用於功率控制以使功率消耗最少的方法和系統的製作方法
2023-10-22 18:39:37 1
專利名稱：用於功率控制以使功率消耗最少的方法和系統的製作方法
用於功率控制以使功率消耗最少的方法和系統
背景技術：
由於對計算機系統和存儲器供電和冷卻的成本上升，在全部計算市場中，功率消耗變為日益重要的方面。現在通常要求諸如外設和主機控制器的系統部件支持ー些形式的
功率管理。功率管理通常包括當不使用電路或者機電元件時去除或者降低電路或者機電元件的功率，由此降低系統的整體功率消耗。功率管理協議已經包括在很多接ロ標準中，包括串行附接SCSI和串行ATA。串行ATA(SATA)接ロ在PC市場中廣泛使用並且在伺服器和企業計算環境中顯著存在。SATA還在電池供電的筆記本計算機市場中普遍存在，部分是由於 其對功率最小化的積極做法。然而，遺憾的是，已知的功率管理方案被主機控制並且趨向於低效。另外，實際上已知的功率管理方案不能滿足諸如Energy STAR和EuP的新節省程序的期望的功率消耗目標。因此，實施例提供由裝置進行的一系列功率節省動作，而不要求主機參與或者甚至改變裝置對主機的表現。
附圖被包括在本說明書中並且構成本說明書的一部分，圖解說明本發明的實施例，且與說明一起用於解釋實施例的原理。在附圖中圖I示出與本發明的原理一致的系統的示例性框圖；圖2示出示例性主機的示例性框圖；圖3示出其中可以實現實施例的直接附接存儲裝置的示例性框圖；圖4示出與本發明的原理一致的示例性處理流程圖；圖5示出根據本發明的原理，可以在主機和直接附接存儲裝置之間交換的命令和消息的示例性交換；圖6示出進行功率節省動作的直接附接存儲裝置的功率消耗的示例性曲線圖。
具體實施例方式實施例提供一種用於裝置功率控制的系統和方法。具體地，實施例涉及諸如直接附接存儲裝置的耦合到主機的裝置，以進入消耗更少功率的模式。該模式基於預設非使用超時或者其它條件而自啟動和觸發。在該模式工作期間，裝置可以繼續對其主機表現為活動或者在線。然而，如果其非使用持續則裝置可以採用一系列功率節省動作。如果主機需要，直接附接存儲裝置被配置為如同在線那樣做出響應，並且向裝置恢復必要的功率。例如，裝置可以通過按照相同或者不同順序反向該系列功率節省動作來恢復自身。在一些實施例中，直接附接存儲裝置被配置為自啟動的功率管理以用最小成本滿足EuP Lot 6功率準則和標準。例如，在一些實施例中，功率節省動作將直接附接存儲裝置置於具有I. 0W、0. 5W或者更少的軟電源按鈕的ー個或者更多個更深睡眠模式。實施例的功率管理被配置為啟動減少的功率消耗，但是自動喚醒而不涉及主機動作。例如，在一些實施例中，在喚醒期間，主機被提供驅動枚舉信息或者其它信息，就好像存儲裝置在線似的。實施例可容納多種功率節省策略。這些策略可適配於具體裝置、應用或者使用歷史。例如，直接附接存儲裝置可以包括在主機非使用後的預設超時之後進入的自啟動待機。所實施的功率節省動作可以包括橋接ASIC (除了別的之外)，該橋接ASIC使得驅動器轉動降速並且將驅動器置於待機狀態，控制功率場效應電晶體(FET)以關斷驅動電源，禁止內部SATA PHY邏輯，並且如果可能則關閉不同於主機接ロ的全部其它接ロ或者總線。由此，實施例允許靈活的功率管理。如果主機需要訪問直接附接存儲裝置，則該裝置被配置以向主機枚舉自己，諸如立即地或者在要求的時間幀內用驅動器ID和PID/VID響應。在一些實施例中，該裝置被配置為在緩存器或者快閃記憶體存儲器中存儲這個信息。除了提供該信息，直接附接存儲裝置可以開始使其一系列功率節省動作反向或者相反地對整個裝置的一部分重供電。下面將參照附圖描述本公開的各種實施例，其中類似附圖標記指代類似元件。圖 I示出與本發明的原理一致的示例性系統。如圖所示，系統100可以包括主機裝置12和直接附接存儲裝置(DASD) 14。主機裝置12和DASD 14可以經過通信鏈路諸如統ー串行總線(USB)接ロ 16彼此耦合。