在虚拟环境中使用快速外围组件互联(PCIe)设备的方法

在虚拟环境中使用快速外围组件互联(PCIe)设备的方法
【专利摘要】公开了在虚拟环境中使用快速外围组件互连(PCIe)设备的方法。有两个操作系统在主设备上操作。一个操作系统充当该主设备内的虚拟环境中的访客。外围设备通过无线连接耦合到该主设备。在示例性实施例中，该无线连接是PCIe桥接器。主机操作系统与该主设备的存储器元件和硬件直接对接。访客操作系统与该外围设备的存储器元件和硬件互操作。使用PCIe无线链路允许该访客操作系统以相对少的等待时间与该外围设备的诸元件对接。
【专利说明】在虚拟环境中使用快速外围组件互联(PCI e)设备的方法
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求2013年12月20日提交并题为"METHODS OF USING A PERIP皿RAL COMPO肥NT INTERCOM肥CT EXPRESS(PCIe)DEVICE IN A VIRTUAL ENVIRONMENT(在虚拟环 境中使用快速外围组件互联(PCIe)的方法r美国专利申请序列号14/136,180的优先权，其 通过引用被全部纳入于此。
[0003] 戦
[0004] I.公开领域
[0005] 本公开的技术一般设及计算设备内的虚拟环境。 11.【背景技术】
[0006] 计算设备在社会上已变得十分普遍。虽然少数操作系统被用于运些设备，但是有 多种在实质上互斥的操作系统可供用在计算设备上运一事实仍然存在。可能存在计算设备 的用户可能想要并发地操作多个操作系统的情形。
[0007] 允许用户并发地操作多个操作系统的一种解决方案是使用虚拟化环境。运一概念 的一个成功的商业实现是苹果公司的能够与苹果操作系统并发地运行WINDOWS环境的能 力。虽然苹果公司已经展示了针对WINDOWS的虚拟环境在商业上是可行的，但是运一选择在 目前局限于设计成容适虚拟环境的台式机和膝上型计算机。
[000引其他计算设备，并且特别是移动计算设备并未受益于AP化E架构。即使是苹果公司 的具备种种能力的iPHONE麼也不提供有效的虚拟环境。如果存在更多的虚拟环境选择， 那么终端用户会就它们如何使用此类移动设备而具有更大的灵活性。
[0009] 公开概述
[0010] 在具体描述中公开的实施例包括在虚拟环境中使用快速外围组件互联(PCIe)设 备的方法。本公开的示例性实施例设及允许两个操作系统在主设备上操作的技术。一个操 作系统充当主设备内的虚拟环境中的访客。外围设备通过无线连接禪合到该主设备。在示 例性实施例中，该无线连接是PCIe桥接器。主机操作系统与主设备的存储器元件和硬件直 接对接。访客操作系统与该外围设备的存储器元件和硬件互操作。使用PCIe无线链路允许 该访客操作系统W相对少的等待时间与该外围设备的诸元件对接。
[0011] 本公开的第二实施例设及一种机制，通过该机制创建虚拟环境。特别地，虚拟化表 将会把主机存储器中的实际物理地址转译成外围设备中的另一物理存储器。用运种方式， 一旦该地址被委任，虚拟环境客户端就会直接连接到该远程硬件。
[0012] 就运一点而言，在一个实施例中，公开了一种计算系统。该计算设备包括外围设 备，该外围设备包括外围存储器组件和外围无线收发机。该计算系统进一步包括主设备。该 主设备包括用户接口和主存储器元件。该主设备还包括配置成与该外围无线收发机通信的 主无线收发机，从而该主设备和该外围设备通信地禪合。该主设备还包括控制系统。该控制 系统配置成支持两个操作系统，从而运两个操作系统中的第一操作系统配置成与该主存储 器元件而非该外围存储器元件交互，并且运两个操作系统中的第二操作系统配置成为虚拟 操作系统并且通过该无线收发机与该外围存储器元件交互。
[0013] 在另一实施例中，公开了一种计算系统。该计算系统包括主设备。该主设备包括用 户接口。该主设备还包括主存储器元件。该主设备还包括配置成与外围设备中的外围无线 收发机通信的主无线收发机，从而该主设备和该外围设备通信地禪合。该主设备还包括控 制系统。该控制系统配置成支持两个操作系统，从而运两个操作系统中的第一操作系统配 置成与该主存储器元件而非外围存储器元件交互，并且运两个操作系统中的第二操作系统 配置成为虚拟操作系统并且通过该无线收发机与该外围存储器元件交互。
