JP2010134508A - ホットプラグ形式のデバイス機器を接続するための中継機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 デバイス機器がいかなる追加機能も実装することなく、かつ、従来のサスペンド機能よりも効果的に、省電力機能を実現できる装置及び手段によって、有用性及び汎用性の高い省電力機能を提供する。
【解決手段】 ホスト機器と、当該ホスト機器からのバス電力供給が停止した場合に省電力運用となるデバイス機器とを接続するための中継機器を提供し、ホスト機器と接続される上流ポートと、デバイス機器と接続される下流ポートと、ホスト機器から送られる通信パケットの監視を行い、所定期間有効パケットがない場合に、バス電力供給を停止する制御部とを具えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホットプラグ形式のデバイス機器を、ホスト機器と接続するために用いられる中継機器に関し、特に、通信状況の監視を行うことによって周辺デバイス機器の消費電力を抑える機能を具えるＵＳＢハブ機器に関する。

自由に着脱可能なホットプラグ形式を採用した規格のうち、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格が現在最も広く普及している。ＵＳＢ規格は汎用性の高い規格であるが、初期のデータ転送速度は最大１２Ｍｂｐｓであり、キーボード、マウス等の高速な転送速度が要求されない周辺デバイス機器で主に利用されてきた。しかし、現在では転送速度は最大４８０Ｍｂｐｓであり、現在ではＭＯやＤＶＤ−ＲＷ等の高速な転送速度が要求される周辺デバイス機器で利用が促進され、ディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ等の多機能かつ独立して使用可能な携帯型電子機器でもＵＳＢ規格に対応したものが多く普及している。

ＵＳＢ規格の電源供給方式は大別すると、バスパワー方式と自己電源方式とがある。バスパワー方式は、ＵＳＢホスト機器やＵＳＢハブ機器等の中継機器にあるＵＳＢポートからのバス電力供給を利用してＵＳＢデバイス機器を動作させるものであり、主にキーボードやマウスのような低消費電力で動作可能なＵＳＢデバイス機器で用いられている。しかし、上述した携帯型電子機器の場合、機器自体の消費電力が比較的大きく、ホスト機器やＵＳＢハブと接続する場合、バスパワー方式でのバス電力供給だけでは動作させることができないか、機器の安定動作を保証することができない。したがって、これらの携帯型電子機器は、バスパワー方式によるバス電力供給に加えて、機器自体に付属するバッテリやアダプタから電源供給を受ける自己電源方式を採用している。このような自己電源方式の機器の場合、近年の環境問題への対策から、あるいは、バッテリで使用する場合はバッテリを長持ちさせる等の機器仕様上の要請からも、消費電力の低減は必須課題となっている。

省電力を目的としたＵＳＢ規格としては、サスペンドと呼ばれる停止状態が定義されている。サスペンドは少なくとも３ミリ秒間、信号バス上にアクティビティが無い場合に、デバイス機器をサスペンド状態にすることを規格化したものであり、サスペンド状態になるためには通常ホスト機器側が通信を停止することが必要である。しかし、デバイス機器が、ＵＳＢケーブルを介してホスト機器と直接的に又は中継機器を介して間接的に接続されている場合、ホスト機器はキープアライブ機能を維持するためにＳＯＦ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｆｒａｍｅ）パケットをデバイス機器に３ミリ秒より短い間隔で送信して、接続が有効であるか否かを確認している。従って、ホスト機器自体が少なくとも休止モードにならない限り、デバイス機器はサスペンド状態に移行できず、実際のところデバイス機器がサスペンド状態に移行することは現状ではほとんどない。その結果として、自己電源形式のデバイス機器の消費電力を抑えられないという問題が生じている。このような省電力の問題を解決することを目的として、下記特許文献１乃至３に記載されているような、ＵＳＢ関連機器が開発されている。

特許文献１では、ＵＳＢルートハブが設けられたディスプレイ装置が開示され、ディスプレイ装置自体の電源動作に影響を受けることなく、このＵＳＢルートハブからそこに接続されるＵＳＢデバイス装置へ安定したバス電力供給を提供するための手段が開示されている。また、特許文献２では、ＵＳＢホストコントローラとＵＳＢデバイスを接続するポートとを具える情報処理装置が開示され、ポートにＵＳＢデバイスが接続されていない場合に、ＵＳＢホストコントローラの機能を停止することにより省電力を実現する手段が開示されている。更に、特許文献３では、ＳＯＦ信号を検出するＳＯＦ検出部と、その結果に応じて電源供給を制御して、装置の各部に消費電力を供給できる電力制御部及び電力供給部とを具えるＵＳＢデバイス装置が開示され、ホスト機器から送信されるＳＯＦ信号の検出結果に応じてＵＳＢ装置を省電力モードにする手段が示されている。
特開平１０−９７３５２号 特開２０００−１０９０７号 特開２００１−１９５１５８号

