专利名称：用于功率控制以使功率消耗最少的方法和系统的制作方法
用于功率控制以使功率消耗最少的方法和系统
背景技术：
由于对计算机系统和存储器供电和冷却的成本上升，在全部计算市场中，功率消耗变为日益重要的方面。现在通常要求诸如外设和主机控制器的系统部件支持ー些形式的
功率管理。功率管理通常包括当不使用电路或者机电元件时去除或者降低电路或者机电元件的功率，由此降低系统的整体功率消耗。功率管理协议已经包括在很多接ロ标准中，包括串行附接SCSI和串行ATA。串行ATA(SATA)接ロ在PC市场中广泛使用并且在服务器和企业计算环境中显著存在。SATA还在电池供电的笔记本计算机市场中普遍存在，部分是由于 其对功率最小化的积极做法。然而，遗憾的是，已知的功率管理方案被主机控制并且趋向于低效。另外，实际上已知的功率管理方案不能满足诸如Energy STAR和EuP的新节省程序的期望的功率消耗目标。因此，实施例提供由装置进行的一系列功率节省动作，而不要求主机參与或者甚至改变装置对主机的表现。
附图被包括在本说明书中并且构成本说明书的一部分，图解说明本发明的实施例，且与说明一起用于解释实施例的原理。在附图中图I示出与本发明的原理一致的系统的示例性框图；图2示出示例性主机的示例性框图；图3示出其中可以实现实施例的直接附接存储装置的示例性框图；图4示出与本发明的原理一致的示例性处理流程图；图5示出根据本发明的原理，可以在主机和直接附接存储装置之间交换的命令和消息的示例性交换；图6示出进行功率节省动作的直接附接存储装置的功率消耗的示例性曲线图。
具体实施例方式实施例提供一种用于装置功率控制的系统和方法。具体地，实施例涉及诸如直接附接存储装置的耦合到主机的装置，以进入消耗更少功率的模式。该模式基于预设非使用超时或者其它条件而自启动和触发。在该模式工作期间，装置可以继续对其主机表现为活动或者在线。然而，如果其非使用持续则装置可以采用一系列功率节省动作。如果主机需要，直接附接存储装置被配置为如同在线那样做出响应，并且向装置恢复必要的功率。例如，装置可以通过按照相同或者不同顺序反向该系列功率节省动作来恢复自身。在一些实施例中，直接附接存储装置被配置为自启动的功率管理以用最小成本满足EuP Lot 6功率准则和标准。例如，在一些实施例中，功率节省动作将直接附接存储装置置于具有I. 0W、0. 5W或者更少的软电源按钮的ー个或者更多个更深睡眠模式。实施例的功率管理被配置为启动減少的功率消耗，但是自动唤醒而不涉及主机动作。例如，在一些实施例中，在唤醒期间，主机被提供驱动枚举信息或者其它信息，就好像存储装置在线似的。实施例可容纳多种功率节省策略。这些策略可适配于具体装置、应用或者使用历史。例如，直接附接存储装置可以包括在主机非使用后的预设超时之后进入的自启动待机。所实施的功率节省动作可以包括桥接ASIC (除了别的之外)，该桥接ASIC使得驱动器转动降速并且将驱动器置于待机状态，控制功率场效应晶体管(FET)以关断驱动电源，禁止内部SATA PHY逻辑，并且如果可能则关闭不同于主机接ロ的全部其它接ロ或者总线。由此，实施例允许灵活的功率管理。如果主机需要访问直接附接存储装置，则该装置被配置以向主机枚举自己，诸如立即地或者在要求的时间帧内用驱动器ID和PID/VID响应。在一些实施例中，该装置被配置为在缓存器或者闪存存储器中存储这个信息。除了提供该信息，直接附接存储装置可以开始使其一系列功率节省动作反向或者相反地对整个装置的一部分重供电。下面将參照附图描述本公开的各种实施例，其中类似附图标记指代类似元件。图 I示出与本发明的原理一致的示例性系统。如图所示，系统100可以包括主机装置12和直接附接存储装置(DASD) 14。主机装置12和DASD 14可以经过通信链路诸如统ー串行总线(USB)接ロ 16彼此耦合。为了图解说明，DASD 14被示出为经USB接ロ 16的外部附接的装置。在其它实施例中，存储装置可以内部地耦合在主机装置内。