[0014] 在另一实施例中，公开了一种计算系统。该计算系统包括主设备。该主设备包括用 户接口。该主设备还包括主存储器元件。该主设备还包括配置成与外围设备中的外围转换 开关通信的基于主线的PCIe桥接器，从而该主设备和该外围设备通信地禪合。该主设备还 包括控制系统。该控制系统配置成支持两个操作系统，从而运两个操作系统中的第一操作 系统配置成与该主存储器元件而非外围存储器元件交互，并且运两个操作系统中的第二操 作系统配置成虚拟操作系统并且通过该PCIe桥接器与该外围存储器元件交互。
[0015] 在另一实施例中，公开了对移动终端使用外围设备的方法。该方法包括在该移动 终端中提供无线PCI e桥接器。该方法还包括将该PCI e桥接器无线地连接到该外围设备中的 无线PCIe收发机。该方法还包括在该移动终端上操作第一操作系统，从而该第一操作系统 仅使用该移动终端内的存储器资源。该方法还包括在该移动终端上的虚拟环境内操作第二 操作系统，从而该第二操作系统通过该无线PCIe桥接器来使用该外围设备的存储器资源。 [001 y 附图简述
[0017]图1是可W根据本公开的示例性实施例通信的移动终端与外围设备的立体图;
[001引图2是图1的移动终端的组件的框图；
[0019] 图3是根据本公开的在移动终端内的第二操作系统与外围设备通信的示例性实施 例的框图；
[0020] 图4是根据本公开的在计算设备内的第二操作系统与外围设备通信的示例性实施 例的框图；W及
[0021 ]图5是本公开的过程的示例性实施例的流程图。
[00。] 详细描述
[0023] 现在参照附图，描述了本公开的若干示例性实施例。措辞"示例性"在本文中用于 表示"用作示例、实例或解说"。本文中描述为"示例性"的任何实施例不必被解释为优于或 胜过其他实施例。
[0024] 在本详细描述中公开的实施例包括在虚拟环境中使用快速外围组件互联(PCIe) 设备的方法。本公开的示例性实施例设及允许两个操作系统在主设备上操作的技术。一个 操作系统充当主设备内的虚拟环境中的访客。外围设备通过无线连接禪合到该主设备。在 示例性实施例中，无线连接是PCIe桥接器。主机操作系统与主设备的存储器元件和硬件直 接对接。访客操作系统与该外围设备的存储器元件和硬件互操作。使用PCIe无线链路允许 该访客操作系统W相对少的等待时间来与该外围设备的诸元件对接。
[0025] 本公开的第二实施例设及一种机制，通过该机制创建虚拟环境。特别地，虚拟化表 将会把主机存储器中的实际物理地址转换成外围设备中的另一物理存储器。W此方式，一 旦该地址被委任，虚拟环境客户端就将直接连接到该远程硬件。
[0026] 在阐述本公开的示例性实施例之前，值得注意的是，移动终端(诸如智能电话和平 板电脑)的日益流行创造了新的机会，因为人们持续不断地想出使用运些设备的新方法。例 如，智能电话(诸如iPHONE⑥）的相对小的屏幕尺寸意味着有些人要费力地阅读显示器上 的内容。即使是像KINDLE?或iPAD?的平板型设备的较大的屏幕也还是显著小于传统的电 视屏幕或台式计算机监视器。相应地，已经作出了努力使得此类移动终端与各种外围设备 (诸如大屏幕监视器)互操作。然而，迄今为止，此类外围监视器的互操作将该监视器作为仅 仅是复制该移动终端的桌面(例如，智能电话的壁纸和图标被毫无改变地显示在监视器上） 的从动设备来对待。在许多实例中，智能电话的操作系统并不被优化成使用此类外围监视 器的改进的分辨率和尺寸。
[0027] 即使有外围设备(诸如，键盘和监视器)可用，外围设备的功能性仍然受到移动终 端的底层操作系统的功能性限制。即，一些操作系统(诸如UBUNTU)可W被优化W显示视频 内容，而其他操作系统可W被优化W促成其他形式的处理。一种解决方案是在移动终端上 在虚拟环境中运行第二操作系统。然而，将监视器作为移动终端的从动设备来对待运种目 前的限制意味着第二操作系统不能够充分利用外围设备的资源。
[0028] 本公开的示例性实施例提议将外围设备连接到具有两个操作系统的主计算设备 或称主机计算设备。第一操作系统是原生或默认操作系统，并且第二操作系统是在主机计 算设备内的虚拟环境中操作的访客操作系统。虚拟化表在PCIe连接上将指令从第二操作系 统重定向到外围设备内的存储器元件。在示例性实施例中，PCIe连接是W约60G化操作的 WiGig连接。此类连接的速度意味着等待时间很小。W此方式，被优化W供操作计算设备的 操作系统可W是原生操作系统，并且虚拟操作系统可W被优化W使用外围设备。例如，安卓 操作系统对于智能电话可W是原生的，并且UBUNTU是用W在外围监视器上示出视频的虚拟 操作系统。