しかしながら、特許文献１に記載のディスプレイ機器及びその制御方法は、ＵＳＢポートを有するディスプレイ機器自体の省電力のみを考慮した構成となっており、そのポートに接続されたＵＳＢデバイス機器の省電力を考慮した構成とはなっていない。また、特許文献２に記載の情報処理装置は、当該装置のＵＳＢポートにＵＳＢデバイス機器が接続されていない場合に、この情報処理装置の省電力機能を実現する構成となっており、ＵＳＢデバイス機器が接続された場合の省電力機能を実現する構成とはなっていない。更に、特許文献３のＵＳＢ装置においては、ＳＯＦ検出部、電力制御部、電力供給部というハードウェアを実装することにより省電力機能を実現する構成であり、更なるハードウェアの実装をＵＳＢ装置に要求するため、特に前述のように、小型化、軽量化が推進されている携帯型電子機器のようなデバイス機器へこの省電力機能を実装することは困難である。したがって、携帯型電子機器のような自動電源方式のデバイス機器の省電力を実現する手段に対する要求は未だ残されたままの課題である。

従って、デバイス機器がいかなる追加機能も実装することなく、かつ、上述の従来のサスペンド機能よりも効果的に、省電力機能を実現できる装置及び手段があれば、有用性及び汎用性の高い省電力機能を提供することができる。

本発明は、ホスト機器と、当該ホスト機器からのバス電力供給が停止した場合に省電力運用となるデバイス機器とを接続するための中継機器を提供し、ホスト機器と接続される上流ポートと、デバイス機器と接続される下流ポートと、ホスト機器から送られる通信パケットの監視を行い、所定期間有効パケットがない場合に、バス電力供給を停止する制御部とを具えることを最も主要な特徴とする。

また、中継機器の制御部が、所定期間又は所定回数のＳＯＦ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｆｒａｍｅ）パケットのみの送信を、ホスト機器からデバイス機器へ送信された場合に、所定期間有効パケットがないと判断することを特徴とする。

また、中継機器が、ホスト機器とデバイス機器間のエニュメレーション情報を保存する記憶領域を具えるとともに、ホスト機器からデバイス機器への通信が再開される場合に、制御部が記憶領域に保存したエニュメレーション情報を用いて、デバイス機器との通信を再開することを特徴とする。

より具体的には、本発明に係る中継機器は複数の下流ポートを具えるＵＳＢハブ装置であることを特徴とする。

更に本発明に係る中継機器における省電力制御方法において、ホスト機器からデバイス機器への送信パケットを監視するステップと、有効パケットが所定期間又は所定回数、この送信パケットに含まれない場合に、バス電力供給を停止するステップとを具えることを特徴とする。

また、本発明の方法において、送信パケットを監視するステップと、バス電力供給を停止するステップとは、ホスト機器からの送信パケットが省電力制御対象であるデバイス機器への送信パケットである場合にのみ実行されることを特徴とする。

また、本発明の方法において、バス電力供給を停止するステップは、デバイス機器が既に省電力モードでない場合にのみ実行されることを特徴とする。

また、本発明の方法において、ホスト機器とデバイス機器間のエニュメレーション情報を保存するステップと、ホスト機器から前記デバイス機器への通信が再開される場合に、記憶領域に保存されたエニュメレーション情報を用いて、デバイス機器との通信を再開するステップとを更に具えることを特徴とする。

本発明によると、中継機器の制御部で省電力制御を行うことによって、ホスト機器の動作に依存することなくフレキシブルにデバイス機器を取り外し状態とすることが可能である。従って、従来技術のサスペンド状態へ移行する省電力制御よりも、自己電源方式デバイス機器の消費電力を効果的に低減することが可能となる。

また、中継機器の制御部において、ＳＯＦパケットのみが送信される期間や回数によって有効パケットがないことを判断するため、簡単かつ適確に省電力制御を行うことが可能となる。