例如，存储装置可以是经原生USB总线耦合到处理器的服务器的内部硬盘驱动器。一般地，主机装置12可以指可以请求在DASD 14上存储的信息的任何计算机、月艮务器等。例如，主机装置12可以是个人计算机、膝上型计算机、服务器等。尽管图I示出单个主机装置，但是本领域技术人员将认识到系统100可以包括任意数量的単独的主机装置12或者彼此的组合。DASD 14指代数据存储装置，该数据存储装置可以保持一个或者更多个硬盘驱动器或者固态驱动器。换句话说，实施例可应用于任意数据存储装置，其中期望待机功率降低到诸如IW或者0. 5W的目标功率。例如,最近的EuP准则和Energy Star评级当前或者潜在地规定针对诸如DASD 14的装置的特定功率消耗目标。在其它实施例中，DASD 14可以包括一个或者更多个固态驱动器。可以根据固态驱动器部件的性质和其各自的功率消耗相应修改降低DASD 14待机功率的功率节省动作的顺序和性质。为了图解说明，然而，以下描述的示例涉及DASD 14,其包括一个或者更多个硬盘驱动器,诸如Western DigitalTechnologies (西部数据技术公司)制造的硬盘驱动器。如图所示，DASD 14经过通信链路直接连接到主机装置12。在所示的实施例中，DASD 14经USB 2.0链路16耦合到主机装置。然而，通信链路可以被实现为其它类型的链路，诸如 USB 3.0、eSATA、SCSI、SAS、*_ (Firewire)和光纤通道(Fibre Channel)。DASD104可以在多个接ロ之间被共享并且允许对其信息的并行和直接访问。另外，如上所述，DASD 14可以内置于主机装置12并且经过诸如原生USB 3. 0总线的通信总线耦合。图2示出示例性主机装置12的示例性框图。如图所示，主机装置12可以是本领域技术人员熟知的通用计算机。为了说明，将參照桌上型计算机说明本发明的实施例。然而，本领域技术人员将理解本发明的实施例可以几乎在任何装置中实现，诸如膝上型计算机、个人数字助理、智能电话、服务器计算机等等，用户在其中存储和访问对象。如图所示，主机装置12可以包括中央处理器102、键盘104、指点装置106 (例如鼠标等)、显示器108、主存储器110和向DASD 14提供USB接ロ 16的输入/输出(I/O)控制器112。主机装置12还可以被提供有附加方输入/输出装置，诸如打印机(未示出)。主机装置12的各个部件通过系统总线118或者类似的架构通信。如上所述，。主机装置12可以是任何形式的计算装置或者系统，诸如个人计算机、服务器、膝上型计算机等。图3示出其中可以实现本实施例的示例性直接附接存储装置。如图所示，DASD 14可以包括桥接控制器300、软电源控制器302、USB控制器304、外部电源模块306、第一 DC/DC转换器308、第二 DC/DC转换器310、驱动器功率控制器312和硬盘驱动器314。下面将进ー步描述这些部件。桥接控制器300包括控制逻辑和智能以控制DASD 14的操作并且提供实施例的功率消耗控制。具体地，桥接控制器300转换其USB接ロ到主机装置12和SATA接ロ到硬盘驱动器314之间的通信。因此，如所示的，桥接控制器300可以包括用于USB的PHY逻辑电 路316和SATA PHY逻辑电路318以及转换电路320。在一些实施例中，桥接控制器300被实现为ASIC。然而，可以使用任意形式的电路硬件、固件等实现桥接控制器300。一般地，DASD 14的部件可以针对低功率消耗来设计。例如，预计到将来的EuP (欧盟的耗能产品设计指令)标准，当其主机接ロ枚举的SATA PHY逻辑电路318被禁止时，在一个实施例中桥接控制器300可以消耗小于0. 45W。在其它实施例中，桥接控制器300可以被配置以消耗少于0. 25W。当然，桥接控制器300可以根据实施例被配置以满足任意的期望功率消耗目标。软电源控制器302提供外部控制，其允许DASD被手动地断电，例如，被用户。