に電力を供給するために、十分な量の電力がバスに供給されなければならない。バス供給電力を必要とするバスに接続される全ての装置に電力を供給するためにそのバスに十分な電力量を出力することが出来る電源が提供される。従来、必要とされる電力量は、装置の全てが同時に運転中であって、その装置が最大電力を引き出しているであろうときを想定することにより決定される。換言すれば、コンピューター・システムは全装置にそれらの最大電力レベルで電力を供給するのに十分な電源を提供することによって構成される。但し、実際には、全ての装置が同時に動作することはなく、そして動作時、装置は、その装置が消費できる最大電力量を常に消費するとは限らない。それ故に、従来のバスの電源は、名目上必要とされるよりもはるかに大きな電力を提供することが出来る。この不必要な過剰電源はそのシステムへのコストを増し、それは全ての装置が同時に動作しないならば正当化されない。従来のシステムにおいては、かなり控え目な電源が用意され、バスに接続できる装置数は限定され。この解決策は、過度な電力を引き出す過剰な装置数により引き起こされるバスの過負荷をうまく防止するが、その解決策はそのバスの能力を不必要に制限する。バス相互連結の主な利点の一つは、種々の装置が相互連結されたり、都合良く交換されたりするのを可能にする柔軟性である。この柔軟性は、そのバスに接続される装置数が過度に限定されたり、装置数を増すために電源がアップグレードされなければならないならば失われる。

前述から、バスに接続できる装置数を最大にできる電力管理能力を有する改良コンピューター装置相互連結バス・システムを提供する必要性があることは理解できる。バスに接続された装置の全てが同時にアクティブである必要は無いという事実を利用する電力管理能力を提供することが本発明の特有の目的である。ＩＥＥＥ １３９４標準に適合した装置相互連結バスにそのような電力管理能力を提供することが本発明の他の目的である。

本発明のこれらや他の目的は装置相互連結バスに接続された装置に与えられる電力を管理するシステムにより達成される。そのシステムは以下にあげる要素を有している。
（ａ）バスに接続された装置の電力引き出し要件と電源能力とに関する情報を維持する手段、
（ｂ）装置によりそのバスから引き出される実電力量と装置によりそのバスに供給される実電力量とを決定する手段、
（ｃ）装置により必要とされる総電力量がそのバスに対して利用できる最大電力量を超えないことを保証するようにそのバスに接続された装置の動作を制御する手段。これらの手段を用いて、そのシステムは多数の装置を動作させるためにかなり控え目な総電力量を効率的に利用することが出来る。

好適な形態において、バスに接続された装置の動作を制御する手段は、電力が要求される装置を指定するバスから電力使用要求を受ける手段と、その装置を動作させるのに十分な有効余剰電力が存在するかどうかを決定する手段とを含む。そのコントロール手段は、不十分な電力量しか使用できないならば電力使用要求を否定する手段と、十分な電力量が使用できるならばその電力使用要求を認める手段とを含む。そのコントロール手段は、余剰電力の増加が終了するまで装置の動作を延期するように電力使用要求の認可を追加的に延期することが出来る。

バスに接続された装置により使用される電力を監視して、制御するための上記手段に加えて、この好適システムのコントロール手段は、そのバスに供給されている電力量を増減するためにそのバスに電力を供給する装置の動作を制御する手段をもまた含む。これについては、そのコントロール手段は、インアクティブであるが、アクティブ時には電力を供給することが出来る装置にソフト・パワー・オン・コマンドを伝送するための能力を含む。ソフト・パワー・オン能力を用いて、そのような装置をアクティブ化させることにより、バスに供給される電力量が増加される。そのコントロール手段は、そのような追加的電力が必要とされない時、バスに供給される電力量を低減するようにそのような装置をインアクティブ化する能力をもまた含む。

典型的に、本装置は、インアクティブ状態、待ち、または待機状態、そして完全動作状態など、または最小限動作電力状態や好適動作電力状態などの、異なる電力量を引き出す多数の異なる動作状態で動作できる。多数の可能状態の一つで動作する装置の電力使用を効率的に制御するために、そのシステムは装置の個々の動作状態に関する情報を維持して、各装置の実際の動作状態に基づく有効余剰電力を決定する。この情報を用いて、そのコントロール手段は、装置の実際の電力要件をより正確に決定して、有効電力を効率的に利用するために装置の動作をより効果的に制御することが出来る。

好適形態においては、本発明はＩＥＥＥＰ１３９４標準に適合した装置相互連結バスの範囲内で実施される。そのバスは、裁定接続形態で配置されたノードに接続された複数の装置を有する中継バスである。各々のノードは電力使用要求を含むバス信号を送受信する手段を含む。そのバスは、そのバスに接続された装置とは別に、アクティブのままにしておくために最小限の電力量を必要とする。そのバスに接続された装置の実際の電力使用に関する情報を維持する手段は、そのバスそれ自体により必要とされる最小限の電力に関する情報を追加的に維持する。

また本発明は、少くとも１つ以上の非バッテリー駆動装置がそのバスに接続されるとバッテリー駆動装置がそのバスから電力を引き出すことが出来るようにし、そしてそうでない時には電力をそのバスに供給することをそのバッテリー駆動装置に要求するようにそのバスに接続されたバッテリー駆動装置の動作を制御する手段を望ましくは含む。このために、非バッテリー駆動装置が構成されて、バッテリー駆動装置により提供されるよりも高い電圧でそのバスに電力を提供する。過電圧保護回路がバス上の電圧を検出するためにバッテリー駆動装置に接続される。過電圧保護回路は、もしもより高い電圧がそのバス上で検出された場合にバッテリー駆動装置の電源を切断し、そしてそうでない場合にはバッテリー電源をそのバスに接続する。従って、バッテリー駆動装置は、少なくとも一つ以上の非バッテリー駆動装置が電力を供給しているならばそのバスから電力のみを引き出す。さもなければ、バッテリー駆動装置はそのバスから電力を引き出す。この特徴で、バッテリー駆動装置のバッテリーは、不要時に保持されて、必要時に利用される。