更に、通信を再開する場合も、ホスト機器の動作に依存することなく、中継機器の制御部の記憶領域に記憶されたエニュメレーション情報を用いて通信が再開されるため、迅速な再通信処理が可能となる。

この中継機器を、ホットプラグ形式の中継機器として最も市場に流通しているＵＳＢハブ機器に応用することによって、ＵＳＢデバイス機器に省電力のための専用的なハードウェア等を実装することなく、既存の、及び将来開発されるであろう数多くのＵＳＢデバイス機器の省電力を推進することができる。

本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示すシステム構成図である。図１には、ＵＳＢホスト機器１とＵＳＢデバイス機器２が、ＵＳＢハブ機器３の上流ポート７と下流ポート８とをそれぞれ介して、ＵＳＢハブ機器３を経由して通信接続されたシステムが示されている。これによって、ＵＳＢホスト機器１は様々な情報の送受信をＵＳＢデバイス機器２に対し行うことができる。

ＵＳＢデバイス機器２は、ＵＳＢデバイス機器２を駆動するバッテリ２−１を具えている。バッテリ２−１は限定しないが、乾電池、充電池等を適用することができる。代替的に、例えば、ＡＣアダプタ等を接続できるような電源回路を具えていても良い。前提として、このＵＳＢデバイス機器２は、ＵＳＢ接続されてバス電力供給を受けるとＰｏｗｅｒｅｄ状態となり、このバス電力供給が停止するとＡｔｔａｃｈｅｄ状態として省電力状態へ動作を切り替える省電力機能を有するものとする。このようなＵＳＢデバイス機器の例として、マウス、キーボード、プリンタ、スキャナ、スピーカ、外付けハードディスクドライブ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＷ、ディジタルカメラ、ディジタルビデオカメラ等がある。

ＵＳＢハブ装置３は通常、複数のＵＳＢデバイスを接続できるように複数の下流ポート８を具える。このＵＳＢハブ装置３は、バスパワー方式あるいは自己電源方式のいずれの方式のＵＳＢデバイス機器も接続することができる。下流ポート８の数は、２に限定されず１以上で任意の数とすることができる。

ＵＳＢハブ機器３は、ＵＳＢトランシーバ部４、ハブリピータ部５、ハブ制御部６、上流ポート７、及び下流ポート８を具えている。

ＵＳＢトランシーバ部４は、ネットワークプロトコルの物理層を担い、信号変換等を行うインタフェース回路である。

ハブリピータ部５は、ＵＳＢホスト機器１とＵＳＢデバイス機器２との間のパケットを中継する回路である。

ハブ制御部６は、例えば、ＵＳＢホスト機器１へイベント通知やエニュメレーションを行うなど、ＵＳＢホスト機器１とＵＳＢハブ機器３との間の通信を制御する回路である。ここで、「エニュメレーション」という用語は、接続の際に通信路を確立するためのデータのやり取りを示すものとする。エニュメレーションにより、ＵＳＢホスト機器１はＵＳＢデバイス機器２の様々な情報を取得する。

また、ハブ制御部６は、このエニュメレーション情報をハブ制御部６でも独自に保存するための記憶領域６−１を具えている。この記憶領域は限定されないが、ＤＲＡＭ等の内部メモリや、例えばメモリカードのような小型の外部記憶媒体等を具えることができる。

このハブ制御部６がパケットの監視を行い、以下に詳述するように前記パケットの内容に応じてデバイス機器の省電力制御を行う。

以下に、このハブ制御部６で省電力制御を行うための本発明の方法を述べる。

図１の構成において、ＵＳＢハブ機器３の上流ポート７にＵＳＢホスト機器１が接続され、ＵＳＢハブ機器３の下流ポート８に自己電源方式のＵＳＢデバイス機器２が接続されると、ＵＳＢホスト機器１とＵＳＢデバイス機器２との間でエニュメレーションが行われる。この通常のエニュメレーション処理のフローチャートを図２に示す。このエニュメレーション処理は、ＵＳＢデバイス機器２の接続を検出するステップ（Ａ１）と、ＵＳＢデバイス機器２をリセットするステップと（Ａ２）、デバイスディスクリプタを取得するステップ（Ａ３）と、「Ｓｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓ」コマンドを送信するステップ（Ａ４）と、各種ディスクリプタ情報を取得するステップ（Ａ５）と、ＵＳＢデバイスドライバをロードするステップ（Ａ６）と、「Ｓｅｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」コマンドを送信するステップ（Ａ７）と、ＵＳＢデバイス装置２をマウント処理するステップ（Ａ８）と、を具えている。この過程においてＵＳＢホスト機器１及びＵＳＢハブ機器３は、ＵＳＢデバイス機器２が自己電源方式であることをコンフィギュレーションディスクリプタ情報にて取得する。また、ＵＳＢハブ機器３のハブ制御部６は、このエニュメレーション情報を独自に記憶領域６−１に保存しておく。この情報は実際にＵＳＢデバイス機器２が取り外されるまで保持され、取り外されたら破棄される。

