DE69433377T2 - Leistungsverwaltungssystem fuer rechnervorrichtungszwischenverbindungsbus und verfahren hierfür - Google Patents

Leistungsverwaltungssystem fuer rechnervorrichtungszwischenverbindungsbus und verfahren hierfür Download PDF

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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F1/3234Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/325Power saving in peripheral device

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Computersysteme, und insbesondere auf einen Geräteverbindungsbus zur Verwendung beim Verbinden der Komponenten eines Computersystems.
  • BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Geräteverbindungsbusse werden üblicherweise eingesetzt, um die einzelnen Komponenten oder Geräte eines Computersystems oder einer Gruppe vernetzter Computer miteinander zu verbinden, um die Kommunikation zwischen den Komponenten zu ermöglichen. Obwohl der Verbindungsbus hauptsächlich bereitgestellt wird, um die Kommunikation von Daten, Befehlen und anderen Signalen zwischen Computergeräten zu ermöglichen, stellen herkömmliche Busse außerdem eine Übertragungsleitung zur Verteilung der Energie an wenigstens einige der mit dem Bus verbundenen Geräte bereit.
  • Im Allgemeinen verfügt ein mit einem Bus verbundenes Gerät entweder über seine eigene Energieversorgung oder es benötigt Energie, die aus dem Bus entnommen wird. Die Energieversorgung eines Geräts kann eine Batterieenergieversorgung oder eine Energieversorgung sein, die mit einer Wandsteckdose verbunden werden kann. Beispiele für Computergeräte, welche üblicherweise eine Energieversorgung aufweisen, sind Drucker, Monitore, Scanner, große Plattenlaufwerke, große Lautsprecher/Verstärker, Videotechnik, zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU) und tragbare Computer, wie beispielsweise Laptop- oder Notebook-Computer. Tragbare Computer verfügen üblicherweise sowohl über die Möglichkeit des Batteriebetriebs als auch die Möglichkeit eines AC-Netztransformators zur Entnahme von Energie aus einer AC-Wandsteckdose. Beispiele für Geräte, welche üblicherweise keine Energieversorgung haben und daher Energie aus dem Bus entnehmen müssen, sind eine Maus, ein Mikrofon, ein Handscanner, eine Netzwerkzugriffsbrücke, ein kleines Plattenlaufwerk, eine Tastatur, eine Kabelverlängerung und dergleichen.
  • Dem Bus muß ein ausreichender Betrag an Energie zugeführt werden, um den Bus selbst mit Energie und um solche Geräte zu versorgen, welche Energie von dem Bus benötigen. Es wird eine Energieversorgung bereitgestellt, welche in der Lage ist, einen ausreichenden Betrag an Energie an den Bus abzugeben, um alle mit dem Bus verbundenen Geräte mit Energie zu versorgen, die vom Bus gelieferte Energie benötigen können. Konventionell wird der benötigte Energiebetrag unter der Annahme bestimmt, dass alle Geräte gleichzeitig in Betrieb sein können, und dass diese Geräte maximale Energie entnehmen. Mit anderen Worten, das Computersystem wird durch die Bereitstellung einer Energieversorgung konfiguriert, die ausreichend ist, um alle Geräte gleichzeitig bei ihren maximalen Energieniveaus zu betreiben. Jedoch in der Praxis sind nicht alle Geräte gleichzeitig in Betrieb, und wenn sie in Betrieb sind, verbrauchen die Geräte nicht immer den Höchstbetrag an Energie, welchen das Gerät verbrauchen kann. Folglich ist die Energieversorgung eines herkömmlichen Busses in der Lage, weit mehr Energie bereitzustellen, als nominal benötigt wird. Dieser unnötige Energieversorgungsüberschuß erhöht die Kosten des Systems, welche nicht gerechtfertigt werden können, wenn nicht alle Geräte gleichzeitig in Betrieb sind. Bei einem herkömmlichen System wird eine recht bescheidene Energieversorgung bereitgestellt, und die Anzahl der Geräte, die mit dem Bus verbunden werden können, ist einfach dementsprechend begrenzt. Obwohl diese Lösung eine Überlastung des Busses – verursacht durch zu viele Geräte, die zu viel Energie entnehmen – erfolgreich verhindert, begrenzt die Lösung unnötigerweise die Fähigkeiten des Busses. Einer der Hauptvorteile einer Busverbindung ist die Flexibilität, die ermöglicht, dass eine Vielzahl von Geräten in geeigneter Weise verbunden und ausgetauscht werden kann. Diese Flexibilität geht verloren, wenn die Gesamtzahl der Geräte, die zur Verbindung mit dem Bus zugelassen wird, unangemessen begrenzt wird, oder wenn die Energieversorgung verbessert werden muß, um eine Erhöhung der Anzahl der Geräte zu ermöglichen.
  • Ein weiteres Beispiel für eine dem Stand der Technik entsprechende Anordnung wird in IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Band 16, Nr. 7, Dezember 1973, NEW YORK, USA, Seite 2429, LICAUSI, N., „Power Management" offenbart, welches einen Algorithmus offenbart, der ein Hilfsmittel bereitstellt, das einem Energieverbraucher hilft, den Energieverbrauch unter zulässigen Bedarfsintervallspitzengrenzen zu halten, wie sie vom Anwender definiert werden, wobei der Algorithmus unter Verwendung von Belastungen und Betriebszeiträume sowie Prioritäten definierenden Eingabedaten verwendet werden bestimmt, wann und welche Einrichtung abgeschaltet wird, so dass eine zweckmäßige Planung dieser Einrichtung ausgeführt werden kann und die Energiebedarfsspitzen reduziert werden können.
  • ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aus dem Vorhergehenden wird klar, dass es eine Notwendigkeit gibt, ein verbessertes Verbindungsbussystem für Computergeräte bereitzustellen, das über eine Energie-Management-Fähigkeit zum Maximieren der Anzahl der Geräte, welche mit einem Bus verbunden werden können, verfügt. Es ist ein spezielles Ziel der Erfindung, eine Energie-Management-Fähigkeit bereitzustellen, die die Tatsache nutzt, dass nicht alle mit einem Bus verbundenen Geräte gleichzeitig aktiv sein müssen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine derartige Energie-Management-Fähigkeit in einem Geräteverbindungsbus bereitzustellen, der nach den Standards von IEEE 1394 konfiguriert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verwalten bzw. Managen der Energieversorgung bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
  • Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für das Energie-Management bereitgestellt, wie in Anspruch 21 definiert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute nach Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen problemloser ersichtlich, wobei:
  • 1 eine vereinfachte Blockdarstellung eines seriellen Geräteverbindungsbusses ist, der in Übereinstimmung mit der Erfindung konfiguriert ist;
  • 2 ein Flußdiagramm ist, das ein Verfahren darstellt, mit welchem ein Energie-Manager-System gemäß der Erfindung den Energieverbrauch auf dem seriellen Bus von 1 steuert;
  • 3 eine grafische Darstellung einer arbiträren Bustopologie ist, bei welcher das Energie-Manager-System von 2 verwendet werden kann;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem erdfreien Gerät mit zwei Ports ist;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem autonomen Gerät mit zwei Ports ohne galvanische Trennung ist;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem autonomen Gerät mit zwei Ports mit galvanischer Trennung ist;
  • 7 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem Energieversorgungsgerät mit zwei Ports ohne galvanische Trennung ist;
  • 8 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem Energieversorgungsgerät mit zwei Ports mit galvanischer Trennung ist;
  • 9 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem internen Gerät mit zwei Ports ist;
  • 10 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem Gerät mit drei Ports ohne galvanische Trennung ist;
  • 11 eine schematische Darstellung eines Knotens mit einem Gerät mit drei Ports mit galvanischer Trennung ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird ein Energie-Management-System zur Verwendung mit einem seriellen Geräteverbindungsbus offenbart. In den folgenden Beschreibungen werden zur Erklärung Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Diese Details sind jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, um die Erfindung auszuführen. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Schaltungen in Form von Blockdarstellungen gezeigt, um die grundlegenden Aspekte der Erfindung nicht zu verschleiern.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren werden nun die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines Computersystems 10, dessen einzelne Komponenten über einen seriellen Verbindungsbus 12 miteinander verbunden sind. Das Computersystem 10 enthält einen Host 14, ein Plattenlaufwerk 16, einen Videomonitor 18, eine Eingabemaus 20, einen Drucker 22, eine Tastatur 24 und einen batteriebetriebenen, tragbaren Computer 26, die alle über den Bus 12 miteinander verbunden sind. Die in 1 dargestellten Computerkomponenten sind hauptsächlich für Beispielzwecke vorgesehen und stellen keine umfassende Liste der Computergeräte dar, welche über den Bus 12 miteinander verbunden werden können. Statt dessen kann eine breite Vielfalt anderer Geräte über Bus 12 miteinander verbunden werden, einschließlich Scanner, Lautsprecher/Verstärker, Videotechnik, Mikrofone, Netzwerkzugriffsbrücken und dergleichen. Darüber hinaus können Komponenten in Host 14, wie beispielsweise die CPU, einzeln mit dem Bus 12 verbunden werden. Der Bus 12 kann die Komponenten eines einzelnen Computersystems miteinander verbinden oder er kann mehrere separate Computer miteinander verbinden, wie beispielsweise ein Netzwerk von Computern.