[0029] 虽然本公开的实施例可应用于各种计算设备，但是一个示例性实施例是移动终 端，诸如智能电话、平板或类似设备。由此，图1中解说了带有外围设备12的移动终端10。在 示例性实施例中，移动终端10是智能电话，诸如iPHONE巧或者SAMSUNG忠 GALAXY?。外 围设备12可W是监视器14(本文中有时被称为显示器）、键盘16、USB驱动器18、或类似设备。 在示例性实施例中，如将会在下文更为详细地解释的，移动终端10与外围设备12无线地通 信。替换地，移动设备10可W禪合到巧站20,并且巧站20可W通过导线禪合到外围设备12 (例如，键盘16)。
[0030] 参照图2,解说了移动终端10的一些元件的框图。移动终端10可包括接收机路径 22、发射机路径24、天线26、转换开关28、基带处理器(BBP)30、控制系统32、频率合成器34、 用户接口 36、和其中存储有软件40的存储器38。
[0031] 接收机路径22接收由基站(未示出）提供的来自一个或多个远程发射机的承载信 息的RF信号。低噪声放大器(未示出）放大该信号。滤波器(未示出）使收到信号中的宽带干 扰最小化，而下变频和数字化电路系统(未示出）将经滤波的收到信号下变频到中频信号或 基带频率信号，其随后被数字化成一个或多个数字流。接收机路径32通常使用由频率合成 器34生成的一个或多个混频频率。BBP 30处理经数字化的收到信号来提取该信号中传达的 信息或数据位。由此，BBP 30通常实现在一个或多个数字信号处理器(DSP)中。
[0032] 继续参见图2，在传送侧，BBP 30接收来自控制系统32的经数字化的数据，其可W 表示语音、数据或控制信息，该控制系统32编码该数字化数据W供传输。经编码的数据被输 出到发射机路径24,在那里其由调制器(未示出）用来调制处于期望的发射频率的载波信 号。RF功率放大器(未示出）将经调制的载波信号放大到恰适用于传输的电平，并且将该经 放大且经调制的载波信号通过转换开关28递送给天线26。
[0033] 继续参见图2,用户可W经由用户接口 36(诸如话筒、扬声器、键盘和显示器)与移 动终端10交互。编码在收到信号中的音频信息由BBP 30恢复，并且被转换成适于驱动扬声 器的模拟信号。键盘和显示器使得用户能与移动终端10交互。例如，键盘和显示器可W使得 用户能输入要拨打的号码，访问地址簿信息或者类似信息、W及监视呼叫进程信息。除了天 线26W外，移动终端10还可W具有外围接口42,在示例性实施例中，该外围接口42是PCIe接 口，且尤其是无线接口，并且更具体地，该外围接口 42根据PCIe协议内的WiGig协议在大约 60G化操作。尽管构想的是WiGig接口，但本公开并不限于此类接口，并且其他外围接口是在 本公开的范围之内的。然而，WiGig接口据信为本文中所公开的活动提供最低的等待时间。
[0034] 继续参照图2,如上文所提及的，存储器38中可W具有软件40。软件40可包括经优 化W向移动终端10提供功能性的应用和原生操作系统。在示例性实施例中，如参照图3更好 地解释的，软件40还具有在虚拟环境中操作的访客操作系统。
[0035] 就运一点而言，图3解说了禪合到外围设备44的移动终端10的框图。移动终端10具 有在软件40内的原生或第一操作系统46。软件40进一步支持虚拟环境48，其中第二或访客 操作系统50在虚拟环境48中活跃。在示例性实施例中，第一操作系统46为安卓操作系统，其 而第二操作系统50是全屏操作系统，诸如U脚NTU、化rome 0S、或Debian。很好理解，第一操 作系统46与与存储器40互操作。在存储器40内还有虚拟化表52,其转译来自第二操作系统 50的直接存储器访问（DMA)请求。即，第二操作系统50认为自己正在与特定存储器地址处的 本地存储器通信，但是在现实中，具有虚拟化表52的虚拟环境48根据虚拟环境的预定义规 则来重定向此类通信。