為了圖解說明，DASD 14被示出為經USB接ロ 16的外部附接的裝置。在其它實施例中，存儲裝置可以內部地耦合在主機裝置內。例如，存儲裝置可以是經原生USB總線耦合到處理器的伺服器的內部硬碟驅動器。一般地，主機裝置12可以指可以請求在DASD 14上存儲的信息的任何計算機、月艮務器等。例如，主機裝置12可以是個人計算機、膝上型計算機、伺服器等。儘管圖I示出單個主機裝置，但是本領域技術人員將認識到系統100可以包括任意數量的単獨的主機裝置12或者彼此的組合。DASD 14指代數據存儲裝置，該數據存儲裝置可以保持一個或者更多個硬碟驅動器或者固態驅動器。換句話說，實施例可應用於任意數據存儲裝置，其中期望待機功率降低到諸如IW或者0. 5W的目標功率。例如,最近的EuP準則和Energy Star評級當前或者潛在地規定針對諸如DASD 14的裝置的特定功率消耗目標。在其它實施例中，DASD 14可以包括一個或者更多個固態驅動器。可以根據固態驅動器部件的性質和其各自的功率消耗相應修改降低DASD 14待機功率的功率節省動作的順序和性質。為了圖解說明，然而，以下描述的示例涉及DASD 14,其包括一個或者更多個硬碟驅動器,諸如Western DigitalTechnologies (威騰電子技術公司)製造的硬碟驅動器。如圖所示，DASD 14經過通信鏈路直接連接到主機裝置12。在所示的實施例中，DASD 14經USB 2.0鏈路16耦合到主機裝置。然而，通信鏈路可以被實現為其它類型的鏈路，諸如 USB 3.0、eSATA、SCSI、SAS、*_ (Firewire)和光纖通道(Fibre Channel)。DASD104可以在多個接ロ之間被共享並且允許對其信息的並行和直接訪問。另外，如上所述，DASD 14可以內置於主機裝置12並且經過諸如原生USB 3. 0總線的通信總線耦合。圖2示出示例性主機裝置12的示例性框圖。如圖所示，主機裝置12可以是本領域技術人員熟知的通用計算機。為了說明，將參照桌上型計算機說明本發明的實施例。然而，本領域技術人員將理解本發明的實施例可以幾乎在任何裝置中實現，諸如膝上型計算機、個人數字助理、智慧型電話、伺服器計算機等等，用戶在其中存儲和訪問對象。如圖所示，主機裝置12可以包括中央處理器102、鍵盤104、指點裝置106 (例如滑鼠等)、顯示器108、主存儲器110和向DASD 14提供USB接ロ 16的輸入/輸出(I/O)控制器112。主機裝置12還可以被提供有附加方輸入/輸出裝置，諸如印表機(未示出)。主機裝置12的各個部件通過系統總線118或者類似的架構通信。如上所述，。主機裝置12可以是任何形式的計算裝置或者系統，諸如個人計算機、伺服器、膝上型計算機等。圖3示出其中可以實現本實施例的示例性直接附接存儲裝置。如圖所示，DASD 14可以包括橋接控制器300、軟電源控制器302、USB控制器304、外部電源模塊306、第一 DC/DC轉換器308、第二 DC/DC轉換器310、驅動器功率控制器312和硬碟驅動器314。下面將進ー步描述這些部件。橋接控制器300包括控制邏輯和智能以控制DASD 14的操作並且提供實施例的功率消耗控制。具體地，橋接控制器300轉換其USB接ロ到主機裝置12和SATA接ロ到硬碟驅動器314之間的通信。因此，如所示的，橋接控制器300可以包括用於USB的PHY邏輯電 路316和SATA PHY邏輯電路318以及轉換電路320。在一些實施例中，橋接控制器300被實現為ASIC。然而，可以使用任意形式的電路硬體、固件等實現橋接控制器300。一般地，DASD 14的部件可以針對低功率消耗來設計。例如，預計到將來的EuP (歐盟的耗能產品設計指令)標準，當其主機接ロ枚舉的SATA PHY邏輯電路318被禁止時，在一個實施例中橋接控制器300可以消耗小於0. 45W。在其它實施例中，橋接控制器300可以被配置以消耗少於0. 25W。