  • Der serielle Bus 12 enthält eine Signalübertragungsleitung 28 und eine Energieübertragungsleitung 30. Die Signalübertragungsleitung 28 ist für die Übertragung von Daten, Befehlen und anderen Signalen zwischen den Computergeräten vorgesehen. Der Signalübertragungsbus 28 kann ein Paar herkömmlicher verdrillter Übertragungskabel enthalten. 1 zeigt lediglich eine vereinfachte Darstellung der Signalleitung 28 und der Energieleitung 30. Jede kann zahlreiche interne Kabelkomponenten sowie Verbindungskomponenten enthalten, von welchen nachstehend unter Bezugnahme auf 410 Beispiele beschrieben werden.
  • Der Host 14 enthält einen Bus-Manager 31, welcher die Signale steuert, die über die Signalübertragungsleitung 28 in Übereinstimmung mit herkömmlichen Bus-Arbitrierungstechniken übertragen werden.
  • Der Host 14, der Videomonitor 18, der Drucker 22 und der tragbare Computer 26 verfügen jeweils über die Möglichkeit der AC-Energieeinspeisung zur Aufnahme von Energie aus einer herkömmlichen Wandsteckdose. Plattenlaufwerk 10, Maus 20 und Tastatur 24 haben keine Energieversorgung und benötigen Energie aus dem Bus 12. Der tragbare Computer 26 verfügt sowohl über die Möglichkeit der Batterieenergieversorgung als auch die Möglichkeit der AC-Energieeinspeisung. In 1 wird die Möglichkeit der AC-Energieeinspeisung durch die Energieeinspeisungskabel 34 dargestellt, und die Möglichkeit der Batterieenergieversorgung des tragbaren Computers 26 wird durch die Batterieeinheit 36 dargestellt. Eine Überspannungsschutzschaltung 37 wird in Kombination mit der Batterieeinheit 36 bereitgestellt. Die Funktion der Schutzschaltung 37 wird nachstehend beschrieben.
  • Jede einzelne Komponente des Computersystems 10 ist über eine Signalleitung 32 und eine Energieleitung 34 mit dem Bus 12 verbunden. In 1 tragen die Signalleitungen 32 und die Energieleitungen 34 Indizes, die jedem Gerät zugeordnet sind. Doppelpfeile repräsentieren eine Zweiweg-Datenübertragung oder eine Zweiweg-Energieübertragung, wohingegen Einzelpfeile nur Einweg-Übertragungen repräsentieren. Wie aus 1 erkennbar ist, ist jedes Gerät in der Lage, Daten über die Signalleitung 28 sowohl zu senden als auch zu empfangen. Jedoch sind nur der Host 34, der Videomonitor 18, der Drucker 22 und der tragbare Computer 26 in der Lage, Energie an die Energieübertragungs leitung 30 zu liefern. Das Plattenlaufwerk 16, die Maus 20 und die Tastatur 22 haben jeweils keine interne Energieversorgung und müssen daher Energie aus dem Bus entnehmen. Folglich muß dem Bus von dem Host 34, dem Videomonitor 18, dem Drucker 22 und dem tragbaren Computer 26 ein ausreichender Betrag an Energie zugeführt werden, um das Plattenlaufwerk 16, die Maus 20 und die Tastatur 22 ausreichend mit Energie zu versorgen.
  • Bei herkömmlichen Systemen ist ein Host mit einer Energieversorgung ausgestattet, die ausreichend ist, um alle mit dem Bus verbundenen Geräte bei ihren maximalen Energieniveaus gleichzeitig zu betreiben. Bei der Systeminstallation ist jedoch im Allgemeinen nicht bekannt, wie viele derartige Geräte letztendlich mit dem Bus verbunden sein werden. Daher weist ein herkömmlicher Bus lediglich eine Begrenzung für die Gesamtzahl der Geräte auf, um ausreichende Energie zu gewährleisten. Dies bedeutet eine unnötige Beschränkung für die Anzahl der Geräte, die mit dem Bus verbunden werden können, oder für den Umfang der Energieversorgung.
  • In der Praxis müssen nicht alle mit einem Bus verbundenen Geräte gleichzeitig in Betrieb sein. Tatsächlich können bei vielen Computersystemen nicht alle Geräte gleichzeitig in Betrieb sein. Somit kann ein konkreter Energiebedarf des Busses wesentlich geringer sein als die Energie, die unter der Annahme erforderlich ist, dass alle Geräte gleichzeitig arbeiten. Um die Verbindung einer größeren Anzahl von Geräten als herkömmlich zulässig zu ermöglichen, enthält das Computersystem der vorliegenden Erfindung einen Energie-Manager 50, der innerhalb des Hosts 14 verbunden ist, um den Energieverbrauch der mit dem Bus 12 verbundenen Geräte zu steuern. Der Energie-Manager 50 verfügt über die Fähigkeit, den konkreten Betrag an Energie zu bestimmen, der von den mit Bus 12 verbundenen Geräten verwendet wird, und die Fähigkeit, den Betrieb der Geräte zu steuern, um zu gewährleisten, dass die entnommene Gesamtenergie das verfügbare Maximum nicht überschreitet. Der Energie-Manager 50 ist mit dem Bus-Manager 31 verbunden, um das Energie-Management mit dem Signalübertragungs-Management zu koordinieren.
  • Die Prozedur, mit welcher der Energie-Manager 50 den Gesamtenergieverbrauch überwacht und den Betrieb der mit dem Bus verbundenen Geräte steuert, wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt eine Flußdiagrammdarstellung des internen Betriebs des Energie-Managers 50. Die logischen Operationen des Energie-Managers 50 werden vorzugsweise implementiert, indem ein Computerprogramm verwendet wird, das in einer Verarbeitungseinheit von Host 14 ausgeführt wird. Jedoch können die Operationen des Energie-Managers 50 alternativ implementiert werden, indem eine integrierte Schaltung oder andere fest verdrahtete Schaltungstechniken verwendet werden.
  • Der Energie-Manager 50 ist mit dem Datenübertragungsbus 28 über den Bus-Manager 31 (1) verbunden, um Daten- und Befehlssignalpakete in Übereinstimmung mit herkömmlichen Datenbusübertragungstechniken und -protokollen zu empfangen und zu senden. Der Energie-Manager 50 enthält eine Datenbank 52 einschließlich einer Tabelle 54 für den Energieverbrauchsbedarf und einer Tabelle 56 zur Energieabgabefähigkeit und einer Gerätestatustabelle 58. Die Tabelle 54 für den Energieverbrauchsbedarf speichert die Identität jedes Geräts und seinen Energieentnahmebedarf für jeden einer Anzahl möglicher Betriebszustände. Eine Maus arbeitet zum Beispiel üblicherweise in einem der beiden Zustände: STAND-BY und AKTIV. Bei STAND-BY ist die Maus stationär und erfordert nur ausreichende Energie, um eine Bewegung festzustellen. Wenn sie von einem Anwender bewegt wird, entnimmt die Maus automatisch zusätzliche Energie, die ausreicht, um neue Mauskoordinaten an den Bus 12 zu übertragen. Beispielsweise kann die Maus 1 Watt im STAND-BY-Modus und 2 Watt im AKTIV-Modus entnehmen. Die Tabelle 54 für den Energieverbrauchsbedarf speichert die Informationen, die die zwei Betriebszustände der Maus und die für jeden Zustand benötigte Energie spezifizieren.