另外，软电源控制器302还可以耦合到主机装置12以允许主机装置12请求DASD 14上的待机电源操作或者电源关闭。例如，在一些实施例中，主机装置12可以单独地或者与实施例的功率节省功能组合利用SATA功率管理方案来降低DASD 14的功率消耗。USB控制器304用作控制通过控制链路16到/来自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逻辑316传递USB通信。如图所示，USB控制器304被实现为USB微控制器，其为本领域技术人员熟知。外部电源306将DASD 14耦合到电源，诸如AC墙壁插ロ或者其它AC电源。如图所示，外部电源306将标准AC电カ转换为到DASD 14的12伏DC电カ信号。这个12伏电カ输出可以为控制器300以及硬盘驱动器314提供主电源。在一些实施例中，电源306被配置为在中级至满负荷以约80%效率或者更大效率将AC转换为DC。在其它实施例中，DASD14可以被供电而无需外部电源306。例如，DASD 14可以是USB供电的装置，因此从通信链路16接收电力。在一些实施例中，电源306可以是Energy STAR级别5兼容电源或者EuP兼容电源供应，其提供小于IW的DC输出功率负荷。例如，假定小于0. 5W或者约0. 45W的目标待机功率消耗，那么电源306的功率消耗应至少62%。此百分比是基于以下计算，其中AC 输入/DC 输出功率效率彡
+() 622。因此如以下这样可导出，实现从AC主电源306在62%< IW的桥接控制器300的总负荷，最大空闲功率桥ASIC =(电源AC输入)X (AC适配器的效率％ ) X (5V DC/DC转换器308的效率)X (VCCH D⑶C转换器310的效率％ )= lff*62% *80% *90%= 0. 45W第一 DC/DC转换器308提供从12V到5V的DC/DC转换，因而提供5V DC输出信号。接着，第二 DC/DC转换器310将5V信号步降为驱动该控制器300的VCCH电压。因此，如以上计算所示，第一 DC/DC转换器308和第二 DC/DC转换器310的效率应分别至少是80%和90%。驱动器功率控制器312控制向硬盘驱动器314的功率输送。例如，驱动器功率控制器312可以是场效应晶体管(FET)开关。当然，可以用其它类型的功率控制器部件来实现驱动器功率控制器312。在其他实施例中，驱动器功率控制器312是可选的，因而DASD14可以缺少该部件。例如，驱动器睡眠功率可以足够低或者诸如DC/DC转换器308和DC/DC转换器310的其它部件的效率可以足以使得驱动器功率控制器312不是必须的。因此，在这些实施例中，功率节省动作的本质和顺序可以被修改。硬盘驱动器314包括DASD 14的存储介质以及用于旋转存储介质的驱动机构。在一些实施例中，这种部件由Western Digital Technologies公司提供。图4示出与本发明的原理一致的示例性处理流程。在步骤400，DASD14可以开始其功率节省处理。可以通过多种方式启动该处理。例如，DASD14中的控制器300可以维持空闲计时器，其监视DASD 14已经不活动多长时间。这种计时器可以设置在转换电路320中。替代地，例如用户可以经软电源控制器302请求功率节省处理。作为又ー个替换，主机装置12可以启动DASD 14的功率节省动作。尽管如此，实施例为DASD 14提供保持功率消耗的机构和处理而无需主机装置12参与。在步骤402，控制器300确定DASD 14是否适合功率节省动作。例如，控制器300可以诸如经由待机计时器确定DASD 14已经不活动达特定时间量。替代地，控制器300可以基于各种因素确定适用性，诸如主机装置12的工作状态、电源306的状态等。在步骤404，如果DASD 14不适于功率节省，则处理重复并且控制器300例如可以等待ー时间段。