當然，橋接控制器300可以根據實施例被配置以滿足任意的期望功率消耗目標。軟電源控制器302提供外部控制，其允許DASD被手動地斷電，例如，被用戶。另外，軟電源控制器302還可以耦合到主機裝置12以允許主機裝置12請求DASD 14上的待機電源操作或者電源關閉。例如，在一些實施例中，主機裝置12可以單獨地或者與實施例的功率節省功能組合利用SATA功率管理方案來降低DASD 14的功率消耗。USB控制器304用作控制通過控制鏈路16到/來自DASD 14的通信的接ロ。例如，USB控制器304可以向控制器300的USB PHY邏輯316傳遞USB通信。如圖所示，USB控制器304被實現為USB微控制器，其為本領域技術人員熟知。外部電源306將DASD 14耦合到電源，諸如AC牆壁插ロ或者其它AC電源。如圖所示，外部電源306將標準AC電カ轉換為到DASD 14的12伏DC電カ信號。這個12伏電カ輸出可以為控制器300以及硬碟驅動器314提供主電源。在一些實施例中，電源306被配置為在中級至滿負荷以約80%效率或者更大效率將AC轉換為DC。在其它實施例中，DASD14可以被供電而無需外部電源306。例如，DASD 14可以是USB供電的裝置，因此從通信鏈路16接收電力。在一些實施例中，電源306可以是Energy STAR級別5兼容電源或者EuP兼容電源供應，其提供小於IW的DC輸出功率負荷。例如，假定小於0. 5W或者約0. 45W的目標待機功率消耗，那麼電源306的功率消耗應至少62%。此百分比是基於以下計算，其中AC 輸入/DC 輸出功率效率彡
+ 622。因此如以下這樣可導出，實現從AC主電源306在62%< IW的橋接控制器300的總負荷，最大空閒功率橋ASIC =(電源AC輸入)X (AC適配器的效率％ ) X (5V DC/DC轉換器308的效率)X (VCCH D⑶C轉換器310的效率％ )= lff*62% *80% *90%= 0. 45W第一 DC/DC轉換器308提供從12V到5V的DC/DC轉換，因而提供5V DC輸出信號。接著，第二 DC/DC轉換器310將5V信號步降為驅動該控制器300的VCCH電壓。因此，如以上計算所示，第一 DC/DC轉換器308和第二 DC/DC轉換器310的效率應分別至少是80%和90%。驅動器功率控制器312控制向硬碟驅動器314的功率輸送。例如，驅動器功率控制器312可以是場效應電晶體(FET)開關。當然，可以用其它類型的功率控制器部件來實現驅動器功率控制器312。在其他實施例中，驅動器功率控制器312是可選的，因而DASD14可以缺少該部件。例如，驅動器睡眠功率可以足夠低或者諸如DC/DC轉換器308和DC/DC轉換器310的其它部件的效率可以足以使得驅動器功率控制器312不是必須的。因此，在這些實施例中，功率節省動作的本質和順序可以被修改。硬碟驅動器314包括DASD 14的存儲介質以及用於旋轉存儲介質的驅動機構。在一些實施例中，這種部件由Western Digital Technologies公司提供。圖4示出與本發明的原理一致的示例性處理流程。在步驟400，DASD14可以開始其功率節省處理。可以通過多種方式啟動該處理。例如，DASD14中的控制器300可以維持空閒計時器，其監視DASD 14已經不活動多長時間。這種計時器可以設置在轉換電路320中。替代地，例如用戶可以經軟電源控制器302請求功率節省處理。作為又ー個替換，主機裝置12可以啟動DASD 14的功率節省動作。儘管如此，實施例為DASD 14提供保持功率消耗的機構和處理而無需主機裝置12參與。在步驟402，控制器300確定DASD 14是否適合功率節省動作。例如，控制器300可以諸如經由待機計時器確定DASD 14已經不活動達特定時間量。替代地，控制器300可以基於各種因素確定適用性，諸如主機裝置12的工作狀態、電源306的狀態等。在步驟404，如果DASD 14不適於功率節省，則處理重複並且控制器300例如可以等待ー時間段。