シリアル装置相互連結バスと供に用いるための電力管理システムが開示される。説明のための以下の記述において、詳細が本発明の完全な理解を与えるために詳述される。但し、これらの詳細は本発明を実施するのに必ずしも必要ではない。他の例においては、既知構造と回路とが本発明の基本的局面を不明瞭にしないようにブロック図の形式で示される。

図において、本発明の好適形態が説明される。図１はシリアル相互連結バス１２を介して相互連結された個々の構成要素を有するコンピューター・システム１０を表す単純化されたブロック図を示す。コンピューター・システム１０は、全てがバス１２を介して相互連結されたホスト１４、ディスク駆動装置１６、ビデオモニター１８、入力マウス２０、プリンター２２、キーボード２４、そしてバッテリー駆動携帯型コンピューター２６を含む。図１で示されたコンピューター構成要素は主に説明的目的のために提供され、そしてバス１２を介して相互連結可能であるコンピューター装置の網羅的リストを表すものではない。むしろ、スキャナー、スピーカー／増幅器、ビデオ装置、マイクロフォン、ネットワーク・アクセスブリッジ等を含む広範囲の種々の他の装置がバス１２を介して接続可能である。更に、ＣＰＵなど、ホスト１４内の構成要素は個々にバス１２に接続されても良い。バス１２は単一コンピューター・システムの構成要素を相互連結させても良い、またはネットワーク・コンピューターなどの数台の分離したコンピューターを相互連結しても良い。

シリアルバス１２は信号伝送ライン２８と電力伝送ライン３０とを含む。信号伝送ライン２８はコンピューター装置間でデータ、コマンド、そして他の信号を伝送するために用いられる。信号伝送バス２８は、従来型のツイストペアー伝送ケーブルのペアーを含んでいても良い。図１は信号ライン２８と電力ライン３０との単純化表現である。各ラインは相互連結構成要素だけでなく、多数の内部ケーブルを包含しても良く、その例が図４−１０を参考に以下で説明される。

ホスト１４は従来のバス裁定技術に従って信号伝送ライン２８上で伝送される信号を管理するバス・マネージャー３１を含む。

ホスト１４、ビデオモニター１８、プリンター２２、そして携帯型機器２６の各々は従来のコンセントから電力を受けるためのＡＣ電源入力能力を含む。ディスク駆動装置１６、マウス２０、そしてキーボード２４は電源を欠いており、バス１２からの電力を必要とする。携帯型機器２６はバッテリー駆動能力とＡＣ電源入力能力との両方を含む。図１において、ＡＣ電源入力能力は電力入力ケーブル３４により表される、そして携帯型機器２６のバッテリー電源能力はバッテリー・ユニット３６により表される。過電圧保護回路３７はバッテリー・ユニット３６との組み合せにて用いられる。保護回路３７の機能は以下で説明される。

コンピューター・システム１０の各々の個々の構成要素は、信号ライン３２と電力ライン３４とを介してバスに接続される。図１において、信号ライン３２と電力ライン３４とは各装置に関連した指標を運ぶ。二重矢印はツーウェイ・データ、または電力伝送を表すが、単一矢印はワンウェイ伝送のみを表す。図１から分かるように、各装置は信号ライン２８を介してデータの送信と受信の両方を行うことが出来る。但し、ホスト１４、ビデオモニター１８、プリンター２２、そして携帯型機器２６のみが電力伝送ライン３０に電力を供給することが出来る。ディスク駆動装置１６、マウス２０、そしてキーボード２２の各々は内部電源を欠いているので、バスから電力を引き出さなければならない。故に、十分な電力量が、ホスト３４、ビデオモニター１８、プリンター２２、携帯型機器２６からバスに供給され、充分にディスク駆動装置１６、マウス２０、キーボード２２に電力をあたえなければならない。

従来型のシステムにおいては、ホストはバスに接続された全ての装置にそれらの最大電力レベルで同時に給電するのに十分な電源を備えている。しかしながら、システム設置時においては、何台のそのような装置が最終的にそのバスに接続されるかは一般に知られていない。故に、十分な電力を保証するために、従来型のバスは装置の総数に対する制限を含んでいた。これはバスに接続可能な装置数、または電源のサイズに不必要な制約を課す。

実際問題として、バスに接続される全ての装置が同時に動作する必要はない。実は多くのコンピューター・システムにおいては、全ての装置が同時に動作することはない。従って、バスの実際の電力要件は、全装置が同時に作動すると想定することにより必要とされる電力よりも実質的に少なくても良い。従来許容されるよりも多数の装置を接続出来るようにするために、本発明のコンピューター・システムはバス１２に接続された装置の電力使用を制御するための、ホスト１４内に接続された、電力マネージャー５０を含む。電力マネージャー５０はバス１２に接続された装置により利用される実際の電力量を決定する能力と、そして引き出される総電力量が利用可能最大値を超えないことを保証するように装置の動作を制御する能力とを含む。電力マネージャー５０は、電力管理を信号転送管理で調整するためのバス・マネージャー３１に接続される。

電力マネージャー５０が総電力使用量を監視して、バスに接続された装置の動作を制御するその過程は、主に図２を参考にして説明される。図２は電力マネージャー５０の内部動作を例示するフロー図を提供する。電力マネージャー５０の論理動作はホスト１４の処理ユニット内で実行するコンピューター・プログラムを使用して実施されるのが望ましい。但し、電力マネージャー５０の動作は、択一的に集積回路、または他のハードウェア回路技術を用いて実施されても良い。