  • Als zweites Beispiel kann ein tragbarer Computer mit einer Batteriemöglichkeit, aber ohne AC-Energiemöglichkeit, in einem der vier möglichen Zustände arbeiten: BATTERIE AUS (INAKTIV), BATTERIE AUS (AKTIV), BATTERIE EIN (INAKTIV) und BATTERIE EIN (AKTIV). In den Batterie-Aus-Zuständen, wenn die Batterie aus und der tragbare Computer in Betrieb ist, muß der tragbare Computer Energie aus dem Bus entnehmen, üblicherweise 3 Watt. Jedoch in allen anderen Zuständen benötigt der tragbare Computer keine Energie, entweder weil er inaktiv ist oder weil er seine eigene Energie verwendet. Die Energiebedarfstabelle speichert die Werte, die die vorher genannten Energiebedarfszustände für den tragbaren Computer spezifizieren. Selbstverständlich kann die konkrete Anzahl möglicher Energiebedarfszustände eines tragbaren Computers höher sein, was umfassendere Informationen erforderlich macht, als in dem in 2 gezeigten Beispiel dargestellt.
  • Als weiteres Beispiel kann ein Plattenlaufwerk im Stand-By-Modus ein Energieniveau zur Bereitstellung der Plattenlaufwerkintelligenz, einen größeren Energiebetrag für den Datenzugriff, und einen noch größeren Energiebetrag für den Hochgeschwindigkeits-Datentransfer verwenden. Jeder der verschiedenen Betriebszustände und die zugeordneten benötigten Energieniveaus werden in Tabelle 54 geführt.
  • Obwohl die Tabelle 54 in 2 nur Beispielwerte für zwei Geräte bereitstellt, speichert die Tabelle 54 konkret Werte für alle mit dem Bus verbundenen Geräte, eingeschlossen der Host und jegliche Buskomponenten, wie beispielsweise Signalverstärkermodule, die in der Lage sind, Energie an den Bus zu liefern oder aus diesem zu entnehmen. Die Anzahl der Zustände jedes Geräts und die in jedem Zustand benötigte Energie werden für jedes Gerät vorher festgelegt. Für Geräte mit einer großen Anzahl von Betriebszuständen kann die Tabelle 54 vorzugsweise nur einen oder zwei Werte speichern, die dem maximalen und dem minimalen Energiebedarf entsprechen. Diese Informationen können bei der Installation des Computersystems in Tabelle 54 gespeichert werden. Vorzugsweise werden diese Informationen jedoch bei der Systeminitialisierung durch den Energie-Manager 50 über den Bus 12 von den mit dem Bus verbundenen Geräten oder von den Komponenten des Busses selbst empfangen. Dies wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • Die Energie-Manager-Datenbank 52 enthält weiterhin eine Tabelle 56 zur Energieabgabefähigkeit. Während die Energiebedarfstabelle 54 Informationen über den Energiebetrag führt, den ein Gerät aus dem Bus entnehmen kann, führt die Energiefähigkeitstabelle Informationen über den Energiebetrag, den das Gerät in jedem seiner möglichen Betriebszustände an den Datenbus liefern kann. Zu jedem in Tabelle 54 aufgeführten Gerät gibt es einen entsprechenden Eintrag in Tabelle 56. Für Gerät (1), (eine Maus), ist die Energieabgabefähigkeit KEINE, ohne Rücksicht auf ihren Betriebszustand, da die Maus keine Energieversorgung hat. Für Gerät (2) jedoch, (den tragbaren Computer), variiert die Energieversorgungsfähigkeit in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Geräts. Beispielsweise kann der tragbare Computer für die Betriebszustände 1 und 2, in welchen die Batterie des tragbaren Computers AUS ist, keine Energie an den Bus liefern. Jedoch im Betriebszustand 3, in welchem die Batterie EIN ist, aber der tragbare Computer INAKTIV ist, kann der tragbare Computer 3 Watt bereitstellen. Im Betriebszustand 4, in welchem die Batterie EIN und der tragbare Computer AKTIV ist, kann der tragbare Computer 1 Watt an den Bus liefern, was überschüssige Energie ist, die seinen eigenen Bedarf übersteigt. Wie die in Tabelle 54 gespeicherten Energieverbrauchsbedarfswerte werden die in Tabelle 56 gespeicherten Werte für jedes Gerät vorher festgelegt, das mit dem Bus 12 verbunden werden kann.
  • Die Energie-Management-Datenbank 50 enthält außerdem eine Gerätezustandstabelle 58, welche Informationen über den konkreten Betriebszustand jedes mit dem Bus verbundenen Geräts führt. Die Werte in Tabelle 58 werden während des Betriebs des Computersystems periodisch aktualisiert, um genaue Informationen aufrechtzuerhalten. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel ist Gerät (1), (die Maus), aktuell im Betriebszustand (2), der dem AKTIV-Betrieb entspricht, d. h. ein Anwender bewegt die Maus gegenwärtig. Gerät (2) ist gegenwärtig im Betriebszustand (3), der einem INAKTIV-Zustand entspricht, in welchem der tragbare Computer Energie an den Bus liefert. Die Tabelle zum aktuellen Status 58 enthält weiterhin Prioritätswerte für jedes Gerät. Die Verwendung der Prioritätswerte wird nachstehend beschrieben.
  • Mit den vorher genannten Tabellen versorgt die Datenbank 52 den Energie-Manager 50 mit allen Informationen, die erforderlich sind, um den konkreten Energiebetrag zu bestimmen, der zum aktuellen Zeitpunkt an den Bus geliefert wird, und den konkreten Energiebetrag, der aus dem Bus entnommen wird. Folglich hat der Energie-Manager 50 alle Informationen, die erforderlich sind, um zu bestimmen, ob ein Energieüberschuß vorhanden ist, der ausreicht, um zusätzliche Geräte mit Energie zu versorgen.
  • Das Verfahren, mit welchem der Energie-Manager 50 die in der Datenbank 52 gespeicherten Daten handhabt, wird nun unter Bezugnahme auf das in 2 enthaltene Flußdiagramm beschrieben. Zu Anfang, bei Schritt 100, initialisiert der Energie-Manager 50 die Datenbank 52, indem Informationen über alle mit dem Bus 12 verbundenen Geräte empfangen und gespeichert werden. Die Informationen werden durch den Energie-Manager 50 von Bus 12 über Bus-Manager 31 in Form von Datenpaketen empfangen, wie beispielsweise solche, die herkömmlich verwendet wurden, um andere Datenarten über einen Bus zu übertragen. Die Techniken, mit welchen Pakete über den Bus 12 empfangen und übertragen werden, können völlig herkömmliche Techniken sein und werden hierin nicht detailliert beschrieben. Der Energie-Manager 50 zerlegt die über Bus 12 empfangenen Informationen und speichert sie an geeigneten Stellen in der Datenbank 52. Die empfangenen Informationen enthalten den Energiebedarf und die Energieabgabefähigkeit aller mit dem Bus verbundenen Geräte. Die Initialisierungsdaten enthalten ebenfalls den aktuellen Gerätezustand aller Geräte bei Systeminitialisierung.
