設置於多功能讀卡器中的主控制器的製作方法
2023-05-02 07:49:31 1
專利名稱：設置於多功能讀卡器中的主控制器的製作方法
技術領域：
本發明有關於一種外圍裝置的控制器，尤指一種透過一串行先進技術附加裝 置接口以控制數種外圍裝置(例如存儲卡)的多功能讀卡器的主控制器。
背景技術：
長久以來，數據儲存裝置(data storage device) —直是計算機系統中不可 或缺的一環，隨著功能性的不同，種類也相當地繁多，如:軟盤、硬碟、光碟與閃 存等。儘管如此，這些儲存裝置卻幾乎朝著同樣的兩個趨勢發展儲存容量更大以 及本身體積越小，於是，這些儲存裝置的體積不斷被縮小，使得市面上出現了各式各樣的可攜式數據儲存裝置，諸如快快閃記憶體儲卡(flash memory card)與外接式硬 盤機等。鑑於使用上的便利性，以及考量到這些數據儲存裝置常常必需由計算機系 統來做數據上的處理，因此發展出許多便於連接這些數據儲存裝置的外接接口裝 置，使計算機系統可透過外接的方式，簡單且迅速地存取這些數據儲存裝置，而這 些外接存取裝置通常可支持數種規格不同的數據儲存裝置。然而，其中由於快閃記憶體卡 的規格的種類最為繁多，所以衍生出的外接存取裝置也相當的多樣，這類產品也常 被稱呼為讀卡器(memory card reader)。普遍而言，大多數的讀卡器是透過通用 串行總線(Universal serial BUS, USB)，作為接口與計算機系統作為連接，此 種總線由於接腳數量(pin count)少且支持隨插即用(Plug-and-play)，於是幾 乎被都配置於計算機系統的外部，用於外接各式外圍與儲存裝置。此外，亦有透過 外圍組件互連(Peripheral Component Interconnect, PCI)總線和高速外圍組件 互連(Peripheral Component Interconnect—Express ，PCI—E)總線這兩禾中總線來 設計的讀卡器。請參照圖l、 2、 3，此為傳統的讀卡器裝置100、 200、 300的架構示意圖，分 別利用了 USB總線102、 PCI總線202、 PCI—Express (PCI—E)總線302三種總線來 實施。概略觀之，此類讀卡器裝置100、 200、 300皆透過了自身裝置中的一個主控4的效能優劣，可說是深深地影響了整個讀卡器裝置100、 200、 300的效能。然而，主控制器的設計，事實上是取決於總線的規格(specification)，故總線的規格和讀卡器裝置的效能有意義重大的關係。舉例 來說，以總線的數據傳輸頻寬而言(bandwidth)，三者理論的最大值分別為，USB 總線480Mbit/s (USB 2.0) ， PCI總線:133*8 Mbit/s， PCI-E總線(xl link): 2.5GT/s。此最大傳輸頻寬也就變成了讀卡器裝置中，快閃記憶體儲卡數據傳輸時的速度 限制。此外，最大頻寬的實際效能會受到總線本身的設計所影響，例如，對於採用 USB總線為連接接口來設計的讀卡器的主控制器而言，每一個連接到該主控制器的 數據儲存裝置僅能有一個在同一時間內被該主控制器所耦接的主機存取，可見在 USB架構下的讀卡器的實際最大數據傳輸頻寬是受制於單一外接儲存裝置的傳輸 速率的。再者，由於USB架構下的最大數據傳輸頻寬為480Mbit/s，而最新規格的 快快閃記憶體儲卡的讀取與寫入數據的速度可高達240Mbit/s，然而考量到電路的延遲問 題，USB總線所能提供的最大頻寬勢必僅能勉強提供傳輸速度越來越快的高速存儲 卡。此外，採用PCI與PCI-E總線的讀卡器裝置皆需透過主板上一主機總線適配卡(host bus adapter)來與主機連接，故硬體成本較高且線路設計亦較為複雜。