在步驟406，控制器300已確定DASD 14實際適合功率節省動作並且取得策略420。策略420包括指示DASD 14如何和何時降低其功率消耗的信息。在一些實施例中，可以用ー個或者更多個策略420配置控制器300。例如，ー個策略可規定基於固定時間間隔執行的一系列動作。然而，其它策略可以規定基於可變間隔進行該系列動作。該間隔可以基於要採取的動作的程度以及面對DASD 14的狀態。例如，旋轉減速硬碟驅動器314的驅動和將來自功率控制器312的功率信號斷電之間的間隔可以相對短。然而，在這些之後執行的動作之間的間隔可以相對地更長。可以設計這些間隔以平衡功率降低目標和DASD 14的信息取得
/存儲。此外，可以基於使用歷史由DASD 14和/或主機裝置12修改策略420。例如，主機裝置12可以提供事務的日誌，其指示可預計的使用模式或者使用佔空因數。DASD 14還可以記錄其自己的使用並且計算其自己的使用佔空因數以確定如何和何時執行其一系列的功率節省動作。因此，主機裝置12或者DASD 14可以基於該使用歷史產生策略420。該歷史可以幾乎跨越任何時間量，諸如分鐘、小時、日、星期等。
策略420可以存儲在硬碟驅動器314中，諸如受保護扇區中，並且保存在控制器300中的緩存器或者存儲器中(未示出)。另外，策略420可以從，諸如生產商或者系統管理員的外部主體例如經主機裝置12下載到DASD 14。一旦獲取，控制 器300可以選擇系列動作並且創建或者遵循進展配置422。這個進展配置422規定控制器300執行的動作的順序和時序。例如，進展配置422可以被實現為在控制器300的寄存器中存儲的一系列命令。當然，可以按照多種方式在硬體、固件或者利用控制器300執行的軟體創建和執行進展配置422。因此，在步驟408，控制器300執行其系列功率節省動作。如所示的，在步驟410，控制器300監視DASD 14繼續保持不活動，因此，控制器300繼續遵循其系列功率節省動作。例如，控制器300可以執行以下的系列功率節省動作。首先，橋接控制器300可以使驅動器314旋轉減速並且將驅動器314投入待機狀態。例如，控制器300可以經由SATA PHY邏輯318向驅動器314發送SATAHIPM待機。第二，橋接控制器300可以接著命令功率控制器312以停止來自轉換器308和310的12V和5V電源信號。第三，橋接控制器300可以禁止和/或使SATA PHY邏輯308斷電。第四，橋接控制器300可以自己進入空閒或者待機狀態。第五，橋接控制器300可以經USB控制器304關閉不同於主機連接的USB接ロ的其它接ロ或者總線。值得注意的是，橋接控制器300維持與主機裝置12的接ロ以確保DASD 14響應於來自主機裝置的請求。因此，如圖所示，橋接控制器300維持其USB鏈路16，而主機裝置12是活動的以由此表現為在線或者準備好(就緒)。例如，在步驟412，主機裝置12可以向DASD 14提供讀或者寫請求，這觸發DASD14脫離其不活動狀態。在一些實施例中，為了對主機裝置12表現為在線，控制器300可以提供足夠信息以向主機裝置12枚舉DASD 14。例如，DASD 14可以緩存DASD 14的驅動器標識、PID、VID以及其它信息以經由通信鏈路16向主機裝置12提供立即的USB響應。控制器300可以從快閃記憶體存儲器(未示出)和硬碟驅動器314的保護區域緩存該信息。值得注意的是，在一些實施例中，在DASD 14的初始枚舉和響應之後，控制器14可以通過檢查從快閃記憶體存儲器提供的信息與硬碟驅動器314的保護區域中存儲的信息匹配，確認其響應。如果需要，DASD14可以提供新的或者修改的信息以確保其向主機裝置12正確枚挙。通過用該信息立即響應，DASD 14向主機裝置12表現為活動，並且在步驟414期間，使其完全響應該請求所需的系列功率節省動作反向。值得注意的是，在一些實施例中，按照其被實施的反向順序將系列動作反向。