電力マネージャー５０は、従来のデータバス伝送技術とプロトコルとに従ってデータやコマンド信号パケットを送受信するためのバス・マネージャー３１（図１）を介してデータ伝送バス２８に接続される。電力マネージャー５０は、電力要件テーブル５４、電力出力能力テーブル５６、そして装置状態テーブル５８とを含むデータベース５２を含む。電力利用テーブル５４は各装置のＩＤと、多数の可能動作状態の各々の電力引き出し要件とを蓄積する。マウスは、例えば典型的に二つの状態、待機とアクティブのうちの一つで動作する。待機において、マウスは動かなくて、単に動きを検出するのに十分な電力しか必要としない。一度オペレーターにより動かされると、マウスは自動的にバス１２上に新マウス座標を転送するのに十分な追加的電力を引き出す。例として、そのマウスは待機モードで１ワットを、そしてアクティブ・モードで２ワット引き出しても良い。電力要件テーブル５４はマウスの二つの動作状態を指定する情報と各状態に必要とされる電力とを蓄積する。

第二の例として、バッテリー能力を有するが、ＡＣ電源能力を持たない携帯型コンピューターは四つの可能状態：バッテリ−オフ（インアクティブ）、バッテリ−オフ（アクティブ）、バッテリ−オン（インアクティブ）、バッテリ−オン（アクティブ）の一つで動作する。バッテリー・オフ・モードにおいて、バッテリーがオフで、携帯型機器が動作するには、その携帯型機器はバスから電力を、典型的に３ワットを引き出さなければならない。但し、他の全ての状態においては、その携帯型機器は、インアクティブであるか、またはそれ自身の電力を利用するので電力を必要としない。電力要件テーブルは、携帯型機器のための前記電力要件状態を指定する値を蓄積する。勿論、携帯型機器の可能電力要件状態の実際の数は、図２で例示された例で表されたよりも広範囲の情報を要求する、より多数となっても良い。

他の例として、ディスク駆動装置は、ディスク駆動装置知能に対する待機時において、データへアクセスするより大きな電力量、高速データ転送のためのより大きな電力量を与えるために一つのレベルの電力を利用しても良い。種々の動作状態の各々と、関連して要求される電力レベルとがテーブル５４で維持される。

図２のテーブルは二つの装置の典型的値しか提供しないが、テーブル５４はバスから電力を供給、または引き出すことが出来る、中継モジュールなどの、ホストや他のバス構成要素を含むバスに接続される全ての装置の値を実際に蓄積する。各装置の状態の数と各状態に必要とされる電力は各装置に対して事前決定される。多数の動作状態を有する装置に対しては、テーブル５４は最大と最小限の電力要件に対応する一つか、二つの値のみを蓄積するのが望ましい。この情報は、コンピューター・システムの設置時にテーブル５４内に蓄積されても良い。但し、望ましくは、その情報はバスに接続された装置から、またはそのバスそれ自体の構成要素からバス１２上でのシステム初期時に電力マネージャー５０により受けられる。これは以下でより詳細に説明される。

電力マネージャー・データベース５２は電力出力能力テーブル５６を追加的に含む。電力要件テーブル５４は、装置がバスから引き出すことが出来る電力量についての情報を維持するが、電力能力テーブルは、その装置がその可能動作状態の各々において、データバスに供給することが出来る電力量についての情報を維持する。テーブル５４で一覧表にされた各々の装置はテーブル５６の対応する記録を含む。装置（１）（マウス）に対して、電力出力能力は、マウスは電源を持たないので、その動作状態に関係無く無しである。装置（２）（携帯型コンピューター）に対して、電源能力は装置の動作状態により異なる。例えば、携帯型機器のバッテリーがオフである動作状態１と２に対して、その携帯型機器はバスにいかなる電力をも供給できない。但し、バッテリーがオンであるが、携帯型機器はインアクティブである動作状態３においては、その携帯型機器は３ワットを提供することが出来る。バッテリーがオンで、携帯型機器がアクティブである動作状態４においては、その携帯型機器は１ワットをそのバスに供給でき、それはそれ自体の要件を超える余剰電力である。テーブル５４に蓄積された電力利用要件でのように、テーブル５６に蓄積された値はバス１２に接続された各装置に対して事前決定される。

電力管理データベース５２はバスに接続された各装置の実際の動作状態についての情報を維持する装置状態テーブル５８をも含む。テーブル５８の値は、正確な情報を維持するためにコンピューター・システムの動作中に周期的に更新される。図２で例示された例において、装置（１）（マウス）、は現在、アクティブ動作に相当する動作状態（２）にある、即ちオペレータが現在マウスを動かしている。装置（２）は現在、携帯型機器がバスに電力を供給するインアクティブ状態に相当する動作状態（３）にある。現在状態テーブル５８は各装置の優先値を追加的に含む。その優先値の使用が以下で説明される。

上記テーブルで、データベース５０はバスに供給されている実際の電力量と現時点でバスから引き出されている実際の電力量とを決定するのに必要な全ての情報を電力マネージャー５０に提供する。それ故に、電力マネージャー５０は、余剰電力が追加的装置に給電するのに十分に存在するかどうかを決定するのに必要な情報の全てを有する。

電力マネージャー５０がデータベース５２内に蓄積されたデータを操作する方法が図２内に含まれるフロー図を参考に説明される。最初に、ステップ１００において、電力マネージャー５０はバスに接続された全ての装置についての情報を受信して、蓄積することによりデータベース５２を初期化する。情報は他のデータ・タイプのデータをバス上で伝送するために従来使用されるようなデータパケット形式でバス・マネージャー３１を介してバス１２から電力マネージャー５０により受信される。パケットがバス１２上で送受信される技術は、全く従来の方法であって、ここでは詳細に説明されない。電力マネージャー５０はバス１２上で受信された情報を解析して、それをデータベース５２内の適当なロケーションに蓄積する。受信した情報は電力要件と、バスに接続された全ての装置の電力出力能力とを含む。その初期化データはシステム初期時における全装置の現在装置状態をも含む。