發明內容因此本發明的目的之一在於提供一種多功能讀卡器的主控制器的新架構，該 主控制器採用SATA總線作為傳輸接口，且最高可同時控制15個外圍裝置，因而可 解決傳統架構下的主控制器的性能不佳問題，且SATA總線所能支持的最大頻寬高 達3000Mbit/s，為個人計算機上常見的數據傳輸接口中相當高的數據傳輸頻寬， 因而可滿足大量數據傳輸的需求。依據本發明的權利要求，其提供一種設置於一多功能讀卡器中的主控制器， 包含有一串行先進技術附加裝置(Serial Advanced Technology Attachment, SATA) 接口，用來耦接一主機；以及一連接埠倍增多工器(port multiplier),具有5一控制埠以及多個外圍裝置連接埠 。中該控制埠耦接於該串行先進技術附加 裝置接口，以及該多個外圍裝置連接埠分別耦接至多個外圍裝置接口，此外，該 多個外圍裝置接口乃設置於多功能讀卡器中。
本發明的主要精神乃透過連接埠倍增多工器的使用以提升多功能讀卡器所
能支持的外圍裝置個數(例如最高可達15個)，且使用了 SATA總線所提供的高效 能傳輸模式，使多功能讀卡器耦接的外圍裝置可同時被主機使用，通過同時多任務 運作，以有效利用SATA總線本身高達3000Mbit/s的最大傳輸頻寬。
圖1為應用通用串行總線接口的傳統讀卡器的示意圖。
圖2為應用外圍組件互連總線接口的傳統讀卡器的示意圖。
圖3為應用高速外圍組件互連總線接口的傳統讀卡器的示意圖。
圖4為本發明設置於多功能讀卡器的主控制器的示意圖。
具體實施例方式
請參考圖4，圖4為本發明設置於多功能讀卡器中的主控制器的一實施例的示 意圖。於本實施例中，多功能讀卡器400包含有一主控制器410以及多個外圍裝置 接口 402、 404、 406，其中外圍裝置接口 412、 414、 416分別耦接於主控制器410 的多個裝置連接埠 432、 434、 436，請注意，在不影響本發明技術揭露之下，圖 4中僅顯示出三個外圍裝置接口與三個裝置連接埠，然而，此僅作為範例說明之 用，並非作為本發明的限制條件。外圍裝置接口 412符合安全數字卡(Secure Digital Card, SD)規格，因此用以耦接於符合安全數字卡規格的一快快閃記憶體儲卡(例 如SD存儲卡、畫C存儲卡或MS存儲卡)422;外圍裝置接口 414符合串行先進技 術附加裝置(Serial Advanced Technology Attachment, SATA)接口規格，因此用 以耦接具有SATA連接埠的硬碟機424;外圍裝置接口 416符合安全數字輸入/輸 出(secure digital i叩ut/output， SDIO)接口規格，因此用以耦接具有SDIO接口 的視訊裝置426。
如圖4所示，主控制器410具有一連接埠倍增多工器430以及一 SATA接口 440，其中連接埠倍增多工器430具有一控制埠 438、外圍裝置連接埠 432、434、 436、外圍裝置控制器402、 404、 406分別耦接至外圍裝置連接埠 432、 434、 436，以及控制電路450。外圍裝置控制器402、 404、 406各自耦接於控制電路150 以及透過控制埠 438耦接至SATA接口 140。連接埠倍增多工器430中，控制 電路150用以對SATA接口 140與外圍裝置控制器402、外圍裝置控制器404以及 外圍裝置控制器406之間的指令訊息與響應訊息進行處理與配送，而外圍裝置控制 器402、 404及406則分別對接收的指令訊息進行響應，以及依據該指令訊息來對 所耦接的外圍裝置(亦即快快閃記憶體儲卡422、硬碟機424與視訊裝置426)進行存取 與控制。