在其它情況中，策略420可以規定恢復DASD 14到完整或者部分的功率消耗狀態的不同順序。這種順序可以依賴於當前工作狀態、期望的性能等。在步驟416，DASD 14已充分地使其系列動作反向以完全響應於來自主機裝置12的請求。該處理因此在步驟418結束或者在步驟400再次重複。圖5示出根據本發明的原理可以在主機和直接附接存儲裝置之間交換的示例性命令和消息。為了圖解說明，圖5使用例如1、2、3、4等的數字標號圖解說明功率節省序列，以及使用例如A、B和C的字母標記圖解說明重供電或者恢復序列。例如，首先，DASD 14的計時器的待機可能過期以指示DASD 14適於採取一個或者更多個功率節省動作。因此，第二，控制器300可以獲取策略420。在所示的示例中，DASD14可以(第三)使驅動器314旋轉減速，(第四)使驅動器電カ312斷電，(第五)使控制器300的SATA部分斷電，(第六)除了其對主機12的接ロ，使自己斷電以及(第七)使其其它接ロ斷電。如果需要，例如，當(A)DASD 14經其USB接ロ從主機12接收請求時，則(B)DASD14可以用其驅動標識和諸如VID等的其它信息立即響應。DASD 14可以接著(C)恢復或者對自己重供電。值得注意的是，DASD 14可以通過使系列動作的順序反向來恢復或者對自己重供電，或者可以使用不同動作序列從其降低功率狀態恢復。這種序列例如可以在策略420中規定，或者被控制器300規定，這取決於當前操作狀態，期望性能等。另外，圖6示出根據實施例到目標待機功率諸如0. 45W、0. 25W等的DASD 14的一系列功率節省動作。如在(I)所示，DASD 14可以在實施一個或者更多個功率節省動作之前基於待機時間t等待。如果DASD14適合，則在⑵到(5)，DASD 14可以接著獲取其策略420並且開始一系列功率節省動作。例如，DASD 14可以使驅動器旋轉減速，使驅動器斷電，禁止驅動器SATA PHY邏輯，並且按照進展順序使驅動器300斷電。如所示的DASD 14可以按照固定間隔實施這些功率節省動作。然而，在其它實施例中，DASD 14可以按照變化間隔實施功率節省動作。如圖6所示，在一些時間段之後，在(A)，主機裝置12可以從DASD14請求信息。作為響應，DASD 14可以立即向主機裝置12提供枚舉信息和其它信息。另外，在(C)，DASD 14可以對自己重供電，例如，通過旋轉加速其驅動器等等。值得注意的，通過使功率節省動作的順序反向，DASD 14可以對自己重供電，或者可以使用不同順序的動作對自己重供電。這種動作可以在策略420中規定或者可以被其它實體規定，諸如主機裝置12。考慮此處公開的實施例的說明和實踐，其它實施例將對本領域技術人員是明顯的。說明書和示例意在僅僅認為是示例性的，實施例的真實範圍和實質由以下權利要求指 /Jn o
權利要求
1.一種控制裝置的功率消耗的方法，所述方法包括 確定耦合到主機的裝置何時適於降低功率消耗； 啟動所述裝置的降低功率模式操作，所述降低功率模式操作消耗比就緒模式操作更少的功率，其中在啟動所述降低功率模式操作之後所述裝置繼續維持對主機的就緒狀態；以及 在所述裝置的繼續非活動期間，選擇性地啟動一系列動作以降低所述裝置的功率消耗，同時由於所述系列動作的至少一部分所述裝置繼續保持對所述主機的就緒狀態。
2.根據權利要求I所述的方法，其中確定所述裝置何時適於降低功率消耗包括確定所述裝置的非活動期何時已經超過預定閾值。
3.根據權利要求2所述的方法，其中確定所述裝置的非活動期何時已經超過預定閾值是基於被所述裝置維持的待機計時器。
4.根據權利要求I所述的方法，其中啟動所述裝置的降低功率模式操作是基於來自所述主機的請求。
5.根據權利要求I所述的方法，其中啟動所述裝置的降低功率模式操作是基於所述裝置的自啟動動作。
6.根據權利要求I所述的方法，其中啟動所述裝置的降低功率模式操作包括由所述裝置提供統一串行總線驅動標識。