  • Die Initialisierungsdaten können von den Geräten selbst bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist das Computersystem jedoch in Übereinstimmung mit einer Repeater- bzw. Signalverstärkerbuskonfiguration konfiguriert, die nachstehend beschrieben wird, bei welcher jedes Gerät Teil eines Knotens ist, der einen dedizierten Chip enthält (den Bitübertragungs schicht-Schnittstellen-Chip, PHY, der nachstehend beschrieben wird). Der Energiebedarf und die Energiefähigkeit der Geräte sind in dem PHY fest verdrahtet. Bei der Systeminitialisierung überträgt der PHY automatisch die Informationen über Bus 12. Auf diese Weise muß sich der Energie-Manager 50 nur die Datenübertragungen über Bus 12 während der Systeminitialisierung „abhören", um die Daten zum Speichern in der Datenbank 52 zu empfangen. Ein Vorteil dieser Implementierung besteht darin, dass, wenn ein Gerät vom Bus entfernt oder zum Bus hinzugefügt wird, während der Bus inaktiv ist, sein dedizierter PHY ebenfalls entfernt oder hinzugefügt wird. Somit empfängt der Energie-Manager bei der Initialisierung automatisch Daten, die der neuen Systemkonfiguration entsprechen. Als Alternative können Energiedaten permanent in der Datenbank 52 gespeichert und manuell von einem Systembediener immer dann aktualisiert werden, wenn ein Gerät zu dem System hinzugefügt oder aus diesem entfernt wird. Die bevorzugte Implementierung ist für den Systembediener transparenter.
  • Nach der Initialisierung geht die Ausführung zu Schritt 102 weiter, bei welchem der Energie-Manager über Bus 12 Energieverbrauchsanforderungen von den mit dem Bus verbundenen Geräten empfängt. Die Energieverbrauchsanforderungen spezifizieren die Identität eines zu aktivierenden Geräts (eines Zielgeräts) und den Betriebszustand, der für das Gerät erforderlich ist. Die Energieverbrauchsanforderung wird in Datenpaketen über Bus 12 entweder von dem Zielgerät oder von einem Gerät übertragen, welches die Aktivierung des Zielgeräts anfordert. Wenn beispielsweise eine CPU auf einem Plattenlaufwerk gespeicherte Daten benötigt, überträgt die CPU eine Energieverbrauchsanforderung an den Energie-Manager 50 über Bus 12, indem die Aktivierung des Laufwerks angefordert wird und spezifiziert wird, dass der gewünschte Betriebszustand ein DATENZUGRIFF-Zustand ist.
  • Bei Schritt 104 bestimmt der Energie-Manager, ob ausreichende Energie auf dem Bus verfügbar ist, um die Aktivierung des Geräts zu ermöglichen. Zuerst bestimmt der Energie-Manager den Gesamtbetrag der Energie, die gegenwärtig durch alle mit dem Bus verbundenen Geräte aus dem Bus entnommen wird. Dies wird erreicht, indem die Energiebedarfswerte in Tabelle 54 für jeden der in Tabelle 58 spezifizierten aktuellen Betriebszustände addiert werden. Beispielsweise kann die Berechnung einen Gesamtenergieverbrauch von 100 Watt ergeben. Als Nächstes bestimmt der Energie-Manager den Gesamtbetrag der Energie, die aus Bus 12 entnommen wird, indem die Energieabgabewerte in Tabelle 56 für jeden der in Tabelle 58 spezifizierten aktuellen Betriebszustände addiert werden. Diese Berechnung kann beispielsweise eine Gesamtsumme von 110 Watt ergeben, womit ein Energieüberschuß von 10 Watt verbleibt. Vorzugsweise wird der Energieüberschußwert als eine laufende Gesamtsumme gespeichert. Somit muß der Energie-Manager nicht ständig den Gesamtbetrag der an den Bus gelieferten Energie und den Gesamtbetrag der aus dem Bus entnommenen Energie neu berechnen. Statt dessen aktualisiert der Energie-Manager 50 lediglich die laufende Gesamtsumme des Energieüberschusses, wenn sich die Betriebszustände der Geräte, die mit dem Bus verbunden sind, verändern.
  • Nach der Bestimmung des ggf. vorhandenen Energieüberschusses geht die Ausführung zu Schritt 106 weiter, in welchem der Energie-Manager 50 den Betrag der Energie bestimmt, der benötigt wird, um die Energieverbrauchsanforderung zu gewähren. Dies wird erreicht, indem auf die Tabelle zum Energieverbrauchsbedarf 54 zugegriffen wird, um die Energie zu bestimmen, die von dem Zielgerät für die spezifizierte Operation benötigt wird. Es wird mit dem Beispiel fortgesetzt: wenn das Plattenlaufwerk 0,5 Watt zum Lesen von Daten benötigt, dann beträgt die Energie, die benötigt wird, um die Energieverbrauchsanforderung – wie bei Schritt 106 bestimmt – zu gewähren, 0,5 Watt. Bei Schritt 108 bestimmt der Energie-Manager, ob genügend Energieüberschuß zur Gewährung der Anforderung vorhanden ist, indem die benötigte Energie (0,5 Watt) mit dem Energieüberschuß (10 Watt) verglichen wird. wenn genügend Energie verfügbar ist, wird die Energieverbrauchsanforderung bei 110 gewährt, und die Ausführung kehrt zu Schritt 102 zurück. Wenn die Energieverbrauchsanforderung gewährt ist, über trägt die CPU in Übereinstimmung mit herkömmlichen Arbitrierungs- und Übertragungstechniken für Datenbusbefehle ihren Befehl LESEN an das Plattenlaufwerk. Das Plattenlaufwerk operiert dann, um die Daten zu lesen, wobei gesichert ist, dass das Plattenlaufwerk einen ausreichenden Betrag an Energie hat. Bei Beendigung der Plattenlaufwerkoperation wird von dem Plattenlaufwerk ein Datenpaket an den Energie-Manager gesendet, welches anzeigt, dass die Operation beendet ist und die zusätzliche Energie nicht mehr benötigt wird. Der Energie-Manager aktualisiert dementsprechend die Gerätezustandstabelle 58.
  • Wenn bei Schritt 108 kein ausreichender Energiebetrag verfügbar ist, setzt die Ausführung bei Schritt 110 fort, in welchem der Energie-Manager bestimmt, ob der verfügbare Energieüberschuß erhöht werden kann, um den Betrieb des Geräts zu ermöglichen. Diese Ermittlung wird ausgeführt, indem die Tabelle 56 zur Energieabgabefähigkeit und die Gerätezustandstabelle 58 überprüft werden, um festzustellen, ob irgendwelche Geräte mit dem Bus verbunden sind, die in der Lage sind, die benötigte zusätzliche Energie bereitzustellen, welche aber gegenwärtig keine Energie liefern. Beispielsweise kann ein Drucker, der eine Stromversorgung hat, abgeschaltet werden. Wenn der Drucker über ein Soft-Energie-Ein-Signal ferneingeschaltet werden kann, dann kann der Betrag der überschüssigen Energie erhöht werden. Dementsprechend wird bei Schritt 112 ein Soft-Energie-Ein-Signal an den Drucker übertragen. Die Tabelle zum aktuellen Gerätezustand wird aktualisiert, um die Veränderung des Zustands des Druckers anzuzeigen. Unter der Annahme, dass nun genügend Energie zum Gewähren der Energieverbrauchsanforderung verfügbar ist, geht die Ausführung zu Schritt 110 weiter. Eine nicht dargestellte zusätzliche Logik kann bereitgestellt werden, um die automatische Deaktivierung des Druckers zu ermöglichen, wenn festgestellt wird, dass die vom Drucker gelieferte zusätzliche Energie nicht mehr benötigt wird. Diese Ermittlung kann bei Beendigung der Ausführung des Geräts vorgenommen werden, für welches die Energieverbrauchs gewährung ausgegeben wurde, oder zu irgendeinem späteren Zeitpunkt.
  • Wenn bei Schritt 110 keine Geräte aktiviert werden können, die zusätzliche Energie liefern, die ausreicht, um eine Gewährung der Energieverbrauchsanforderung zu ermöglichen, geht die Ausführung zu Schritt 114 weiter. Bei 114 vergleicht der Energie-Manager die Priorität der Energieverbrauchsanforderung mit der Priorität vorher gewährter Energieverbrauchsanforderungen. Wenn Geräte aktuell in Abhängigkeit von einer Energieverbrauchsanforderung mit einer geringeren Priorität in Betrieb sind, widerruft der Energie-Manager die vorher gewährte Energieverbrauchsanforderung, wodurch der verfügbare Energieüberschuß ausreichend erhöht wird, um die Gewährung einer neuen Energieverbrauchsanforderung zu ermöglichen. Es kann eine breite Vielfalt von Priorisierungsmodellen implementiert werden, und eine nicht dargestellte zusätzliche Logik kann verwendet werden. Im Allgemeinen stellt Schritt 114 einen Energieaushandlungsschritt bereit, der dem Energie-Manager 50 gestattet, zahlreiche Energieverbrauchsanforderungen zu arbitrieren.
