Input and Output Devices in an All-IP Computer Environment


Abstract

This research discusses input and output devices on an All-IP Computer environment. The All-IP Computer is a computer that communicates with I/O devices using Internet Protocol (IP), rather than a specific physical bus, such as USB or SCSI. Since device function information is transported as IP packets, there are no physical placement limitations for devices as long as there is connectivity to the IP network.

The devices that constitute a computer are designed and developed in accordance with a variety of standards. There are internal buses such as PCI, and external buses such as USB and IEEE1394. These standards are used for connecting various devices, such as input/output devices and storage devices. However, they have limitations such as: the physical distance of connections, the number of buses and devices on a computer, the difficulty of computer environment configuration, and the difficulty of sharing devices among different computers.

An advantage of using an IP network is the fact that the data can be transmitted to the entire world, as long as there is connectivity. However, there are disadvantages to using IP networks, such as their low speed compared to device buses, and other characteristics of IP networks such as delays and packet losses.

This research targets a framebuffer, a display output device, giving it the ability to transport its data over an IP network. The prototype implementation is done on the Linux Kernel 2.6. By transporting the contents of framebuffer memory, the implementation realizes display output from a distant computer. The implementation is able to transfer the framebuffer memory data from a host to another with usable speed, realizing the "Display over IP" in an All-IP Computer environment, achieving frame rates of approximately 20 frames per second for XGA resolution with 16-bit colors. The implementation functions for both X Window System and framebuffer console use, decreasing unnecessary network traffic by comparing cached data to the actual send data, and not sending any unchanged regions of the framebuffer.


概要

本研究では,All-IP Computer における入出力デバイスを実現する手法について述べる.本研究におけるAll-IP Computer とは,コンピュータの持つ内部バスで扱うデバイス情報を個別の接続規格ではなく,IP パケットとして送受信するコンピュータである.All-IP Computer はデバイス情報をIP パケットとして送受信するため,IP ネットワークへの接続性が保たれればデバイス個々の物理的制約に捕われることなくコンピュータ環境を構成することが可能である.

コンピュータを構成するデバイスは,各々の接続規格に基づいて設計・開発されている.接続規格にはPCI などの内部バスや,USB やIEEE1394 などの外部バスが存在する.それら接続規格を用いて,入出力デバイスや記憶デバイスなどはコンピュータに接続されている.しかし,それら接続規格には物理的距離,1 台のコンピュータ上におけるバス数およびデバイス数,構成の動的変更,異なるコンピュータ間におけるデバイスの共有における制限など様々な制約がある.

IP ネットワークの利点として,多様なデータを世界中と送受信できることがある.しかし,IP ネットワークの欠点として,デバイス接続のためのバスよりも低速であることや,遅延やパケットロスなどが生じることがある.

本研究ではディスプレイ出力デバイスであるフレームバッファに着目し,そのIP ネットワーク化を実現する.その実装をLinux Kernel 2.6 上で行う.フレームバッファメモリの内容を転送することで,遠隔コンピュータのディスプレイ出力を利用することを実現する.本研究における実装は,あるホストの持つフレームバッファメモリの内容を別のホストに転送し,その内容を表示することを利用上支障のない速度で実現した.本研究ではこの実装を,All-IP Computer 環境における\Display over IP" として実現し,解像度XGA 16 ビットカラーの環境において毎秒20 フレーム程度の動作を実現した.実装は,X Window System とフレームバッファコンソールの両方で利用可能である.本実装はネットワーク帯域消費量を抑制する機構を持つ.具体的には以前に送信したデータを記録し,送信時に送信データと過去のデータを比較し,不要なデータの再送信を行わない設計となっている.


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