連接埠倍增多工器430支持SATA主控制器(主機端)中一種架框信息 架構基石出切換(frame information structure—based switching, FIS - based switching)的傳輸模式，亦即當主機400欲傳送數據或讀取數據至一正等待輸入/ 輸出(i叩ut/output， I/O)的外圍裝置時，將不論耦接至連接埠倍增多工器 430所耦接的其它外圍裝置是否在對先前發布(issue)的指令進行對應的運作， 而可直接進行數據傳輸而不需等待先前的指令處理完成，且通過一種特定仲裁算 法，可確保數據流(data flow)的平衡，而無傳輸上的衝突或延遲，故當連接端 口多工器430利用上述的架框信息架構基礎切換模式進行數據傳輸時，由於耦接的 多個外圍裝置可進行同時存取，故可充份使用SATA總線本身所支持的最大頻寬 3000Mbit/s，由於架框信息架構基礎切換模式為SATA規範所定義的模式，應為熟 知本發明的技術領域人士所明了，故為求說明書的簡潔，在此便不詳述其具體實現 方式。
本實施例中，對於符合SATA規範的連接埠倍增多工器430而言，多功能讀 卡器400中主控器410所能支持的外圍裝置最多可達15種，種類亦可由該主控制 器內部所設置的外圍裝置控制器來決定，而圖4所示的實施例中，主控制器410 的外圍裝置控制器402、 404、 406分別對應的外圍裝置類型並非本發明的限制，而 僅是作為範例說明之用。例如，若外圍裝置控制器402亦可符合多媒體卡 (multimedia Card, MMC)規格、記憶棒(Memory Stick, MS)規格、xD圖片卡 (xD-Picture Card, xD)規格或CF快閃記憶體卡(Compact Flash card, CF card)規 格的控制器，則相對應的外圍裝置接口 412便是符合多媒體卡規格、xD圖片卡規 格或CF快閃記憶體卡規格的接口，以便耦接所欲存取的存儲卡。因此，本實施例的硬體 配置非本發明的唯一配置方式，任何符合本發明精神的硬體配置均落於本發明的範疇之中。
當多功能讀卡器400通過SATA接口 440耦接至主機400的一 SATA連接埠 460，此時主機400可對已耦接至多功能讀卡器400的快閃記憶體卡422、硬碟機424、視 訊裝置426同時進行數據存取(access)的動作。控制電路450中的微處理器452 會執行儲存於存儲器454中所儲存的固件程序480 (firmware)，以依據主機發布 的指令(command)來控制外圍裝置與外圍裝置控制器之間的數據交換，亦即，通 過傳送指令至外圍裝置控制器，使得外圍裝置控制器依據該指令對所耦接的外圍裝 置進行控制，並且將數據寫入外圍裝置或自外圍裝置讀取數據並回傳至主機400。 例如，主機400欲使用視訊裝置426，這時主機400便發布一指令，控制電路450 便依據該指令而發出對應的指令至外圍裝置控制器406，於是外圍裝置控制器406 透過外圍裝置接口 416開始控制視訊裝置426的數據存取，此時，視訊裝置406 所擷取的影像信息便透過外圍裝置接口 416傳回主控制器410，接著，主控制器410 再進一步地將此影像信息透過SATA接口 440傳回主機400。同理，當主機400欲 將數據寫入快快閃記憶體儲卡422時，主機400亦發布一指令，並透過SATA接口 440傳 送至主控制器410，控制電路450接收到該指令之後，隨即傳送對應的指令至外圍 裝置控制器402以了解快快閃記憶體儲卡422的使用狀態，當快快閃記憶體儲卡422處於閒置狀 態，則外圍裝置控制器402透過外圍裝置接口 412將自主機400傳送而來的數據寫 入快快閃記憶體儲卡422;倘若主機400欲自硬碟機424處讀取數據，會通過類似前述的 方式來發出指令，而控制電路450與外圍裝置控制器404便會控制整個數據讀取的 步驟，最後透過SATA接口 140將自硬碟機424所讀取出的數據傳回主機400中。 請注意，上述的存取以及控制的運作，可透過連接埠倍增多工器430所支持的架