特别地，虚拟化表52不是仅仅将DMA请求映射到移动终端10内的其他 存储器，而是在本公开的示例性实施例中，将DMA请求映射到外围设备44内的外围存储器 54。即，控制系统32通过虚拟环境48允许第二操作系统50在没有第一操作系统46覆盖的情 况下控制外围设备44。外围设备44包括主机接口 56,该主机接口 56配置成接收来自移动终 端10的外围接口42的通信。由此，在示例性实施例中，主机接口56是根据WiGig协议在大约 60G化操作的PCIe接口。进一步注意，第一操作系统46除了到其控制虚拟环境48的程度W外 不与外围设备44对接。类似地，第二操作系统50除了到访问虚拟化表52所需的程度W外不 与移动终端的存储器40交互。
[0036] 虽然WiGig协议的无线接口为第二操作系统50提供了虚拟体验的最低限度的等待 时间和无缝扩展，但是本公开并不局限于此。在另一示例性实施例中，诸如在巧站20与键盘 16之间（图1)，无线链路被基于有线的链路所代替。就运一点而言，图4解说了基本上类似于 图3的移动终端10的移动终端10 '，但是，代替外围接口 42的是，移动终端10 '具有外围设备 桥接器58,在示例性实施例中，外围设备桥接器58是基于有线的PCIe桥接器。类似地，外围 设备44'具有主机转换开关60，在示例性实施例中，该主机转换开关60是PCIe转换开关。虽 然该PCIe桥接器和转换开关能够实现本公开，但是此类布置具有比上文针对图3所描述的 无线实施例多的等待时间。
[0037] 作为进一步的概览，图5解说了本公开的示例性过程70的流程图。过程70始于在移 动终端1 ο中提供无线PCIe桥接器（即，外围接口 42)(框72)。移动终端1 ο无线地连接到外围 设备44(框74)，诸如通过PCIe WiGig标准来连接。第一操作系统48使用存储器40来操作(框 76)，且第二操作系统50通过PCIe桥接器使用外围设备操作(框78)。虽然过程70假设了无线 连接，但是基于有线的系统的另一实施例也在本公开的范围之内（例如，方法70可W被修改 成与移动终端10 '协同工作）。
[0038] 还注意到，本文任何示例性实施例中描述的操作步骤被描述是为了提供示例和讨 论。所描述的操作可按除了所解说的顺序W外的众多不同顺序来执行。而且，在单个操作步 骤中描述的操作实际上可在多个不同步骤中执行。另外，在示例性实施例中讨论的一个或 多个操作步骤可被组合。应理解，如对本领域技术人员显而易见地，在流程图中解说的操作 步骤可进行众多不同的修改。本领域技术人员还将理解，可使用各种不同技术中的任何一 种来表示信息和信号。例如，贯穿上面描述始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、 位(比特）、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组 合来表示。
[0039] 提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公 开。对本公开的各种修改对本领域技术人员而言将容易是显而易见的，并且本文中所定义 的普适原理可被应用到其他变型而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在 被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖特征一 致的最广义的范围。
【主权项】
1. 一种计算系统，包括： 外围设备，其包括外围存储器组件和外围无线收发机；以及 主设备，包括： 用户接口； 主存储器元件； 主无线收发机，其配置成与所述外围无线收发机通信，从而所述主设备和所述外围设 备被通信地耦合；以及 控制系统，配置成： 支持两个操作系统，从而这两个操作系统中的第一操作系统配置成与所述主存储器元 件而非所述外围存储器元件交互，并且这两个操作系统中的第二操作系统配置成为虚拟操 作系统并且通过所述无线收发机与所述外围存储器元件交互。2. 如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述主设备包括移动终端。3. 如权利要求2所述的计算系统，其特征在于，所述外围设备包括监视器。4. 