  • Wenn keine vorher gewährten Energieverbrauchsanforderungen widerrufen werden können, dann wird die aktuelle Energieverbrauchsanforderung bei Schritt 116 bis zu einer Erhöhung der überschüssigen Energie zurückgestellt. Obwohl nicht dargestellt, kann eine zusätzliche Logik bereitgestellt werden, um die Verarbeitung der zurückgestellten Energieverbrauchsanforderungen zu erleichtern.
  • Die hierin beschriebenen Operationen des Energie-Managers 50 werden in einer Schleife kontinuierlich neu ausgeführt, um alle empfangenen Energieverbrauchsanforderungen zu verarbeiten, während der Bus online ist. Durch kontinuierliche Verfolgung des Betrags der ggf. vorhandenen überschüssigen Energie und durch die Bereitstellung von Energieverbrauchsinformationen durch eine Datenbank für den gesamten Bus ist der Energie-Manager 50 in der Lage, ein intelligentes Management des Betriebs der mit dem Bus verbundenen Geräte auszuführen, um zu gewährleisten, dass die Energie effizient genutzt wird. Dies beseitigt die Notwendigkeit, eine Energieversorgung bereitzustellen, die in der Lage ist, genügend Energie bereitzustellen, um alle Geräte gleichzeitig bei ihren maximalen Energieniveaus zu betreiben. Folglich kann entweder eine kleinere Energieversorgung genutzt werden oder es können mehr Geräte verbunden werden als bei einem herkömmlichen Bus, dem eine Energie-Management-Fähigkeit fehlt.
  • IMPLEMENTIERUNG GEMÄSS IEEE P1394
  • Obwohl die Prinzipien der Erfindung bei einer Vielzahl von Datenbus-Architekturen vorteilhaft genutzt werden können, wird die Erfindung vorzugsweise in einem Datenbus eingesetzt, der gemäß den IEEE-P1394-Standards mit einer arbiträren Topologie der verbundenen Geräte konfiguriert ist.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines derartigen Busses. Das Computersystem 200 von 3A enthält einen Satz Knoten 202, die über die Verbindungsleitungen 204 verbunden sind. Jeder Knoten umfaßt üblicherweise ein Gerät, wie beispielsweise einen Drucker, eine Maus, eine CPU etc., einen Bitübertragungsschicht-Schnittstellen(PHY-Physical Layer Interface)-Chip 206 mit drei externen Ports 207 und einen einzelnen Datensicherungsschicht-Schnittstellen(LLC-Link Layer Interface)-Chip 208. Ein Knoten muß jedoch keinen LLC oder ein Gerät enthalten, sondern muß nur mindestens einen einzelnen PHY-Chip mit wenigstens einem Port enthalten. Jeder Port des PHY-Chips ist mit einem Sockel verbunden, welcher über ein Kabel mit einem (in 3 nicht gezeigten) Sockel eines anderen Knotens verbunden ist.
  • Der PHY-Chip arbeitet über seine externen Ports 207 als ein Signalverstärkerknoten, der gestattet, dass Datenpakete zwischen den Knoten sequentiell übertragen werden. Ein einzelner Knoten ist in 3 dargestellt. Jeder PHY erhält die oben beschriebenen Energieinitialisierungsdaten aufrecht, die das Gerät betreffen, das mit dem Knoten verbunden ist. Diese Daten können unter Verwendung herkömmlicher Techniken auf dem PHY fest verdrahtet werden.
  • Es muß mindestens ein bestimmter Energiebetrag an die PHY-Chips geliefert werden, um den Betrieb des Busses – unabhängig von der Energie, die von den mit dem Bus verbundenen Geräten benötigt wird – zu ermöglichen. Dementsprechend führt die oben beschriebene Energieverbrauchsbedarf-Datenbank Informationen über die Energie, die von jedem PHY-Chip benötigt wird, sowie die Energie, die von den mit dem Bus verbundenen Geräten benötigt wird. In dieser Hinsicht kann der PHY-Chip einfach als ein weiteres, Energie verbrauchendes „Gerät" betrachtet werden. Üblicherweise benötigt jeder PHY einschließlich seiner Sende- und Empfangsports 207 ungefähr 0,5 Watt als Energie-Mehrbedarf.
  • Betrachtet man die speziellen Geräte detaillierter, welche mit dem P1394-Bus verbunden werden können, können diese Geräte allgemein wie folgt klassifiziert werden:
    • a) Erdfreie Geräte mit geringer Port-Anzahl, welche höchstens zwei zugängliche Ports haben und keine Energie an den Bus bereitstellen können. Ein-Port-Beispiele sind: Maus, Mikrofon, Hand-Scanner, Netzwerkzugriffsbrücke. Zwei-Port-Beispiele sind: kleines Plattenlaufwerk, kleine Videokamera, Tastatur, kleine Lautsprecher und Kabelverlängerungen.
    • b) Autonome Geräte mit geringer Port-Anzahl, welche höchstens zwei zugängliche Ports haben, aber zusätzlich zu der über den Bus gelieferten Energie ihre eigenen Energiequellen verwenden können. Ein-Port-Beispiele sind ein tragbarer Computer oder ein tragbares peripheres Gerät. Zwei-Port-Beispiele sind: Plattenlaufwerk, Bandlaufwerk, Scanner, kleiner Drucker, Lautsprecher und eine Nu-Bus-Erweiterungskarte.
    • c) Interne Geräte mit geringer Port-Anzahl, welche Geräte sind, welche sich in einer CPU oder einem High-End-Drucker befinden, und bei welchen davon ausgegangen wird, dass sie nur in Verbindung mit der Host-CPU oder dem High-End-Drucker arbeiten. Derartige Geräte haben höchstens zwei Ports, von welchen keiner von außerhalb des Host zugänglich ist. Ein internes Geräte mit zwei Ports wird ausschließlich von der Host-Maschine betrieben und benötigt keine Energie von dem Bus. Beispiele sind Plattenlaufwerke, CD-Laufwerke, eingebaute Mikrofone, eingebaute Kameras und dergleichen.
    • d) Geräte mit hoher Port-Anzahl, welche wenigstens drei zugängliche Ports haben und eine Energieversorgung, die sich von der Busversorgung unterscheidet. Beispiele sind große Geräte, wie beispielsweise Drucker, Monitore, Scanner, große Plattenlaufwerke, große Lautsprecher/Verstärker, Videotechnik, CPUs etc.
    • e) Batteriebetriebene Geräte, welche autonome Geräte mit geringer Port-Anzahl sind. Im Allgemeinen haben derartige batteriebetriebene Geräte einen einzelnen externen Port und höchstens einen internen Port. Die Energieversorgung ist ausreichend, um einen ganzen Bus zu betreiben, der zusätzlich zu ihm selbst nur Fließkommageräte von reduzierter Größe hat.
    • f) Energiequellen- und Buserweiterungsgeräte sind spezielle Typen von Geräten mit hoher Port-Anzahl. Diese Geräte haben drei Ports und stellen eine maximale Nennleistung von ungefähr 54 Watt an den Bus bereit.