框信息架構基礎切換模式來達到同時進行數據存取的目的。
總結來說，以SATA接口作為讀卡器裝置的傳輸接口有以下的優勢。首先，目 前市面上的主板多已內建SATA連接埠，且SATA連接埠又有支持隨插即用，其 便利程度與USB連接埠相當，然而，其傳輸的速度和效能卻遠高於USB連接埠 。 再者，與分別以PCI總線與PCI-E總線所設計的讀卡器裝置相比較時，此兩者必須 經過一主機總線適配卡以使得傳統讀卡器裝置得以和主機連接，但是兩者的最大頻 寬又不如SATA總線來得優秀，因此不論硬體設計上的便利性或者效能而言，SATA總 線皆是最佳選擇。SATA連接埠本身乃用於連接具有SATA接口的儲存裝置，如具SATA接口的光碟機或硬碟機，且單一SATA連接埠在定義上僅能連接單一裝置，故 本發明將SATA規範中的連接埠倍增多工器應用於多功能讀卡器裝置，因而設計 出一個可耦接高達15個外圍裝置的主控制器，此外，另可利用各種外圍裝置控制 器以使主控制器可耦接的外圍裝置範圍擴充至SATA接口以外的裝置，例如快閃記憶體卡 422 (採用SD存儲卡接口)與視訊裝置426 (採用SDI0接口)，故透過本發明多 功能讀卡器的主控制器，可使SATA總線達到最好的運用。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種設置於一多功能讀卡器中的主控制器，包含有一串行先進技術附加裝置接口，用來耦接一主機；以及一連接埠倍增多工器，具有一控制埠以及多個外圍裝置連接埠，其中該控制埠耦接於該串行先進技術附加裝置接口，以及該多個外圍裝置連接埠分別耦接至多個外圍裝置接口，其中該多個外圍裝置接口乃設置於多功能讀卡器中，且至少包含有一存儲卡接口。
2. 如權利要求1所述的主控制器，其特徵在於，該連接埠倍增多工器包含有多個外圍裝置控制器，分別耦接於該多個外圍裝置連接埠與該控制埠之 間，用於對該多個外圍裝置進行控制；以及一控制電路，耦接於該多個外圍裝置控制器，用來控制該多個外圍裝置控制 器的運作以控制該多個外圍裝置連接埠與該控制埠之間的數據交換。
3. 如權利要求2所述的主控制器，其特徵在於，該控制電路包含有 一存儲器，儲存一固件程序；以及一微處理器，耦接於該存儲器，用來執行該固件程序以控制該多個外圍裝置 控制器的運作。
4. 如權利要求1所述的主控制器，其特徵在於，該存儲卡接口符合一安全數 字卡規格、 一多媒體卡規格、 一記憶棒規格、一xD圖片卡規格或一CF快閃記憶體卡規 格。
5. 如權利要求1所述的主控制器，其特徵在於，該多個外圍裝置接口另包含 有一安全數字輸入/輸出接口。
6. 如權利要求1所述的主控制器，其特徵在於，該多個外圍裝置接口另包含有一串行先進技術附加裝置接口。
全文摘要
本發明提供一種設置於多功能讀卡器中的主控制器，包含有一串行先進技術附加裝置接口，用來耦接一主機；以及一連接埠倍增多工器，具有一控制埠以及多個外圍裝置連接埠。該控制埠耦接於該串行先進技術附加裝置接口，以及該多個外圍裝置連接埠分別耦接至多個外圍裝置接口。該多個外圍裝置接口設置於多功能讀卡器中，且至少包含有一存儲卡接口。
文檔編號G06F13/38GK101661449SQ20081021468
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者李連春 申請人:智微科技股份有限公司