如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述第一操作系统包括安卓操作系统， 并且所述第二操作系统包括UBUNTU操作系统。5. 如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述主无线收发机包括在快速外围组件 接口（PCIe)标准下操作的收发机。6. 如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述主无线收发机在约60GHz操作。7. -种计算系统，包括： 主设备，包括： 用户接口； 主存储器元件； 主无线收发机，其配置成与外围设备中的外围无线收发机通信，从而所述主设备和所 述外围设备被通信地耦合;以及 控制系统，配置成： 支持两个操作系统，从而这两个操作系统中的第一操作系统配置成与所述主存储器元 件而非外围存储器元件交互，并且这两个操作系统中的第二操作系统配置成为虚拟操作系 统并且通过所述无线收发机与所述外围存储器元件交互。8. 如权利要求7所述的计算系统，其特征在于，所述主设备包括移动终端。9. 如权利要求8所述的计算系统，其特征在于，所述移动终端配置成用监视器来操作。10. 如权利要求7所述的计算系统，其特征在于，所述第一操作系统包括安卓操作系统， 并且所述第二操作系统包括UBUNTU操作系统。11. 如权利要求7所述的计算系统，其特征在于，所述主无线收发机包括在快速外围组 件接口（PCIe)标准下操作的收发机。12. 如权利要求7所述的计算系统，其特征在于，所述主无线收发机在约60GHz操作。13. 如权利要求7所述的计算系统，其特征在于，所述控制系统配置成使用虚拟化表来 将所述外围设备中的元素映射到所述第二操作系统的命令。14. 一种计算系统，包括： 主设备，包括： 用户接口； 主存储器元件； 基于有线的主快速外围组件接口（PCIe)桥接器，其配置成与外围设备中的外围转换开 关通信，从而所述主设备和所述外围设备被通信地耦合;以及 控制系统，配置成： 支持两个操作系统，从而这两个操作系统中的第一操作系统配置成与所述主存储器元 件而非外围存储器元件交互，并且这两个操作系统中的第二操作系统配置成为虚拟操作系 统并且通过所述PCIe桥接器与所述外围存储器元件交互。15. 如权利要求14所述的计算系统，其特征在于，所述第一操作系统包括安卓操作系 统，并且所述第二操作系统包括UBUNTU操作系统。16. 如权利要求14所述的计算系统，其特征在于，所述控制系统配置成使用虚拟化表来 将所述外围设备中的元素映射到所述第二操作系统的命令。17. -种对移动终端使用外围设备的方法，包括： 在所述移动终端中提供无线快速外围组件接口（PCIe)桥接器； 将所述PCIe桥接器无线地连接到所述外围设备中的无线PCIe收发机； 操作所述移动终端上的第一操作系统，从而所述第一操作系统仅使用所述移动终端内 的存储器资源；以及 在所述移动终端上的虚拟环境内操作第二操作系统，从而所述第二操作系统通过所述 无线PCIe桥接器使用所述外围设备的存储器资源。18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述PCIe桥接器在约60GHz操作。19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述PCIe桥接器根据WiGig标准来操作。20. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一操作系统包括安卓操作系统，并 且所述第二操作系统包括UBUNTU操作系统。21. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述外围设备包括监视器。22. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，操作所述第二操作系统包括使用虚拟化表 将存储器访问请求重定向到所述外围设备中的存储器元件。
【文档编号】G06F9/455GK105830024SQ201480069294
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月19日
【发明人】A·甘特曼, Y·兹法蒂, V·康德莱迪夫
【申请人】高通股份有限公司