  • Schematische Darstellungen der Hardware-Verbindungen der vorher genannten Geräte mit den LLC- und PHY-Chips werden in den 411 gezeigt. Die in den 411 dargestellten verschiedenen Hardware-Verbindungsdiagramme sind im Layout ziemlich ähnlich, folglich wird nur 4 im Detail beschrieben. 4 stellt einen beispielhaften Knoten 302 mit einem Gerät 305, einem PHY 306 und einem LLC 308 dar. Das Gerät 302 ist ein erdfreies Zwei-Port-Gerät. PHY 306 hat entsprechende Ports 310 und 311 des oben unter Bezugszeichen 207 angegebenen Typs. Die Busverbindungsleitungen 312 bzw. 313 sind mit den Ports 310 und 311 verbunden. Jede Leitung 312 und 313 enthält zwei Paar verdrillte Datenübertragungsleitungen 328 und eine Energieübertragungsleitung 330. Jede Energieübertragungsleitung enthält separate Abschirm-, Masse- und Stromleitungen. Der Knoten von 4 enthält einen einzelnen DC-DC-Wandler 333, der zwischen der Energieübertragungsleitung 330 und dem Gerät 305, dem PHY 306 und dem LLC 308 verbunden ist. Der Knoten von 511 enthält annähernd gleiche Komponenten, die durch gleiche Bezugszeichen – jeweils fort laufend um Hundert erhöht, d. h. 402, 504, 602 etc. – benannt sind. Die Knoten der 511 enthalten außerdem die lokalen Energieversorgungen 450, 550 etc. zur Verbindung mit einer AC-Energieversorgung.
  • Für die P1394-Implementierung werden die folgenden Parameter bevorzugt. Die Energieabgabe an den Bus durch eine Energieversorgungseinrichtung beträgt zwischen 10 und 40 Volt DC bei einem Nennstrom von 1,5 Ampere. Die mit dem Bus verbundenen Geräte müssen in der Lage sein, normal zu arbeiten, wenn die Spannung auf dem Bus zwischen 7 Volt DC und 40 Volt DC liegt. Die Spannung auf dem Bus wird an jedem Busknoten zwischen der Stromleitung und der Masseleitung gemessen. Alle Geräte müssen in der Lage sein, mit einem minimalen Massespannungsabfall von 0,5 Volt zwischen zwei benachbarten Knoten auf dem Bus normal zu arbeiten.
  • Ein oben beschriebenes Gerät mit geringer Port-Anzahl darf nicht mehr als 160 mA Gesamtstrom aus der nominalen 5-Volt-Energieleitung verbrauchen. Eine Energieverbrauchsanforderung muß an den Energie-Manager übertragen werden, bevor dem Gerät gestattet wird, zusätzlichen Strom zu entnehmen. Ein Gerät mit hoher Port-Anzahl darf nicht mehr als 230 mA Gesamtstrom aus der nominalen 5-Volt-Energieversorgung bei Übertragung einer Energieverbrauchsanforderung an den Energie-Manager verbrauchen. Geräte mit hoher Port-Anzahl müssen immer Energie an den Bus liefern. Eine Soft-Energie-Steuermöglichkeit wird vorzugsweise in jedem Gerät mit hoher Port-Anzahl implementiert, um die Aktivierung des Geräts durch den Energie-Manager zur Erhöhung der an den Bus gelieferten Gesamtenergie zu ermöglichen.
  • Batteriebetriebene Geräte werden so gesteuert, dass sie Energie an den Bus liefern, wenn keine nicht-batteriebetriebenen Geräte Energie liefern, und ansonsten Energie aus dem Bus entnehmen. Mit anderen Worten, wenn wenigstens ein Gerät eine AC-Energie-Einspeisungsmöglichkeit besitzt, die betrieben werden kann, um Energie an den Bus zu liefern, dann brauchen die batteriebetriebenen Geräte keine Energie über ihre Batterieeinheiten bereitzustellen. Dies hilft, Batterieenergie zu sparen, wenn andere Energiequellen verfügbar sind, gestattet dem Bus aber, mit Batterieenergie zu arbeiten, wenn es erforderlich ist. Die Steuerung des batteriebetriebenen Geräts kann mit dem Energie-Manager 50 (2) mittels über den Bus gesendeten Datenpaketen und Soft-Energie-Ein-Signalen erfolgen. Alternativ, oder als zusätzlicher Steuermechanismus, ist jede Batterieeinheit zur Bereitstellung von Energie bei einer Spannung unterhalb der von den nicht-batteriebetriebenen Quellen bereitgestellten Spannung konfiguriert. Eine Überspannungsschutzschaltung 37 (1) wird zwischen jeder Batterieeinheit 36 und dem Bus angeordnet. Die Schutzschaltung 37 erfaßt die Spannung der Energie, die auf dem Bus geführt wird, und trennt die Batterieeinheit vom Bus, wenn eine höhere Spannung erfaßt wird, als sie von der Batterie abgegeben wird. Auf diese Weise wird die Batterieenergie automatisch immer dann getrennt, wenn eine nicht-batteriebetriebene Quelle Energie an den Bus liefert. Die Batterieeinheit wird automatisch mit dem Bus verbunden, wenn entweder keine Energie auf dem Bus vorhanden ist oder die Energie auf dem Bus bei dem batteriebetriebenen Spannungsniveau liegt. Indem jedes batteriebetriebene Gerät konfiguriert ist, um Energie bei der gleichen Spannung füreinander bereitzustellen, kann eine Anzahl von batteriebetriebenen Geräten gleichzeitig Energie an den Bus bereitstellen. Alle werden durch entsprechende Schutzschaltungen automatisch getrennt, wenn wenigstens ein nicht-batteriebetriebenes Gerät mit der Bereitstellung von Energie an den Bus beginnt. Der Aufbau und der Betrieb jeder einzelnen Schutzschaltung 37 können vollkommen herkömmlich erfolgen.
  • Vorzugsweise wird eine galvanische Trennung von wenigstens einigen der mit dem Bus 200 verbundenen Geräte bereitgestellt. Die galvanische Trennung kann unter Verwendung von Trennbarrieren an der Schnittstelle zwischen jedem PHY-Chip und seinem zugeordneten Gerät implementiert werden. Alternativ können Feld-through- bzw. Durchführungs-Trennbarrieren in Reihe zu einem Kabelsegment eingefügt werden. In beiden Fällen sollte die Trennbarriere einer Spitzenspannung von 500 Volt über die Barriere hinweg standhalten. Eine galvanische Tren nung ist in den in 6, 8 und 11 dargestellten Knoten vorgesehen.
  • Damit ein Gerät mehr Energie aus dem Bus entnehmen kann als die minimal zugewiesenen Energien, die oben aufgeführt sind, muß das Gerät eine Energieverbrauchsanforderung an den Energie-Manager übertragen. Alternativ kann ein Gerät, das die Aktivierung eines anderen Geräts anfordert, die Energieverbrauchsanforderung übertragen. Der Energieverbrauch wird mit dem Energie-Manager in Schrittweiten von 0,1 Watt ausgehandelt. Der Energie-Manager verwendet folgende Energieberechnungsformel Preq = I*V*Kdc*Kpd/100,wobei Kpd ein Koeffizient des Energieverteilungswirkungsgrades, üblicherweise 0,8, ist. Kdc ist der Wirkungsgrad eines DC-DC-Wandlers im ungünstigsten Fall innerhalb eines erwarteten Lastbetriebsbereichs und eines Eingangsspannungsbereichs von 7 Volt DC bis 40 Volt DC, üblicherweise 0,7. V ist die Betriebsnennspannung, üblicherweise 5 Volt, I ist der maximal erwartete Stromverbrauch aus der Energieleitung in der Einheit mA, und Preq sind die „benötigte Energie"-Daten für den Energie-Manager, gerundet auf Schrittweiten von 0,1 Watt. Der Wandlerwirkungsgrad Kdc schließt Abgabespannungstoleranzeffekte ein.
  • Obwohl ein einzelner Energie-Manager in dem Host bereitgestellt werden kann, enthält vorzugsweise jedes Gerät mit hoher Port-Anzahl eine Energie-Manager-Software, damit das Gerät die Möglichkeit hat, als der Energie-Manager zu operieren. Die Energie, die ein Gerät mit einer hohen Port-Anzahl an den Bus liefern kann, wird an den Bus, der aktuell als Energie-Manager operiert, in Schrittweiten von 0,1 Watt übertragen. Um den Energiebetrag zu bestimmen, den das Gerät liefern kann, wird die folgende Berechnungsformel verwendet: Pav = Isource*Vout/100,wobei Vout die Mindestspannung in Volt ist, die das Gerät auf den Bus bringen kann. Isource ist die Gerätestromquellenfähigkeit für den ungünstigsten Fall in mA, und Pav sind die „verfügbare Energie"-Daten für den Energie-Manager, gerundet auf Schrittweiten von 0,1 Watt.