その初期化データは、それらの装置自身により提供されても良い。但し、望ましくは、コンピューター・システムは、各装置が専用チップ（後述の物理的インターフェイス・チップ、ＰＨＹ）を含むノードの一部となる後述される中継バス構造に従って構成される。装置電力要件と能力とはＰＨＹにハードワイヤードされる。システム初期時に、ＰＨＹはバス１２上で情報を自動的に伝送する。この様に、電力マネージャー５０は、データベース５２内に蓄積するためのデータを受信するためにシステム初期化中にバス１２上でのデータ伝送を「聞く」だけで良い。この実施の利点は、バスがインアクティブであるあいだに、装置がバスから取り除かれるか、またはバスに追加される時、その専用ＰＨＹもまた取り除かれるか、または追加されることである。従って、初期化時に、電力マネージャーは、新しいシステム構成に対応するデータを自動的に受信する。代わりとして、電力データはデータベース５２内に永久的に蓄積され、そして装置がシステムに追加される、またはそれから取り除かれる時には何時でもシステム・オペレーターにより手動で更新される。好適実施例はシステム・オペレーターにとってより透過的である。

初期化後、実行は、電力マネージャーがバスに接続された装置からバス１２を通じて電力使用要求を受けるステップ１０２に進む。電力使用要求はアクティブにされるべき装置（目標装置）のＩＤと、その装置に必要とされる動作状態とを指定する。電力使用要求は、目標装置から、または目標装置のアクティブ化を要求している装置からバス１２を通じてデータパケットで伝送される。例えば、もしＣＰＵがディスク駆動装置に蓄積されたデータを要求するならば、そのＣＰＵは電力使用要求をバス１２を通じて電力マネージャー５０に伝送して、ディスク駆動装置のアクティブ化を要求して、そして所望の動作状態がＤＡＴＡ ＡＣＣＥＳＳ状態であることを指定する。

ステップ１０４において、電力マネージャーは、装置のアクティブ化を可能にするのに十分な電力がバス上で利用可能であるかどうかを決定する。最初に、電力マネージャーは、バスに接続された全装置により現在バスから引き出されている総電力量を決定する。これはテーブル５８で指定された現在動作状態に対してテーブル５４の電力要件値を合計することにより達成される。例として、その計算は１００ワットの合計電力使用を与えても良い。次に、電力マネージャーは、テーブル５８で指定された現在動作状態の各々に対してテーブル５６の電力出力値を合計することによりバス１２から引き出される総電力量を決定する。この計算は、例として、合計１１０ワットを与えても良く、１０ワットの余剰電力を残す。望ましくは、余剰電力値は実行時合計として蓄積される。従って、電力マネージャーは、バスに供給される総電力量とバスから引き出される総電力量とを連続的に再計算する必要がない。むしろ、電力マネージャー５０は単に、バスに接続された装置の動作状態が変化する時に余剰電力の実行時合計を更新するだけである。

余剰電力を決定した後、必要ならば、電力マネージャー５０が電力使用要求を認めるために必要とされる電力量を決定するステップ１０６に実行が進む。これは、指定された動作のための目標装置により必要とされる電力を決定するために電力利用要件テーブル５４にアクセスすることにより達成される。例に続いて、もしディスク駆動装置はデータを読むために０．５ワット必要ならば、ステップ１０６で決定されるように電力使用要求を認めるために必要とされる電力は０．５ワットである。１０８において、電力マネージャーは必要とされる電力（０．５ワット）を余剰電力（１０ワット）と比較することによりその要求を認めるのに十分な余剰電力があるかどうかを決定する。もし十分な電力が利用可能であるならば、その電力使用要求は１１０で認められ、そして実行はステップ１０２に戻る。一度電力使用要求が認められると、ＣＰＵは従来のデータ・バス・コマンド裁定および伝送技術とに従ってそのＲＥＡＤコマンドをディスク駆動装置に伝送する。それで、十分な電力量を有すると保証されたディスク駆動装置が動作して、データを読み出す。ディスク駆動動作の完了時に、動作が完了したので追加電力がもはや不必要であることを示すデータパケットがディスク駆動装置から電力マネージャーに送られる。電力マネージャーは、それに従って装置状態テーブル５８を更新する。

もし、ステップ１０８において、十分な電力量が有効でなければ、電力マネージャーは有効余剰電力が装置の動作を可能にするために増加できるかどうかを決定するステップ１１０に実行が継続する。この決定は、必要とされる余剰電力を提供できるが、現在電力を供給していないバスに接続された装置が在るかどうかを決定するために電力出力能力と装置状態テーブル５８とを調べることにより行われる。例えば、電源を有するプリンターはオフにされても良い。もしそのプリンターがソフト・パワー・オン信号を介して遠隔的にオンにされることが出来るならば、余剰電力量は増加できる。故に、ソフト・パワー・オン信号はステップ１１２においてプリンターに伝送される。現在装置状態テーブルは、プリンターの状態の変化を反映するために更新される。十分な電力が電力使用要求を認めるのに現在有効であると仮定すると、実行はステップ１１０に進む。図示されない、追加的論理が、プリンターにより供給された余剰電力がもはや必要がないと決定されるとプリンターを自動的にインアクティブ化させるように構成されても良い。この決定は、電力使用パワー使用認可が発行された装置の実行の末端で、または幾らか遅れて行われても良い。

もし、ステップ１１０において、電力使用要求を認可するのに十分な追加電力を供給するようなアクティブ化出来る装置が無ければ、実行はステップ１１４に進む。１１４において、電力マネージャーは電力使用要求の優先順位を先に認可された電力使用要求の優先順位と比較する。もし装置がより低い優先順位を有する電力使用要求に従って現在動作しているならば、その電力マネージャーは先に認可された電力使用要求を無効にする、それにより新電力使用要求を認可させるのに十分な有効余剰電力を増加させる。多種の優先順序決定計画が実行されても良く、そして図示されない追加論理が利用されても良い。一般的に、ステップ１１４は電力マネージャー５０に多数の電力使用要求を裁定させる電力折衝ステップを提供する。

もし事前認可された電力使用要求がどれも無効にされなければ、現在電力使用要求が余剰電力の増加が終るまでステップ１１６において延期される。図示されないが、追加論理が延期された電力使用要求の処理を容易にするために提供されても良い。