図３は本発明による省電力制御の処理を示すフローチャートである。まず、ＵＳＢハブ機器３はハブ制御部６で、ＵＳＢホスト機器１から送られるパケットをモニタ（Ｂ１）し、自己電源方式のＵＳＢデバイス機器２へのパケットかどうかを確認する（Ｂ２）。自己電源方式のＵＳＢデバイス機器へのパケットでなければ消費電力を考慮する必要がないのでそのままパケット送信する（Ｂ１０）。自己電源方式のＵＳＢデバイス機器２へのパケットの場合、そのパケットがＳＯＦパケットであるかどうかを判別する（Ｂ３）。ＳＯＦパケットを受信した場合は、まず、下流ポート８を介したＵＳＢデバイス機器２へのバス電力供給を停止した状態（Ａｔｔａｃｈｅｄ状態）かどうかを確認（Ｂ４）し、Ａｔｔａｃｈｅｄ状態の場合、既に省電力状態であるためＳＯＦパケットは送信せずに終了する。Ａｔｔａｃｈｅｄ状態でない場合、ＳＯＦ受信カウンタをインクリメントする（Ｂ５）。ＳＯＦ受信カウンタの数値を確認（Ｂ６）し、規定値（例えば、３）以下であれば一定期間経過していないのでそのままＳＯＦパケットをＵＳＢデバイス機器２に送信する（Ｂ１０）。ＳＯＦ受信カウンタの数値が規定値（例えば、３）を超えた場合は、一定期間有効パケットが無いとみなし、下流ポート８を介したＵＳＢデバイス機器２へのバス電力（Ｖｂｕｓ）供給を停止（Ｂ７）する。これによりＵＳＢデバイス機器２はバス電力供給が無くなり、自動的にＡｔｔａｃｈｅｄ状態に移行する（Ｂ８）。これにより省電力運用が達成される。この際に、ＵＳＢハブ機器３はＵＳＢホスト機器１に対して、ＵＳＢデバイス機器２がＡｔｔａｃｈｅｄ状態となったことの通知は行わないようにする。これにより、ＵＳＢホスト機器１はＵＳＢデバイス機器２が接続されている状態として認識しＳＯＦパケットを送り続けるが、Ａｔｔａｃｈｅｄ状態のＵＳＢデバイス機器２にはＳＯＦパケットは送られない。

図３のＢ３においてＳＯＦパケット以外を受信した場合（Ｂ９）の処理ステップを図４に示す。まず、ＳＯＦ受信カウンタをクリアし（Ｃ１）、ＵＳＢデバイス機器２がＡｔｔａｃｈｅｄ状態かどうか確認する（Ｃ２）。Ａｔｔａｃｈｅｄ状態でない場合、そのままパケットを送信する（Ｃ４）。Ａｔｔａｃｈｅｄ状態の場合、まずＵＳＢデバイス機器２を通信可能状態とする必要があるので、簡易エニュメレーション処理（Ｃ３）を行った後パケット送信を行い（Ｃ４）、通信を再開する。

本発明による簡易エニュメレーション処理のフローチャートを図５に示す。簡易エニュメレーション処理は、ＵＳＢデバイス機器２へのバス電力供給を開始するステップ（Ｄ１）と、ＵＳＢデバイス機器２をリセットするステップ（Ｄ２）と、ＵＳＢデバイス機器２に「Ｓｅｔ Ａｄｒｅｓｓ」コマンドを送信するステップ（Ｄ３）と、ＵＳＢデバイス機器２に「Ｓｅｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」コマンドを送信するステップ（Ｄ４）とを具えている。図２に示すような通常エニュメレーション処理の場合、ＵＳＢホスト機器１がＵＳＢデバイス機器２の各種情報を取得してデバイスドライバをロードするために、Ａ１〜Ａ８までの８ステップを必要とするが、図５に示すような簡易エニュメレーション処理の場合、前述したようにＵＳＢホスト機器１に対してＡｔｔａｃｈｅｄ状態となったことの通知を行っておらず、更にＵＳＢデバイス機器２の情報をハブ制御部６で独自に記憶していることから、再通信時にＵＳＢホスト機器１はＵＳＢデバイス機器２に対して行う処理はなく、Ｄ１〜Ｄ４の４ステップによる迅速な再通信処理を行うことができる。