7.根據權利要求I所述的方法，其中選擇性地啟動所述系列動作包括旋轉減速所述裝置的驅動器並且進入功率操作的待機狀態。
8.根據權利要求I所述的方法，其中選擇性地啟動所述系列動作包括斷開至所述裝置的驅動器的電源。
9.根據權利要求I所述的方法，其中選擇性地啟動所述系列動作包括禁止所述裝置的內部串行ATA PHY邏輯。
10.根據權利要求I所述的方法，其中選擇性地啟動所述系列動作包括使所述裝置的橋接電路空閒。
11.根據權利要求I所述的方法，其中選擇性地啟動所述系列動作包括在維持與所述主機的接口的同時關閉所述裝置的至少一部分接口和總線。
12.—種存儲裝置，其被配置以選擇性地降低其功率消耗，所述存儲裝置包括 存儲介質驅動器； 接口，所述接口被配置成與主機通信並且為在所述存儲介質驅動器上存儲的信息提供存儲服務；以及 控制器，所述控制器被配置成確定所述裝置何時適於降低功率消耗；啟動所述裝置的降低功率模式操作，所述降低功率模式操作比就緒模式操作消耗更少的功率，其中在啟動所述降低功率模式之後所述裝置繼續維持對主機的就緒狀態；以及在所述裝置的繼續非活動期間，選擇性地啟動一系列動作以降低所述裝置的功率消耗，同時針對所述系列動作的至少一部分所述裝置繼續保持對所述主機的就緒狀態。
13.根據權利要求12所述的裝置，其中所述裝置是直接附接存儲裝置以及其中所述接口是統一串行總線接口。
14.根據權利要求12所述的裝置，其中在處於所述降低功率消耗模式下時所述控制器被配置為消耗低於約0. 5W。
15.根據權利要求12所述的裝置，其中所述裝置被配置為從輸送到所述裝置的AC主電源消耗少於約1W。
16.根據權利要求12所述的裝置，其中所述裝置包括AC適配器，所述AC適配器與EuP標準兼容。
17.—種被配置以降低其功率消耗的計算系統，所述計算系統包括 主機裝置； 直接附接存儲裝置，所述直接附接存儲裝置經統一串行總線接口耦合到所述主機裝置，其中所述直接附接存儲裝置包括存儲介質驅動器，以及 控制器，所述控制器被配置為確定所述裝置何時適於降低功率消耗；啟動所述裝置的降低功率模式操作，所述降低功率模式操作比就緒模式操作消耗更少的功率，其中在啟動所述降低功率模式之後所述裝置繼續維持對主機的就緒狀態；以及在所述裝置的繼續非活動期間，選擇性地啟動一系列動作以降低所述裝置的功率消耗，同時針對所述系列動作的至少一部分所述裝置繼續保持對所述主機的就緒狀態。
18.根據權利要求17所述的系統，其中所述主機裝置被配置為啟動所述直接附接存儲裝置的所述降低功率模式操作。
19.根據權利要求17所述的系統，其中在所述降低功率模式操作期間，作為對來自所述主機裝置的請求的響應，所述直接附接存儲裝置提供統一串行總線驅動標識。
20.根據權利要求19所述的系統，其中在所述降低功率模式操作期間，響應所述主機裝置的訪問請求，所述直接附接存儲裝置立即提供信息，所述信息指示所述存儲介質驅動器的標識、PID和VID。
21.根據權利要求20所述的系統，其中響應所述主機裝置的所述訪問請求，所述直接附接存儲裝置使至少一些所述動作反向以降低功率消耗。
全文摘要
實施例提供用於裝置功率控制的系統和方法。具體地，實施例使得耦合到主機的裝置，諸如直接附接存儲裝置能夠進入消耗更少功率的模式。在一個實施例中，該模式基於預設的非使用超時或者其它條件自己啟動和觸發。替代地，這個降低功率模式可以基於主機的請求啟動。在該降低功率模式工作期間，裝置可以繼續對其主機表現為活動或者在線。然而，如果其非使用持續，裝置可以採用一系列功率節省動作。如果主機需要，直接附接存儲裝置被配置為就好像在線似的做出響應並且使一系列功率節省動作中的一個或者更多個反向。
文檔編號G06F1/32GK102707784SQ201110458240
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者J·E·瑪魯尼 申請人:威騰電子技術公司