ここで説明された電力マネージャー５０の動作は、バスがオンライン中に受信された全ての電力使用要求を処理するためにループで連続的に再実行される。もしあれば、余剰電力量を継続的に追跡することにより、そしてバス全体の電力使用情報を提供するデータベースを持つことにより、電力マネージャー５０は、電力が効率的に利用されることを保証するようにバスに接続された装置の動作を知能的に管理することが出来る。これは装置の全てを同時にそれらの最大電力レベルで動作させるのに十分な電力を提供することが出来る電源を提供する必要性を除く。故に、電力管理能力を欠いた従来型のバスを使用するよりも、より小さな電源が利用されても良く、またはより多くの装置が接続できる。

ＩＥＥＥ Ｐ１３９４ 実装
本発明の原理が様々なデータバス構造で有利に採用されても良いが、本発明は接続された装置の調停トポロジを有するＩＥＥＥ Ｐ１３９４標準に適合したデータバスの範囲内で採用されるのが望ましい。ＩＥＥＥ Ｐ１３９４標準に適合したバスの実施についての関連局面が、上記同時系属米国特許出願書とそれに付録Ａとして添付された「Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ（ハイパフォーマンス・シリアル・バス）」の名称のＩＥＥＥ標準文書Ｐ１３９４とで説明される。

図３はそのようなバスの概要図を提供する。図３のコンピューター・システム２００は相互連結ライン２０４を介して接続されたノード２０２のセットを含む。各々のノードは典型的に、プリンター、マウス、ＣＰＵなどの装置、三つの外部ポート２０７を有する一つの物理層インターフェイス（ＰＨＹ）チップ２０６、そして単一リンク層インターフェイス（ＬＬＣ）チップ２０８とを含む。但し、ノードはＬＬＣ、または装置を包含する必要はないが、最小限、少なくとも一つのポートを有する単一ＰＨＹチップのみを包含する必要がある。ＰＨＹチップの各ポートは、他のノードのソケットにケーブルを介して接続されるソケット（図３に示されない）に接続される。

その外部ポート２０７を通じて、そのＰＨＹチップは、データパケットをノード間で逐次に伝送させる中継ノードとして動作する。個々のノードは図３で例示される。各ＰＨＹは、ノードに接続された装置に関係がある、上述された、電力初期化データを維持する。このデータは従来技術を用いてＰＨＹにハードワイヤードされても良い。

最小限、一定の電力量が、バスに接続された装置により要求される電力とは別に、バスを動作させるためにＰＨＹチップに供給されなければならない。故に、上述の電力使用用件データベースは、バスに接続された装置により要求される電力だけでなく、各ＰＨＹチップにより要求される電力についての情報も維持する。この事については、ＰＨＹチップは単なる他の電力消費「装置」と見なされても良い。典型的に、送受信ポート２０７を含む各ＰＨＹはオーバーヘッド要件として約０．５ワットを必要とする。

Ｐ１３９４バスに接続可能である特定装置を詳細に見ると、そのような装置は以下のように広く分類されても良い。

ａ）低ポートカウント浮動装置。これは多くとも二つのアクセス可能ポートを有し、そしてバスに電力を提供できない。１ポートの例はマウス、マイクロフォン、ハンドヘルド・スキャナー、ネットワーク・アクセス・ブリッジとを含む。２ポートの例は小ディスク駆動装置、小さな、ビデオカメラ、キーボード、小スピーカー、そしてケーブル拡張装置とを含む。

ｂ）低電力カウント独立装置。これは多くとも二つのアクセス可能ポートを有するが、バス上で供給される電力に加えてそれら自身の電源を使用することが出来る。１ポートの例は携帯型コンピューター、または携帯型周辺機器を含む。２ポートの例はディスク駆動装置、テープ駆動装置、スキャナー、小プリンター、スピーカー、そしてＮｕバス拡張カードを含む。

ｃ）低ポートカウント内部装置。これはＣＰＵ、またはハイエンド・プリンター内にあり、そしてホストＣＰＵ、またはハイエンド・プリンターと連係してのみ動作するように期待される装置である。そのような装置は、どちらもホストの外部からアクセス可能でない多くとも二つのポートを有する。２ポート内部装置はホストマシンにより専ら給電される、そしてバスからの電力を必要としない。例はディスク駆動装置、ＣＤ駆動装置、内蔵マイクロフォン、内蔵カメラ等を含む。

ｄ）高ポートカウント装置。これは少なくとも三つのアクセス可能ポートと、バス供給側とは別の電源を有する。例は、プリンター、モニター、スキャナーなどの大きな装置、大ディスク駆動装置、大スピーカー、ビデオ設備、ＣＰＵ等を含む。

ｅ）バッテリー駆動装置。これは低ポートカウント独立装置である。一般に、そのようなバッテリー駆動装置は単一外部ポート、そして多くとも一つの内部ポートを有する。その電源は、それ自体に加えて、浮動小数点装置の大きさだけを低減させて、バス全体を給電するのに十分である。

ｆ）電源とバス拡張装置とは高ポートカウント装置の特別なタイプである。これらの装置は三つのポートを有し、約５４ワットのの最大名目電力をバスに提供する。

ＬＬＣやＰＨＹチップへの前述の装置のハードウェアー接続の概要図が図４から１１で提供される。図４−１１で例示された種々のハードウェアー相互連結図はかなり類似した配置であるので、図４のみが詳述される。図４は装置３０５、ＰＨＹ３０６、そしてＬＬＣ３０８を有する典型的ノード３０２を例示する。装置３０５は２ポート浮動装置である。ＰＨＹ３０６は、参照番号２０７を介して上記タイプの対応するポート３１０と３１１とを有する。バス相互連結ライン３１２と３１３は各々ポート３１０と３１１とに接続される。各々のライン３１２と３１３とはツイストペアー・データ伝送ライン３２８と電力伝送ライン３３０との二つのペアーを含む。各々の電力伝送ラインは絶縁シールド、接地、そして電力ラインとを含む。図４のノードは、電力伝送ライン３３０と、装置３０５、ＰＨＹ３０６、そしてＬＬＣ３０８間に接続された単一ＤＣーＤＣコンバーター３３３を含む。図５−１１のノードは４０２、５０４、６０２などと１００だけ順次増分した同参照番号で識別される同様の構成要素を含む。図５−１１のノードはＡＣ電源への接続のための局部電源４５０、５５０などを追加的に含む。