在步骤406，控制器300已确定DASD 14实际适合功率节省动作并且取得策略420。策略420包括指示DASD 14如何和何时降低其功率消耗的信息。在一些实施例中，可以用ー个或者更多个策略420配置控制器300。例如，ー个策略可规定基于固定时间间隔执行的一系列动作。然而，其它策略可以规定基于可变间隔进行该系列动作。该间隔可以基于要采取的动作的程度以及面对DASD 14的状态。例如，旋转减速硬盘驱动器314的驱动和将来自功率控制器312的功率信号断电之间的间隔可以相对短。然而，在这些之后执行的动作之间的间隔可以相对地更长。可以设计这些间隔以平衡功率降低目标和DASD 14的信息取得
/存储。此外，可以基于使用历史由DASD 14和/或主机装置12修改策略420。例如，主机装置12可以提供事务的日志，其指示可预计的使用模式或者使用占空因数。DASD 14还可以记录其自己的使用并且计算其自己的使用占空因数以确定如何和何时执行其一系列的功率节省动作。因此，主机装置12或者DASD 14可以基于该使用历史产生策略420。该历史可以几乎跨越任何时间量，诸如分钟、小时、日、星期等。
策略420可以存储在硬盘驱动器314中，诸如受保护扇区中，并且保存在控制器300中的缓存器或者存储器中(未示出)。另外，策略420可以从，诸如生产商或者系统管理员的外部主体例如经主机装置12下载到DASD 14。一旦获取，控制 器300可以选择系列动作并且创建或者遵循进展配置422。这个进展配置422规定控制器300执行的动作的顺序和时序。例如，进展配置422可以被实现为在控制器300的寄存器中存储的一系列命令。当然，可以按照多种方式在硬件、固件或者利用控制器300执行的软件创建和执行进展配置422。因此，在步骤408，控制器300执行其系列功率节省动作。如所示的，在步骤410，控制器300监视DASD 14继续保持不活动，因此，控制器300继续遵循其系列功率节省动作。例如，控制器300可以执行以下的系列功率节省动作。首先，桥接控制器300可以使驱动器314旋转减速并且将驱动器314投入待机状态。例如，控制器300可以经由SATA PHY逻辑318向驱动器314发送SATAHIPM待机。第二，桥接控制器300可以接着命令功率控制器312以停止来自转换器308和310的12V和5V电源信号。第三，桥接控制器300可以禁止和/或使SATA PHY逻辑308断电。第四，桥接控制器300可以自己进入空闲或者待机状态。第五，桥接控制器300可以经USB控制器304关闭不同于主机连接的USB接ロ的其它接ロ或者总线。值得注意的是，桥接控制器300维持与主机装置12的接ロ以确保DASD 14响应于来自主机装置的请求。因此，如图所示，桥接控制器300維持其USB链路16，而主机装置12是活动的以由此表现为在线或者准备好(就绪)。例如，在步骤412，主机装置12可以向DASD 14提供读或者写请求，这触发DASD14脱离其不活动状态。在一些实施例中，为了对主机装置12表现为在线，控制器300可以提供足够信息以向主机装置12枚举DASD 14。例如，DASD 14可以缓存DASD 14的驱动器标识、PID、VID以及其它信息以经由通信链路16向主机装置12提供立即的USB响应。控制器300可以从闪存存储器(未示出)和硬盘驱动器314的保护区域缓存该信息。值得注意的是，在一些实施例中，在DASD 14的初始枚举和响应之后，控制器14可以通过检查从闪存存储器提供的信息与硬盘驱动器314的保护区域中存储的信息匹配，确认其响应。如果需要，DASD14可以提供新的或者修改的信息以确保其向主机装置12正确枚挙。通过用该信息立即响应，DASD 14向主机装置12表现为活动，并且在步骤414期间，使其完全响应该请求所需的系列功率节省动作反向。值得注意的是，在一些实施例中，按照其被实施的反向顺序将系列动作反向。在其它情况中，策略420可以规定恢复DASD 14到完整或者部分的功率消耗状态的不同顺序。这种顺序可以依赖于当前工作状态、期望的性能等。在步骤416，DASD 14已充分地使其系列动作反向以完全响应于来自主机装置12的请求。