  • Der Energie-Manager hält zu jedem Zeitpunkt eine Reserve von 2 Watt aufrecht, um eine zusätzliche Einfügung eines Gerätes mit geringer Port-Anzahl zu berücksichtigen.
  • Selbstverständlich können andere Energieaushandlungsformeln und andere Systemenergiebedingungen in Übereinstimmung mit den Hauptprinzipien der Erfindung verwendet werden. Die vorher genannten Regeln und Bedingungen werden bevorzugt.
  • Was beschrieben worden ist, ist ein System für das Energie-Management auf einem Geräteverbindungsbus, insbesondere einem Bus, der gemäß den Standards von IEEE P1394 implementiert wird. Das Energie-Management-System verfolgt den Gesamtbetrag der Energie, die von den mit dem Bus verbundenen Komponenten verwendet wird, und es verfolgt den Gesamtbetrag der Energie, die an den Bus geliefert wird. Der Energie-Manager steuert den Betrieb der Geräte, um zu gewährleisten, dass ein ausreichender Energiebetrag verfügbar ist. Insbesondere sequentialisiert das System die Verwendung der Geräte, wie beispielsweise Plattenlaufwerke und dergleichen, um die Gesamtenergie, die aus dem Bus entnommen wird, unter einem maximal verfügbaren Energiebetrag zu halten.
  • Obwohl die Prinzipien der Erfindung unter Bezugnahme auf ein Computersystem mit einem Host und einem Satz peripherer Geräte beschrieben wurden, können sie in einer Vielzahl von Systemen, die über einen Bus miteinander verbunden sind, genutzt werden. Darüber hinaus können die Funktionen des Energie-Managers in einem anderen Gerät als dem Host implementiert werden, oder sie können in jeder beliebigen Klasse von Geräten implementiert werden. Beispielsweise kann in einem Bussystem, das eine Telefonschnittstelleneinheit, wie beispielsweise ein Modem, einschließt, die Telefonschnittstelle die Steuerung der Energie-Management-Funktionen übernehmen, wenn der Host ausgeschaltet ist, oder wenn kein Host vorhanden ist. In einem derartigen System müssen nur die Telefonschnittstelleneinheit und der Bus selbst zu jedem Zeitpunkt mit Energie versorgt werden. Wenn eine Telefonkommunikation von der Telefonschnittstelleneinheit empfangen wird, schaltet die Telefonschnittstelleneinheit mit den Energie-Management-Funktionen andere, mit dem Bus verbundene Geräte ein, um eine gewünschte Funktion auszuführen, wie beispielsweise den Empfang einer Faxsendung, einer Voice-Mail-Nachricht oder einer Datenübertragung. Auf diese Weise können die Vorteile eines Energie-Managers in einem Telekommunikationssystem genutzt werden, das über einen Bus miteinander verbunden ist. Im Allgemeinen können die Prinzipien der Erfindung in jedem beliebigen System genutzt werden, das über einen Bus miteinander verbundene Geräte aufweist, wobei einige der Geräte Energie benötigen, die aus dem Bus entnommen wird.
  • Einige Teile der detaillierten Beschreibungen, die oben gegeben wurden, werden anhand von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Computerspeicher dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die von Fachleuten in der Datenverarbeitungstechnik verwendet werden, um den Inhalt ihrer Arbeit am effizientesten an andere Fachleute zu übermitteln. Unter einem Algorithmus wird hier und im Allgemeinen eine logische Abfolge von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte erfordern die physikalische Manipulation physikalischer Größen. Normalerweise, obwohl nicht notwendigerweise, nehmen diese Größen die Form elektromagnetischer Signale an, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich hin und wieder als zweckmäßig erwiesen, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen und dergleichen zu bezeichnen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe den entsprechenden physikalischen Größen zuzuordnen sind, und dass sie lediglich geeignete Bezeichnungen sind, die für diese Größen verwendet werden.
  • Ferner werden die ausgeführten Manipulationen häufig mit Begriffen bezeichnet, wie beispielsweise Addieren und Subtrahieren, welche üblicherweise geistigen Operationen zugeordnet werden, die von einem menschlichen Anwender ausgeführt werden. Keine derartige Fähigkeit eines menschlichen Anwenders ist in den meisten Fällen bei allen hierin beschriebenen Operationen erforderlich oder wünschenswert. Statt dessen sind die Operationen Maschinenoperationen. In allen Fällen sollte der Unterschied zwischen dem Verfahren der Operationen beim Betreiben eines Computers und dem Verfahren der Berechnung beachtet werden.

Claims (24)

  1. Ein System zum Verwalten der Energieversorgung für mit einem Geräteverbindungsbus verbundene Geräte, wobei die Energie über den Bus übertragen wird, wobei das System aufweist: Mittel zum Empfangen von Informationen, die einen Gesamtbetrag einer ggf. vorhandenen überschüssigen Leistung auf dem Bus spezifizieren, wobei die überschüssige Leistung ein Betrag einer auf dem Bus zur Verfügung stehenden Leistung ist, die über die aktuell von dem Bus durch die Geräte gezogene Leistung und die für den Bus selbst benötigte Leistung hinausgeht; Mittel zum Empfangen und Speichern (100) von Informationen, die sämtliche mit dem Bus verbundene Geräte spezifizieren, die in der Lage sind, Leistung aus dem Bus zu ziehen, und die Informationen einschließen, die den Leistungsbedarf jedes Betriebszustands jedes Geräts spezifizieren; Mittel zum Empfangen (102) von Energiebenutzungsanforderungen über den Bus, wobei die Energiebenutzungsanforderungen ein angefordertes Gerät und einen gewünschten Betriebszustand des angeforderten Geräts spezifizieren; und Steuermittel zum Bestimmen (104), ob die ggf. vorhandene überschüssige Leistung ausreichend ist, um den Betrieb des angeforderten Geräts in dem gewünschten Betriebszustand zu ermöglichen, und zum Gewähren der Energiebenutzungsanforderung, sofern die überschüssige Leistung ausreichend ist, bzw. zum Ablehnen der Busanforderung, sofern die überschüssige Leistung nicht ausreichend ist.
  2. Das System nach Anspruch 1, wobei die den Leistungsbedarf jedes Betriebszustands spezifierenden Informationen den Leistungsbedarf für einen oder mehrere Betriebszustände jedes der mehreren Geräte einschließen, wobei ein Mittel zum Aufrechterhalten von Informationen bezüglich der aktuell gezogenen Leistung ein Mittel zum periodischen Bestimmen eines aktuellen Betriebszustands jedes Geräts einschließt.
  3. Das System nach Anspruch 1, wobei die Steuermittel aufweisen: Mittel zum periodischen Bestimmen eines neuen Gesamtleistungsbedarfs auf der Grundlage der Gewährung der Energiebenutzungsanforderung; Mittel zum Bestimmen, ob der neue Gesamtbetrag des Leistungsbedarfs einen Maximalbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung überschreitet; und auf eine Bestimmung, daß der neue Gesamtbetrag des Leistungsbedarfs den Maximalbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung überschreitet, ansprechende Energieaushandlungsmittel zum Gewähren oder Ablehnen der Energiebenutzungsanforderung.
  4. Das System nach Anspruch 3, wobei die Energieaushandlungsmittel Mittel zum Zurückstellen der Aktivierung eines oder mehrerer der Geräte, für welche die Energiebenutzungsanforderung empfangen worden ist, um den neuen Gesamtbetrag des Leistungsbedarfs auf einem Pegel zu halten, der nicht größer als der Maximalbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung ist.
  5. Das System nach Anspruch 3, wobei die Energieaushandlungsmittel Mittel zum Wiederrufen einer Energiebenutzungsgewährung für ein zuvor gewährtes Gerät aufweisen, um eine Energiebenutzungsgewährung für ein neu angefordertes Gerät zu ermöglichen.
  6. Das System nach Anspruch 3, wobei die Energieaushandlungsmittel Mittel zum Aktivierung zusätzlicher Geräte, wel che dem Bus Energie zur Verfügung stellen können, umfassen, um den Gesamtbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung zu erhöhen.