Ｐ１３９４実施に対しては、次のパラメーターが望ましい。電源装置によるバスへの電力出力は１．５アンペアの名目電流で、１０から４０ボルトＤＣ間にある。バスに接続された装置は、バス上の電圧が７ボルトＤＣと４０ボルトＤＣ間にある時には正常に動作できなければならない。バス上の電圧は、各バス・ノードにおける電力ラインと接地ライン間で測定される。全ての装置は０．５ボルトのバス上の二つの隣接ノード間の最小接地電圧降下で正常に動作できなければならない。

上述の低ポートカウント装置は、名目５ボルト電力ラインから合計電流１６０ｍＡを超えて使用してはならない。電力使用要求は、その装置が追加電流を引き出すのを許される前に電力マネージャーに伝送されなければならない。高ポートカウント装置は、電力使用要求を電力マネージャーに提出すると供に、名目５ボルト電源から合計電流２３０ｍＡを超えて使用してはならない。高ポートカウント装置は常に電力をそのバスに供給することを要求される。ソフト・パワー・コントロール能力は、電力マネージャーにより装置をアクティブ化させて、バスに供給される合計電力を増すために各高ポートカウント装置内に実施されるのが望ましい。

バッテリー駆動装置は、非バッテリー駆動装置が電力を供給していない時にバスに電力を供給し、そしてそうでない場合はバスから電力を落すように制御される。換言すれば、もしバスに電力を供給するように動作するＡＣ電源入力能力を有する少なくとも一つ以上の装置があれば、バッテリー駆動装置はそれらのバッテリー・ユニットを介して電力を供給する必要はない。これは、他の電源が利用できる時にバッテリー電力を保存するのを助け、必要な時にそのバッテリー電力でバスを動作させることが可能となる。バッテリー駆動装置のコントロールはバス上に送られたデータパケットやソフト・パワー・オン信号を介して電力マネージャー（図２）により達成されても良い。択一的に、または補足的コントロール機構として、各バッテリー・ユニットは非バッテリー駆動電源により提供される電圧以下の電圧で電力を提供するように構成される。過電圧保護回路３７（図１）は各バッテリー・ユニット３６とバス間に接続される。保護回路３７はバス上で運ばれる電力の電圧を検出し、そしてもしバッテリーから出力されるものより高い電圧が検出されるならばバスからバッテリー・ユニットを切断する。この様に、バッテリー電力は、非バッテリー電源がバスに電力を供給している時は何時でも自動的に切断される。バッテリー・ユニットは、電力がバス上にない時でも、バス上の電力がバッテリー駆動電圧レベルにある時でもバスに自動的に接続される。互いに等しい電圧で電力を提供するように各バッテリー駆動装置を構成することにより、多数のバッテリー駆動装置はバスに同時に電力を提供することが出来る。少なくとも一つの非バッテリー駆動装置がバスに電力を供給し始めると、各々の保護回路により全ては自動的に切断される。各々個別の保護回路３７の構成と動作とは全く従来通りであっても良い。

望ましくは、バス２００に接続された装置の少なくとも幾つかのガルバニック絶縁が提供される。ガルバニック絶縁は各ＰＨＹチップとその関連装置間のインターフェイスに絶縁障壁を用いて実施されても良い。択一的に、貫通絶縁障壁がケーブル・セグメントと供にインライン挿入されても良い。何れの場合においても、ガルバニック絶縁障壁はその障壁上の５００ボルト・ピーク電圧に耐えるべきである。ガルバニック絶縁は図６、８、１１で例示されるノード内に提供される。

上記の最小限の割り当てられた電力よりも大きな電力をバスから引き出すための装置に対して、その装置は電力使用要求を電力マネージャーに伝送しなければならない。択一的、他の装置のアクティブ化を要求する装置が電力使用要求を伝送しても良い。電力使用は、０．１ワットの増分毎に電力マネージャと折衝される。電力マネージャーは電力計算公式を用いる。
Ｐ_req＝Ｉ*Ｖ*Ｋ_dc*Ｋ_PD／１００
ここでＫ_pdは給電効率係数、典型的には０．８、Ｋ_dcは予測負荷動作範囲と１ボルトＤＣから４０ボルトＤＣまでの入力電圧範囲内のＤＣ−ＤＣコンバーターの最悪の場合の効率である、典型的には０．７、Ｖは名目動作電圧である、典型的には５ボルト、ＩはｍＡの単位で電力ラインからの最大予測電流消費である、そしてＰ_reqは０．１ワット増分まで切り上げられた電力マネージャーに対して「要求された電力」データである。Ｋ_dcのコンバーター効率は、出力電圧許容効果を含む。

単一電力マネージャーはホスト内で提供されても良いが、望ましくは各高ポートカウント装置は電力マネージャーとしてその装置を動作させるために電力マネージャー・ソフトウェアーを含む。高ポートカウント装置がバスに供給することが出来る電力は、０．１ワットの増分で現在電力マネージャーを動作させるバスに伝送される。その装置が供給することが出来る電力量を決定するために、次の計算公式が使用される：
Ｐ_av＝Ｉ_source*Ｖ_out／１００
ここでＶ_outは、その装置がバス上にボルト単位で印加する最小電圧である、Ｉ_sourceはｍＡでの装置の最悪の場合の電流源能力である、そしてＰ_avは０．１ワットまで切り上げられた、電力マネージャーに対する「有効電力」データである。

電力マネージャーは、常時、追加低ポートカウント装置挿入を考えて２ワットの予備を維持する。
勿論、他の電力折衝公式が採用されても良く、そして本発明の一般的原理と一致して他のシステム電力制約が採用されても良い。上記規則と制約は望ましい。