该处理因此在步骤418结束或者在步骤400再次重复。图5示出根据本发明的原理可以在主机和直接附接存储装置之间交换的示例性命令和消息。为了图解说明，图5使用例如1、2、3、4等的数字标号图解说明功率节省序列，以及使用例如A、B和C的字母标记图解说明重供电或者恢复序列。例如，首先，DASD 14的计时器的待机可能过期以指示DASD 14适于采取一个或者更多个功率节省动作。因此，第二，控制器300可以获取策略420。在所示的示例中，DASD14可以(第三)使驱动器314旋转减速，(第四)使驱动器电カ312断电，(第五)使控制器300的SATA部分断电，(第六)除了其对主机12的接ロ，使自己断电以及(第七)使其其它接ロ断电。如果需要，例如，当(A)DASD 14经其USB接ロ从主机12接收请求时，则(B)DASD14可以用其驱动标识和诸如VID等的其它信息立即响应。DASD 14可以接着(C)恢复或者对自己重供电。值得注意的是，DASD 14可以通过使系列动作的顺序反向来恢复或者对自己重供电，或者可以使用不同动作序列从其降低功率状态恢复。这种序列例如可以在策略420中规定，或者被控制器300规定，这取决于当前操作状态，期望性能等。另外，图6示出根据实施例到目标待机功率诸如0. 45W、0. 25W等的DASD 14的一系列功率节省动作。如在(I)所示，DASD 14可以在实施一个或者更多个功率节省动作之前基于待机时间t等待。如果DASD14适合，则在⑵到(5)，DASD 14可以接着获取其策略420并且开始一系列功率节省动作。例如，DASD 14可以使驱动器旋转减速，使驱动器断电，禁止驱动器SATA PHY逻辑，并且按照进展顺序使驱动器300断电。如所示的DASD 14可以按照固定间隔实施这些功率节省动作。然而，在其它实施例中，DASD 14可以按照变化间隔实施功率节省动作。如图6所示，在一些时间段之后，在(A)，主机装置12可以从DASD14请求信息。作为响应，DASD 14可以立即向主机装置12提供枚举信息和其它信息。另外，在(C)，DASD 14可以对自己重供电，例如，通过旋转加速其驱动器等等。值得注意的，通过使功率节省动作的顺序反向，DASD 14可以对自己重供电，或者可以使用不同顺序的动作对自己重供电。这种动作可以在策略420中规定或者可以被其它实体规定，诸如主机装置12。考虑此处公开的实施例的说明和实践，其它实施例将对本领域技术人员是明显的。说明书和示例意在仅仅认为是示例性的，实施例的真实范围和实质由以下权利要求指 /Jn o
权利要求
1.一种控制装置的功率消耗的方法，所述方法包括 确定耦合到主机的装置何时适于降低功率消耗； 启动所述装置的降低功率模式操作，所述降低功率模式操作消耗比就绪模式操作更少的功率，其中在启动所述降低功率模式操作之后所述装置继续维持对主机的就绪状态；以及 在所述装置的继续非活动期间，选择性地启动一系列动作以降低所述装置的功率消耗，同时由于所述系列动作的至少一部分所述装置继续保持对所述主机的就绪状态。
2.根据权利要求I所述的方法，其中确定所述装置何时适于降低功率消耗包括确定所述装置的非活动期何时已经超过预定阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述装置的非活动期何时已经超过预定阈值是基于被所述装置维持的待机计时器。
4.根据权利要求I所述的方法，其中启动所述装置的降低功率模式操作是基于来自所述主机的请求。
5.根据权利要求I所述的方法，其中启动所述装置的降低功率模式操作是基于所述装置的自启动动作。
6.根据权利要求I所述的方法，其中启动所述装置的降低功率模式操作包括由所述装置提供统一串行总线驱动标识。
7.根据权利要求I所述的方法，其中选择性地启动所述系列动作包括旋转减速所述装置的驱动器并且进入功率操作的待机状态。
8.根据权利要求I所述的方法，其中选择性地启动所述系列动作包括断开至所述装置的驱动器的电源。
