计算机硬盘自动加电运行系统

摘要

本发明涉及计算机硬盘自动加电运行系统。要解决的技术问题是使该系统通过采用支持热插拔的串行硬盘和支持热插拔的带串行硬盘接口的上位机主板，使得硬盘可以在需要时自动加电运行工作，在不需要时完全停止工作，并在不关闭电脑的情况下可更换硬盘。技术方案包括：上位机主板，用于提供通信接口和支持热插拔、带串行硬盘接口的数据接口；数据接口扩展模块，用于扩展上位机串行硬盘接口的数量；硬盘控制模块，用于控制计算机硬盘自动加电运行；电源开关模块，用于控制存储硬盘里各个硬盘的电源；硬盘，包括独立运行工作的系统硬盘和支持热插拔、可自动加电运行的存储硬盘组；开关电源，为整个系统提供稳定的直流电源。本发明可用于计算机控制领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机存储控制系统，具体地说是通过对硬盘的访问需求来控制计算机硬盘自动加电运行，属于计算机控制领域。

背景技术

目前通用的计算机硬盘系统是由安装在电脑机箱内多个大容量硬盘所组成，当硬盘接口不够时，可利用转接卡增加硬盘接口，以达到所需要安装的硬盘总数。所有硬盘在开机后就一直带电工作，即使系统不访问某些硬盘，这些硬盘仍需要运转，随时等待系统可能的访问。如果启动硬盘休眠功能，在多硬盘的情况下容易导致硬盘丢失，所以很多地方硬盘是长时间工作，这样功耗始终存在，也会降低硬盘的使用寿命；硬盘长时间运转还会产生热量，机箱内的风扇数量也随硬盘数量增多而增加，进而增加了对开关电源的功率要求，同时风扇多了也使飞尘增多，系统的稳定性将会下降。

还有一种硬盘系统是通过1394接口或USB接口连接的硬盘阵列柜，在硬盘阵列柜内有独立的电源和风扇，这样虽然提高了系统的稳定性，但在某些应用中，如对数码监控录像时，大多数时间仅对某个或少数几个硬盘进行操作，但要求系统有很大的存储空间，因此整个系统都必须带电运行，这也造成了系统资源和能源的很大浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种计算机硬盘自动加电运行系统，该系统通过采用支持热插拔的串行硬盘和支持热插拔的带串行硬盘接口的上位机主板，使得硬盘可以在需要时自动加电运行工作，在不需要时完全停止工作，并在不关闭电脑的情况下可更换硬盘；提供RS-485通信端口；还可以检测系统是否死机而自动重启系统实现防死机功能；来电自启的功能。

本发明所采用的技术方案是：计算机硬盘自动加电运行系统，其特征在于系统包括：

上位机主板，用于提供通信接口和支持热插拔、带串行硬盘接口的数据接口；

数据接口扩展模块，用于扩展上位机串行硬盘接口的数量；

硬盘控制模块，用于控制计算机硬盘自动加电运行；

电源开关模块，用于控制存储硬盘组里各个硬盘的电源；

硬盘，包括独立运行工作的系统硬盘和支持热插拔、可自动加电运行的存储硬盘组；

开关电源，用于为整个系统提供稳定的直流电源。

所述上位机主板通过通信接口与硬盘控制模块相连，通过数据接口与数据接口扩展模块相连，数据接口还与系统硬盘单独连接，数据接口扩展模块与各存储硬盘连接，电源开关模块接在开关电源和各存储硬盘之间受硬盘控制模块控制。

所述数据接口扩展模块为一宽频带开关芯片，其输入与主板数据接口连接，输出有多个端口，分别与存储硬盘数据接口连接。

所述数据接口扩展模块为一倍增芯片，其输入与主板数据接口连接，输出具有多个端口，分别与存储硬盘数据接口连接。

所述数据接口扩展模块为一通过线路板并联数据线，其输入与主板数据接口连接，输出有多个端口，分别与存储硬盘数据接口连接。

所述硬盘控制模块包括硬盘控制芯片、RS-485转换芯片、485接口、USB转换芯片、USB接口，通过硬盘控制芯片的RXD端和TXD端，分别与RS-485转换芯片和USB转换芯片的RXD端和TXD端连接。

所述电源开关模块通过硬盘控制模块中硬盘控制芯片的并口信号，经三级管Q和继电器J分别控制相应硬盘的电源。

所述开关电源为整个系统提供稳定的直流电源。

在硬盘控制模块中的硬盘控制芯片通过光偶输出重启信号，在系统死机时重启系统。

在硬盘控制模块中的硬盘控制芯片通过光偶输出启动信号，启动系统开始工作。

本发明的有益效果是：在需要大量使用硬盘，而对硬盘实时在线要求不高的计算机系统中，该发明扩展了硬盘数据接口，降低了系统中硬盘的功耗和磨损，减少了冷却风扇的数量，节省了系统的能源，方便了用户开机更换存储硬盘；该系统提供了RS-485通信端口；能使系统主机启动和重启，增强了系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明的电路框图

图2是本发明数据接口扩展模块示意图

图3是本发明的电路原理图

图4是本发明的软件流程图

具体实施方式

参见附图1，本实施例由上位机主板1、数据接口扩展模块2、硬盘控制模块3、电源开关模块4、存储硬盘组5、系统硬盘6和开关电源7等七个部分组成。

上位机主板1，用于提供通信接口1-2和支持热插拔、带串行硬盘接口的数据接口1-1。如华擎P4VT8和K7S8XE+两款主板均提供了8个USB2.0接口和2组支持热插拔功能的SATA接口。