説明されたきたことは装置相互連結バス上の電力を管理するためのシステムであり、特にＩＥＥＥ Ｐ１３９４標準に実施されたものである。電力管理システムはバスに接続された構成要素により使用された総電力量を追跡し、そしてバスに供給された総電力量を追跡する。電力マネージャーは、十分な電力量が利用できることを保証するように装置の動作を制御する。特にそのシステムは、ディスク駆動装置などの、装置の使用を順序付けて、バスから引き出される総電力量を最大利用可能電力量以下に維持する。

ホストと周辺装置のセットとを有するコンピューター・システムを参考にして説明されてきたが、本発明の原理はバスを介して相互連結された種々のシステムで利用されても良い。更に、電力マネージャーの機能はホスト以外の装置で実施されても良い、またはいかなるクラスの装置で実施されても良い。例えば、モデムなどの、電話インターフェイス・ユニットを含むバス・システムにおいて、電話インターフェイスはホストがオフであるか、またはホストが存在しないかどうか電力管理機能のコントロールを想定することが出来る。そのようなシステムにおいては、電話インターフェイス・ユニットとバスそれ自体とのみが常時給電されなければならない。電話通信が電話インターフェイス・ユニットにより受信されると、電力管理機能を有する電話インターフェイス・ユニットはバスに接続された他の装置への電力を上げて、ファクシミリ、音声メールメッセージ、またはデータ伝送を受信するなどの、所望の機能を行う。この様に、電力マネージャーの利点がバスを介して相互連結される通信システムで利用されても良い。一般に、本発明の原理は、幾つかの装置がバスから引き出された電力を必要とするようなバスを介して相互連結された装置を有するいかなるシステムで利用されても良い。

上述の詳細な説明のある部分はコンピュータ・メモリ内のデータ・ビットについての動作のアルゴリズムや記号表示に関して述べられる。これらのアルゴリズムの記述と表現は、データ処理技術における当業者により使用される手段であり、それらの仕事の内容を他の当業者に最も効率的に伝える。アルゴリズムはここでは、そして一般に所望の結果に導く自己一致シーケンスのステップであると考えられている。そのステップは、物理量の物理的操作を必要とする。通常、必ずしも必要ではないが、これらの量は蓄積、転送、結合、そして比較され、そして別の方法で操作されることが可能な電磁信号の形式を取る。ビット、値、要素、記号、文字、用語、数等としてこれらの信号を表すことは時には好都合であることが分かる。これらや類似した用語の全ては適当な物理量と関連付けられることであり、そして単にこれらの量に適用された便利なラベルでしかないことが銘記されるべきである。

更に、実行される操作はしばしば、加算や減算などの用語で表され、それらは一般に人間のオペレーターにより実行される暗算と対応付けられる。人間のオペレータのそのような能力は、ここで説明されたいかなる動作における大抵の場合で不必要であるか、または望まれない。むしろ、その動作は機械動作である。あらゆる場合において、コンピューターを操作する操作方法と計算方法との間の区別は銘記されるべきである。

更に、一定の典型的形態が説明され、そして添付の図で示されたが、そのような形態は、種々の他の修正が通常これらの当業者には起こるので、示され、そして説明された特定の構造や配置に限定されない広範囲の発明の単なる実例であり、且つ制限的なものではないことは理解されよう。

本発明により構成されたシリアル装置相互連結バスの単純化ブロック図である。 本発明の電力管理システムが図１のシリアルバスで電力使用を制御する方法を表すフロー図である。 図２の電力管理システムが使用される裁定バス接続形態の図形表示である。 ポート浮動装置を有するノードの略図である。 ガルバニック絶縁無しの２ポート独立装置を有するノードの略図である。 ガルバニック絶縁を有する２ポート独立装置を有するノードの略図である。 ガルバニック絶縁無しの２ポート電力供給装置を有するノードの略図である。 ガルバニック絶縁を有する２ポート電力供給装置を有するノードの略図である。 ポート内部装置を有するノードの略図である。 ガルバニック絶縁無しの三ポート装置を有するノードの略図である。 ガルバニック絶縁を有する三ポート装置を有するノードの略図である。

符号の説明

１０ コンピューター・システム、１２ シリアル相互連結バス、１４ ホスト、１６ ディスク駆動装置、１８ ビデオモニター、２０ マウス、２２ プリンター、２４ キーボード、２６ 携帯型機器、５０ 電力マネージャー、５２ データベース。

Claims (14)