本発明に係る中継機器は、上述のＵＳＢハブ機器に限定されず、ホットプラグ形式を採用する中継機器、例えばＩＥＥＥ１３９４ハブ機器にも応用することができ、これらの中継機器は、例えば、ディスプレイ、キーボード等のその他のデバイス機器に内蔵される中継機器とすることもできる。また、例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ等のホスト機器に増設される、例えばＵＳＢポートやＩＥＥＥ１３９４ポート等の複数の下流ポートを有する拡張ボードやＰＣカード等に応用することも可能である。

本発明にかかる中継機器は、外部デバイス機器を複数接続する必要のあるホスト機器、例えば、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ装置全般に一般的に用いることができる。

図１は、本発明の一実施例を示すシステム構成図である。 図２は、従来技術のエニュメレーション処理を示すフローチャートである。 図３は、本発明による省電力制御の処理を示すフローチャートである。 図４は、図３において自己電源方式のデバイス機器へのＳＯＦパケット以外のパケットを受信した場合の、本発明による省電力制御の処理を示すフローチャートである。 図５は、本発明による簡易エニュメレーション処理のフローチャートである。

符号の説明

１ ＵＳＢホスト機器
２ ＵＳＢデバイス機器
２−１ バッテリ
３ ＵＳＢハブ機器
４ ＵＳＢトランシーバ部
５ ハブリピータ部
６ ハブ制御部
６−１ 記憶領域
７ 上流ポート
８ 下流ポート

Claims (8)

1. バス電力供給が停止した場合に省電力運用となるデバイス機器をホスト機器と接続するための中継機器であって、
   前記ホスト機器と接続される上流ポートと、前記デバイス機器と接続される下流ポートと、前記ホスト機器から送られる通信パケットを監視し、所定期間有効パケットがない場合に、前記下流ポートを介した前記デバイス機器へのバス電力供給を停止する制御部とを具えることを特徴とする中継機器。
2. 請求項１に記載の中継機器において、前記制御部は、ＳＯＦ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｆｒａｍｅ）パケットのみが所定期間又は所定回数、前記ホスト機器から前記デバイス機器へ送信された場合に、所定期間有効パケットがないと判断することを特徴とする中継機器。
3. 請求項１又は２に記載の中継機器において、前記ホスト機器と前記デバイス機器間のエニュメレーション情報を保存する記憶領域を具えるとともに、前記ホスト機器から前記デバイス機器への通信が再開される場合に、前記制御部が前記記憶領域に保存した前記エニュメレーション情報を用いて、前記デバイス機器との通信を再開することを特徴とする中継機器。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の中継機器において、当該中継機器が複数の下流ポートを具えるＵＳＢハブ装置であることを特徴とする中継機器。
5. バス電力供給が停止した場合に省電力運用となるデバイス機器をホスト機器と接続する中継機器における省電力制御方法において、
   前記ホスト機器から前記デバイス機器への送信パケットを監視するステップと、有効パケットが所定期間又は所定回数、前記送信パケットに含まれない場合に、前記デバイス機器へのバス電力供給を停止するステップとを具えることを特徴とする省電力制御方法。
6. 請求項５に記載の省電力制御方法において、前記送信パケットを監視するステップと、前記バス電力供給を停止するステップとは、前記ホスト機器からの送信パケットが省電力制御対象である前記デバイス機器への送信パケットである場合にのみ実行されることを特徴とする省電力制御方法。
7. 請求項５又は６に記載の省電力制御方法において、前記バス電力供給を停止するステップは、前記デバイス機器が既に省電力モードでない場合にのみ実行されることを特徴とする省電力制御方法。
8. 請求項５乃至７のいずれかに記載の省電力制御方法において、前記ホスト機器と前記デバイス機器間のエニュメレーション情報を保存するステップと、前記ホスト機器から前記デバイス機器への通信が再開される場合に、前記記憶領域に保存された前記エニュメレーション情報を用いて、前記デバイス機器との通信を再開するステップとを更に具えることを特徴とする省電力制御方法。

Images