  7. Das System nach Anspruch 6, wobei die Mittel zum Aktivieren eines zusätzlichen Geräts Mittel zum Übermitteln von Soft-Energie-Ein-Kommandos über den Bus an das inaktive Gerät umfassen.
  8. Das System nach Anspruch 3, wobei wenigstens eines der Geräte die Möglichkeit einer Batterieversorgung enthält und wobei die Energieaushandlungsmittel umfassen: Mittel zum Aktivieren der Batterieversorgungsmöglichkeit des Geräts, wenn ein nicht ausreichender Betrag der überschüssigen Leistung verfügbar ist, um das Gerät mit der Batterieversorgung zu versorgen; und Mittel zum Deaktivieren der Batterieversorgungsmöglichkeit des Geräts, wenn der Betrag der überschüssigen Leistung ausreichend ist, um das Gerät zu versorgen.
  9. Das System nach Anspruch 8, wobei das batterie-versorgte Gerät Energie auf den Bus bei einem Spannungspegel ausgibt, der unter einer dem Bus von nicht-batterie-versorgten Geräten zur Verfügung gestellten Spannung liegt, wobei das batterie-versorgte Gerät Energie auf den Bus ausgibt, wenn kein nicht-batterie-versorgtes Gerät dem Bus Energie liefert, und es Energie von dem Bus zieht, wenn zumindest ein nicht-batterie-versorgtes Gerät dem Bus Energie zur Verfügung stellt.
  10. Das System nach Anspruch 1, ferner aufweisend: auf eine Feststellung, daß ein nicht ausreichender Betrag überschüssiger Leistung zur Verfügung steht, ansprechende Sequenziermittel zum Zurückstellen des Betriebs des Geräts, für welches eine Energiebenutzungsanforderung emp fangen worden ist, bis zu einer Erhöhung der überschüssigen Leistung.
  11. Das System nach Anspruch 10, wobei die Steuermittel, die auf eine Feststellung, daß ein nicht ausreichender Betrag überschüssiger Leistung zur Verfügung steht, ansprechen, den Betriebsstatus eines betriebenen Geräts auf einen geringeren Leistungsbedarfspegel ändern, um eine erhöhte überschüssige Leistung zur Verfügung zu stellen, um einen Betrieb des Geräts zu ermöglichen, für welches eine Energiebenutzungsanforderung empfangen worden ist.
  12. Das System nach Anspruch 11, wobei die Steuermittel Mittel zum Deaktivieren eines aktiven Geräts, um eine erhöhte überschüssige Leistung zur Verfügung zu stellen, umfassen.
  13. Das System nach Anspruch 10, wobei der Bus die Energie führt und das System ferner Mittel zum Aufrechterhalten von Informationen bezüglich der ggf. vorhandenen überschüssigen Leistung, die auf dem Bus zur Verfügung steht, aufweist.
  14. Das System nach Anspruch 13, wobei die Steuermittel, die auf eine Feststellung ansprechen, daß ein nicht ausreichender Betrag überschüssiger Leistung zur Verfügung steht, dazu dienen, den Betriebszustand eines betriebenen Geräts auf einen geringeren Leistungsbedarfspegel zu ändern, um eine erhöhte überschüssige Leistung zur Verfügung zu stellen, um ein Betrieb des Geräts, für welche eine Energiebenutzungsanforderung empfangen worden ist, zu ermöglichen.
  15. Das System nach Anspruch 14, wobei die Steuermittel Mittel zum Deaktivieren eines aktiven Geräts, um eine er höhte überschüssige Leistung zur Verfügung zu stellen, umfassen.
  16. Das System nach Anspruch 14, wobei die Steuermittel einschließen: Mittel zum periodischen Bestimmen eines neuen Gesamtleistungsbedarfs auf der Grundlage der Gewährung der Energiebenutzungsanforderung; Mittel zum Bestimmen, ob der neue Gesamtbetrag des Leistungsbedarfs den Maximalbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung überschreitet; und Energieaushandlungsmittel, die auf eine Bestimmung, daß der neue Gesamtbetrag des Leistungsbedarfs den Maximalbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung überschreitet, ansprechen, zum Gewähren oder Ablehnen der Energiebenutzungsanforderung.
  17. Das System nach Anspruch 16, wobei die Energieaushandlungsmittel Mittel zum Zurückstellen einer Aktivierung eines oder mehrerer der Geräte, für welche die Energiebenutzungsanforderung empfangen worden ist, enthalten, um den neuen Gesamtbetrag des Leistungsbedarfs auf einem Pegel zu halten, der nicht größer als der Maximalbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung ist.
  18. Das System nach Anspruch 16, wobei die Energieaushandlungsmittel Mittel zum Widerrufen einer Energiebenutzungsgewährung an ein zuvor gewährtes Gerät einschließen, um eine Energiebenutzungsgewährung an ein neu angefordertes Gerät zu ermöglichen.
  19. Das System nach Anspruch 16, wobei die Energieaushandlungsmittel Mittel zum Aktivieren zusätzlicher Geräte einschließen, welche in der Lage sind, dem Bus Energie zur Verfügung zu stellen, um den Gesamtbetrag der zur Verfügung stehenden Leistung zu erhöhen.
  20. Das System nach Anspruch 19, wobei die Mittel zum Aktivieren eines zusätzlichen Geräts Mittel zum Übermitteln von Soft-Spannungsversorgung-Ein-Kommandos über den Bus an das inaktive Gerät einschließen.
  21. Ein Verfahren zum Verwalten der an mit einem Gerätverbindungsbus verbundene Geräte zur Verfügung gestellten Energie, wobei die Energie über den Bus übertragen wird, wobei das Verfahren umfaßt: Empfangen von Informationen, die einen Gesamtbetrag einer ggf. vorhandenen überschüssigen Leistung auf dem Bus spezifizieren, wobei die überschüssige Leistung ein Betrag der auf dem Bus zur Verfügung stehenden Leistung, soweit sie die gegenwärtig aus dem Bus von den Geräten gezogene Leistung und die für den Bus selbst erforderliche Leistung überschreitet, ist; Empfangen und Speichern (100) von Informationen, die sämtliche mit dem Bus verbundene Geräte spezifizieren, die in der Lage sind, Energie aus dem Bus zu ziehen, einschließend Informationen, die den Leistungsbedarf jedes Betriebszustands des Geräts spezifizieren; Empfangen (102) von Energiebenutzungsanforderungen über den Bus, wobei die Energiebenutzungsanforderungen ein angefordertes Gerät und einen gewünschten Betriebszustand des angeforderten Geräts spezifizieren; Bestimmen (104), ob die ggf. vorhandene überschüssige Leistung ausreichend ist, um einen Betrieb des angeforderten Geräts in dem gewünschten Betriebszustand zu ermöglichen; und Gewähren der Energiebenutzungsanforderung, sofern die überschüssige Energie ausreichend ist, und Ablehnen der Bus anforderung, sofern die überschüssige Leistung nicht ausreichend ist.
  22. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei dann, wenn die Energiebenutzungsanforderung abgelehnt wird, das Verfahren ferner umfaßt ein Zurückstellen der Gewährung der Energiebenutzungsanforderung bis zu einer Erhöhung der ggf. vorhandenen überschüssigen Energie bis zu einem Betrag, der ausreichend ist, um das angeforderte Gerät bei dem gewünschten Betriebszustand zu versorgen.
  23. Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei dann, wenn die Energiebenutzungsanforderung abgelehnt wird, das Verfahren ferner umfaßt das Steuern eines oder mehrerer gegenwärtig betriebsbereiter Geräte derart, daß der Betriebszustand der Geräte in einen Zustand geändert wird, der weniger Leistung erfordert.
  24. Das Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend: Empfangen von Informationen, die die Leistungsausgabe von Geräten spezifiziert, die in der Lage sind, Energie an den Bus zu liefern; und Steuern der Geräte, die zum Liefern von Energie in der Lage sind, derart, daß eines oder mehrere der Geräte in Abhängigkeit von einer Bestimmung eines Gesamtbetrags von beim Gewähren der Energiebenutzungsanforderungen erforderlichen Leistung aktiviert oder deaktiviert werden.
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