数据接口扩展模块2，通过扩展上位机主板的串行硬盘接口数来满足系统需要连接的硬盘数量，当上位机主板串行硬盘接口数大于所接硬盘时，硬盘可以直接与上位机主板相连；当串行硬盘接口数少于所接硬盘时，通过高频开关芯片2-1(图2-1)，可以把一个串行硬盘接口分成多个非同时工作的接口。通过串口倍增芯片2-2可以将多个SATA硬盘连接到一个主SATA端口上，如Sil3726SATA端口倍增芯片(图2-2)(该产品现处于样品阶段，预计2005年三季度可以量产，售价为$15/片(万片采购)，该芯片支持SATAII规范中的《端口倍增规范1.1》，采用带宽平分，可以把一个串口分成5个串口同时工作。通过在线路板上并联数据线2-3(图2-3)可以把一个串行硬盘接口分成多个非同时工作的接口。

如图3所示，硬盘控制模块3，通过硬盘控制芯片3-1(89C51系列单片机)的RXD端和TXD端，分别与USB转换芯片3-4(CP2101)和RS-485转换芯片3-2(SN75176)的RXD端和TXD端并联，实现上位机主板通信接口与硬盘控制模块的转接和对硬盘操作的控制。USB转换芯片3-4与USB接口3-5连接，RS-485转换芯片3-2与RS-485接口3-3连接。

电源开关模块4，通过硬盘控制模块中的89C51系列单片机输出的控制信号，经三极管Q和继电器J可分别控制相应硬盘的电源。

存储硬盘组5，由支持热插拔的串行硬盘组成，如希捷酷鱼7200.7.SATA硬盘，采用了目前最新的SATA V2.0规格，硬盘电源接线也需支持串行硬盘的电源标准。存储硬盘数量由系统实际需要决定。

系统硬盘6，始终开机独立运行工作，其接口和类型可任选。如用IDE硬盘接口，则硬盘也用IDE接口的硬盘；如用SATA串型接口，则系统盘也用串行接口硬盘。

开关电源7，为整个系统提供稳定的直流电源。

本发明的工作原理是：参见图3电路原理图：硬盘控制芯片采用89C2051单片机，各端口标志意义为：

VCC        直流电压输入

TXD        串行数据发送

RXD        串行数据接收

XTAL1，XTAL2外接晶振引脚，当使用芯片内部时钟时，此引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

上位机主板使用USB接口或RS-485接口，但二者只能使用其一，如果接了USB口则可把RS-485口作为上位机对外通信接口。通过USB转串口芯片CP2101转换输出串口信号TXD和RXD与89C2051单片机的TXD和RXD相连，使得USB口和单片机串口可以方便的互访。通过SN75176芯片可使RS-485口转换输出串口信号TXD和RXD与89C2051单片机的TXD和RXD相连，使得RS-485口和单片机串口也可以方便的互访。

上位机也可以使用RS-232通信接口，通过电平转换芯片MC1488和MC1489就可以方便地与89C2051互连和互访了。

当上位机主板需要对某个存储硬盘操作时，上位机主板通过USB口、RS-485口或RS-232口和通信协议给89C2051发送操作指令，89C2051通过P1.0～P1.7的8位双向口线中的对应口线来控制外围三级管Q和继电器J和必要硬盘数据切换芯片的的动作，实现开关启动该存储硬盘的电源。

硬盘所需电源通过继电器J进行开关控制，由于现在的串行硬盘只需要5V和12V电压，继电器J可选用两断两开，或仅两开，断可以不用。如果还需要3.3V电压，可选用三断三开的继电器。继电器的前端最好加上滤波电容，后端加上电感，以提高电源的稳定性。

通过软件设计，计算机系统定时向89C2051发送信号，当系统死机时，89C2051将检测不到系统发送的信号，通过89C2051的P3.4口及外围光偶电路可向上位机的重启端发送重启信号。如系统停电后重新来电，则通过89C2051的P3.5口及外围光偶电路向上位机的启动端发送启动信号。如把系统定时开关机的时间发给89C2051，则可以实现系统自动定时开关机。

本发明的软件流程图，参见图4：

首先，手动安装并设置各个存储硬盘与数据接口的一一对应关系，预先对各个硬盘分区和格式化，同时在软件上把硬盘所在位置和数量加以设置，以减少系统运行后不必要的硬盘检测时间。

对于使用高频开关芯片，或则硬盘数据线并联的，把一个串行硬盘接口分成多个非同时工作的接口电路，在启动其中一个硬盘时要先关闭另一个硬盘；对使用串口倍增芯片的接口电路，可以启动任何一个硬盘而不必先关闭当前运行的硬盘，且启动顺序可以是任意的。

来电重启功能：当硬盘控制芯片从没电到有电的情况下硬盘控制芯片过N秒后(N可以通过写入硬盘控制芯片是程序确定)就会向上位机启动接口端发送启动信号启动计算机。

防死机功能：硬盘控制芯片如果在规定是时间里接受到上位机的通信信号，就不重启，而上位机在没有通信内容的时候也要定时的向硬盘控制器发一些没用的数据，而如果上位机系统死机的情况下就不能向硬盘控制芯片发送数据，这样硬盘控制芯片控制重启信号控制器重启上位机，当然如果要关机或者重启前将向下面的控制器发送指令，那么上位机就不会再运行这个程序直到重新要求他运行这个程序为止到或者对控制芯片和开关芯片用不同的电源供电。