1. 装置相互連結バスに結合された第１の組に属する装置が、前記装置相互連結バスに結合された第２の組の装置への電力として前記バスに電力の供給をすることができ、第１の組の装置の少なくとも１つはバッテリー電源を有していてバッテリー駆動されるシステムにおいて、
   ＡＣ電源から駆動される装置には前記バスに電力の供給をする装置がない時に、バッテリー駆動される装置から前記バスへの電力の供給を、それにより第２の組の装置への電力供給がされるように行う、前記バッテリー駆動される装置を制御する手段を備え、
   ＡＣ電源から駆動される少なくとも１つの装置が前記バスに電力の供給をしている時に、ＡＣ電源から駆動される装置によって第２の組の装置への電力供給がされる状態で、前記バッテリー駆動される装置が前記バスから電力を引き出すように、前記バッテリー駆動される装置を制御する手段を備え、前記第１の装置と前記第２の装置とが同時に前記バスに電力を供給するモードもある
   ことを特徴とするシステム。
2. コンピューター・システムにおいて、
   装置相互連結バスを備え、
   前記バスに接続され電力を消費する複数の装置を備え、それらの装置には、ＡＣ電源から電力が供給され且つ前記バスに電力を供給することが出来る非バッテリー駆動装置である第１の装置と、バッテリーから電力が供給され且つ前記バスに電力を供給することが出来るバッテリー駆動装置である第２の装置とが含まれ、
   前記第１の装置が前記バスに電力を供給していない時に、前記第２の装置が電力を前記バスに供給するようにさせる手段を備え、前記第２の装置は、前記第１の装置による前記バスへの電力の供給時には、前記バスから電力を引き出すように構成されており、前記第１の装置と前記第２の装置とが同時に前記バスに電力を供給するモードもある
   ことを特徴とするシステム。
3. 電力を使用する第１の装置であって、バスに接続され、ＡＣ電源から電力を前記バスに供給できる第１の装置を備え、
   電力を使用する第２の装置であって、バスに接続され、前記バスから電力を引き出し得るとともに、バッテリー電源から電力を前記バスに供給できる第２の装置を備え、前記バスの電圧が第１の閾値以下となると前記第２の装置が電力を前記バスに供給し且つ前記バスの電圧が第２の閾値を超えると前記第２の装置が前記バスから電力を引き出すように、前記第２の装置は構成され、前記第１の装置と前記第２の装置とが同時に前記バスに電力を供給するモードもある
   ことを特徴とする電力管理システム。
4. バスに接続された装置に電力を供給する方法であって、
   電力を消費する第１の装置であって、ＡＣ電源から電力を前記バスに供給できる第１の装置を、前記バス接続する過程を備え、
   前記バスから電力を引き出さなければならない受動的な第２の装置を、前記バスに接続する過程を備え、
   電力を消費する第３の装置であって、電力を前記バスに供給できる第３の装置を、前記バスに接続する過程を備え、前記第１の装置によって供給される電力が前記第２の装置の駆動には不十分であると検出回路で決定されると前記第３の装置が電力を前記バスに供給し且つ前記第１の装置によって供給される電力が前記第２の装置および前記第３の装置の駆動には十分であると前記第３の装置が電力を前記バスから引き出すように、前記第３の装置は構成され、前記第３の装置と前記第１の装置とが同時に前記バスに電力を供給するモードもある
   ことを特徴とする装置に電力を供給する方法。
5. 電力管理システムであって、
   複数の相互連結ラインを備え、
   前記複数の相互連結ラインに接続された第１の装置を備え、
   前記複数の相互連結ラインに接続され、所定量の電力をそれらの相互連結ラインから引き出すように構成された第２の装置を備え、電力の前記所定量は電力管理システムの初期化時にそれらの相互連結ラインを介して前記第１の装置へと通信され、前記第１の装置によって、前記所定量が複数の相互連結ラインから供給可能な電力量を超過しているか否かが決定される
   ことを特徴とする、電力管理システム。
6. 電力管理システムであって、
   複数の相互連結ラインを備え、
   前記複数の相互連結ラインに接続された第１の装置を備え、
   前記複数の相互連結ラインに接続され、所定量までの電力をそれらの相互連結ラインから引き出すように構成された第２の装置を備え、その第２の装置は、電力の前記所定量の指示を記憶してそれらの相互連結ラインを介して前記第１の装置へと通信し、前記第１の装置によって、前記所定量が複数の相互連結ラインから供給可能な電力量を超過しているか否かが決定される
   ことを特徴とする、電力管理システム。
7. 処理ノードにおける電力管理システムであって、
   前記処理ノードを複数の相互連結ラインに接続できるよう構成された接続用のポートを備え、
   このポートに接続された送信器を備え、前記ノードは、所定量までの電力を前記複数の相互連結ラインから引き出すように構成され、前記送信器は、前記所定量の指示を前記ノードの初期化に際して前記ポートに通信し、他のノードが前記複数の相互連結ラインを介して受信可能であるようにする
   ことを特徴とする、電力管理システム。
8. 電力管理システムであって、
   第１の複数の相互連結ラインと、第２の複数の相互連結ラインと、第３の複数の相互連結ラインと、任意のトポロジーで配設された複数の装置を備え、
   それらの複数の装置のうちの第１の装置は、第１の複数の相互連結ラインに接続され、
   それらの複数の装置のうちの第２の装置は、第１，第２および第３の複数の相互連結ラインに接続され、且つ、電力を前記第１の装置から前記第１の複数の相互連結ラインを介して受け、電力を前記第２および第３の複数の相互連結ラインへと供給するよう構成され、
   それらの複数の装置のうちの第３の装置は、電力を前記第２の装置から前記第２の複数の相互連結ラインを介して受けるよう構成され、
   それらの複数の装置のうちの第４の装置は、電力を前記第２の装置から前記第３の複数の相互連結ラインを介して受けるよう構成されている
   ことを特徴とする、電力管理システム。
9. 電力管理システムにおける装置であって、
   第１の複数の相互連結ラインに接続され得る第１のポートと、第２の複数の相互連結ラインに接続され得る第２のポートと、第３の複数の相互連結ラインに接続され得る第３のポートとを備え、前記装置は：
   電力を第１の装置から前記第１の複数の相互連結ラインを介して受け、
   電力を第２の装置へと前記第２の複数の相互連結ラインを介して供給し、
   電力を第３の装置へと前記第３の複数の相互連結ラインを介して供給する
   ように構成されている
   ことを特徴とする、電力管理システムにおける装置。
10. 電力管理システムにおけるノードであって、
    ノードを複数の相互連結ラインへ接続できるよう構成された接続用のポートを備え、
    前記ポートに接続された受信器を備え、その受信器は、前記ポートを通しての電力の引き出しを所定量まで求める電力引き出し要求の指示を、前記ポートに接続可能な装置から前記ポートを介して受けるように構成されている
    ことを特徴とする、電力管理システムにおけるノード。
11. 請求項１０記載のノードであって、装置により要求された所定量の電力のために十分な電力がある場合には、当該要求の許可を前記ポートを介して与える
    ことを特徴とする、電力管理システムにおけるノード。
12. 請求項１１記載のノードであって、電力の前記所定量はシステムの初期化時に受信されることを特徴とする、電力管理システムにおけるノード。
13. 請求項１０記載のノードであって、前記複数の相互連結ラインはデータ電送用の複数のデータラインを含むことを特徴とする、電力管理システムにおけるノード。
14. 請求項１３記載のノードであって、前記複数のデータラインはシリアル・バスであることを特徴とする、電力管理システムにおけるノード。

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