9.根据权利要求I所述的方法，其中选择性地启动所述系列动作包括禁止所述装置的内部串行ATA PHY逻辑。
10.根据权利要求I所述的方法，其中选择性地启动所述系列动作包括使所述装置的桥接电路空闲。
11.根据权利要求I所述的方法，其中选择性地启动所述系列动作包括在维持与所述主机的接口的同时关闭所述装置的至少一部分接口和总线。
12.—种存储装置，其被配置以选择性地降低其功率消耗，所述存储装置包括 存储介质驱动器； 接口，所述接口被配置成与主机通信并且为在所述存储介质驱动器上存储的信息提供存储服务；以及 控制器，所述控制器被配置成确定所述装置何时适于降低功率消耗；启动所述装置的降低功率模式操作，所述降低功率模式操作比就绪模式操作消耗更少的功率，其中在启动所述降低功率模式之后所述装置继续维持对主机的就绪状态；以及在所述装置的继续非活动期间，选择性地启动一系列动作以降低所述装置的功率消耗，同时针对所述系列动作的至少一部分所述装置继续保持对所述主机的就绪状态。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置是直接附接存储装置以及其中所述接口是统一串行总线接口。
14.根据权利要求12所述的装置，其中在处于所述降低功率消耗模式下时所述控制器被配置为消耗低于约0. 5W。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置被配置为从输送到所述装置的AC主电源消耗少于约1W。
16.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置包括AC适配器，所述AC适配器与EuP标准兼容。
17.—种被配置以降低其功率消耗的计算系统，所述计算系统包括 主机装置； 直接附接存储装置，所述直接附接存储装置经统一串行总线接口耦合到所述主机装置，其中所述直接附接存储装置包括存储介质驱动器，以及 控制器，所述控制器被配置为确定所述装置何时适于降低功率消耗；启动所述装置的降低功率模式操作，所述降低功率模式操作比就绪模式操作消耗更少的功率，其中在启动所述降低功率模式之后所述装置继续维持对主机的就绪状态；以及在所述装置的继续非活动期间，选择性地启动一系列动作以降低所述装置的功率消耗，同时针对所述系列动作的至少一部分所述装置继续保持对所述主机的就绪状态。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述主机装置被配置为启动所述直接附接存储装置的所述降低功率模式操作。
19.根据权利要求17所述的系统，其中在所述降低功率模式操作期间，作为对来自所述主机装置的请求的响应，所述直接附接存储装置提供统一串行总线驱动标识。
20.根据权利要求19所述的系统，其中在所述降低功率模式操作期间，响应所述主机装置的访问请求，所述直接附接存储装置立即提供信息，所述信息指示所述存储介质驱动器的标识、PID和VID。
21.根据权利要求20所述的系统，其中响应所述主机装置的所述访问请求，所述直接附接存储装置使至少一些所述动作反向以降低功率消耗。
全文摘要
实施例提供用于装置功率控制的系统和方法。具体地，实施例使得耦合到主机的装置，诸如直接附接存储装置能够进入消耗更少功率的模式。在一个实施例中，该模式基于预设的非使用超时或者其它条件自己启动和触发。替代地，这个降低功率模式可以基于主机的请求启动。在该降低功率模式工作期间，装置可以继续对其主机表现为活动或者在线。然而，如果其非使用持续，装置可以采用一系列功率节省动作。如果主机需要，直接附接存储装置被配置为就好像在线似的做出响应并且使一系列功率节省动作中的一个或者更多个反向。
文档编号G06F1/32GK102707784SQ201110458240
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者J·E·玛鲁尼 申请人:西部数据技术公司