СОЕДИНЕНИЯ И ДИНАМИЧЕСКОЕ КОНФИГУРИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСОВ ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕФОНОВ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
CONNECTIONS AND DYNAMIC CONFIGURATION OF INTERFACES FOR MOBILE TELEPHONES AND MULTIFUNCTIONAL DEVICES

Предшествующий уровень техники
Настоящее изобретение относится к сетям беспроводной связи. Более конкретно и не в качестве ограничения, настоящее изобретение направлено на систему, способ и узел для динамического конфигурирования интерфейсов между мобильным телефоном и многофункциональными устройствами/радиостанциями.
Следующие сокращения используются в разделе уровня техники и подробном описании в данном документе:
Сокращение
Пояснение
BT
Технология Bluetooth
BToUWB
Технология Bluetooth по стандарту UWB
CDC
Класс устройств связи
CF
Карта памяти в формате Compact Flash
WUSB
Беспроводной USB-интерфейс
DASIC
Цифровая специализированная интегральная схема
DCD
Драйвер контроллера устройства
DMA
Прямой доступ к памяти
DME
Управление устройствами
DRD
Устройство двойного назначения
DVB-R
Цифровая широковещательная передача видео для портативных устройств
DWA
Проводной адаптер в виде устройства
EP
Конечная точка
FIFO
"Первый на входе - первый на выходе"
FM
FM-радиостанция
GPS
Глобальная система определения местоположения
HCD
Драйвер хост-контроллера
HID
Устройство с человекомашинным интерфейсом
HSIC
Высокоскоростная межкристальная связь
HW
Аппаратные средства
HWA
Проводной хост-адаптер
I<sup>2</sup>C
Интерфейсная интегральная схема
INT
Прерывание
LD
Логический драйвер
Локальная линия связи (или транспортная линия связи)
Физическая линия связи, соединяющая DASIC и внешнюю микросхему
MAC
Управление доступом к среде
ME
Мобильное устройство (оборудование)
MSC
Класс запоминающих устройств большой емкости
NFC
Связь в ближней зоне
OBEX
Протокол обмена объектами
PAL
Уровень адаптации протоколов
PC
Персональный компьютер
PCI
Межсоединение периферийных компонентов
PHY
Физический (уровень)
PictBridge
Стандарт, созданный для прямой печати с цифровых камер на принтеры
PID
Идентификатор продукта
QoS
Качество обслуживания
RCI
Интерфейс управления радиосвязью
RFID
Радиочастотная идентификация
SDIO
Интерфейс ввода-вывода в формате Secure Digital
SIM
Модуль идентификации абонента
SPI
Последовательный периферийный интерфейс
SW
Программное обеспечение
UART
Универсальное асинхронное приемо-передающееустройство
ULPI
Интерфейс с малым числом выводов UTMI+
USB
Универсальная последовательная шина
UTMI
Универсальный интерфейс приемо-передачи на макроэлементах по стандарту USB 2.0
UTMI+
Универсальный интерфейс приемо-передачи на макроэлементах по стандарту USB 2.0 (версия плюс)
UWB
Стандарт сверхширокополосной связи
VID
Идентификатор изготовителя
WiMedia
Специализированная отраслевая группа, способствующая стандартизации OWB-устройств
WLAN
Беспроводная локальная вычислительная сеть
WLP
Протокол управления логической линией связи WiMedia
WMC
Беспроводная мобильная связь
WUSB
Беспроводной USB-интерфейс
2
Фиг.1 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей традиционную цифровую специализированную интегральную схему мобильного телефона (DASIC) 23 и ряд дополнительных микросхем, взаимодействующих с DASIC. Множество мобильных телефонов включает в себя DASIC, которая реализует признаки применимых стандартов радиосвязи. Сегодня, мобильные телефоны и другие мобильные/портативные устройства предоставляют широкий диапазон функциональности, к примеру, RFID, FM, WLAN, UWB, BT, DVB-H, GPS, NFC, защищенное хранилище ключей/лицензий, шифрование, аудио, трехмерная графика и т.п. По нескольким причинам, невозможно интегрировать вышеуказанные функции в основной DASIC мобильного телефона. Следовательно, в дополнение к DASIC, мобильный телефон должен иметь несколько дополнительных интегральных схем (микросхем), предоставляющих всю необходимую функциональность. В настоящий момент такие дополнительные микросхемы используют несколько различных HW-интерфейсов для DASIC, к примеру, SPI, UART, IC, SDIO и т.п.
Вследствие различного характера этих технологий различные поставщики предоставляют эти микросхемы. Это приводит к нескольким проблемам, в том числе:
- Поставщик мобильного устройства должен интегрировать микросхемы от различных поставщиков.
- Различные HW-интерфейсы используются для того, чтобы соединять внешние микросхемы.
- Большинство HW-интерфейсов имеет большое число выводов и не подходит для мобильных устройств, тем самым увеличивая размер, требуемый для того, чтобы интегрировать микросхему. Увеличенное число уровней также может требоваться для формирования межсоединений в такой микросхеме.
- Различные драйверы необходимы, чтобы обрабатывать каждый HW-интерфейс.
- Различные синхросигналы необходимы для различных HW-интерфейсов.
- Различные уровни мощности могут быть необходимы для различных HW-интерфейсов.
- Различные тестовые инструментальные средства и анализаторы необходимы, чтобы отлаживать каждый HW-интерфейс во время процесса разработки.
- Размер мобильного устройства увеличивается с числом включенных функций.
- Конечный продукт имеет повышенную потребляемую мощность.
- Время, требуемое для того, чтобы интегрировать все части в готовое решение, увеличивается.
- Большое число внешних микросхем делает мобильное устройство более дорогим.
В попытке преодолевать такие проблемы некоторые поставщики микросхем пытаются создавать комбинированную микросхему, содержащую две различных функции (например, BT и WLAN). Тем не менее, каждая функция на комбинированной микросхеме по-прежнему использует различный HW-интерфейс, тем самым оставляя большинство нерешенных проблем.
Сущность изобретения
Должно быть преимущественным иметь устройство и способ, которые преодолевают недостатки предшествующего уровня техники посредством комбинирования различных функций на внешней многофункциональной интегральной схеме (микросхеме) и использования USB-интерфейса, чтобы соединять DASIC мобильного устройства и многофункциональную микросхему. HW-интерфейсом может быть USB, ULPI или HSIC. Класс мультиплексоров может быть использован для того, чтобы обрабатывать логические потоки данных для различных функций, и класс собственных USB-устройств может быть использован для того, чтобы обрабатывать такие соединения.
Настоящее изобретение также предоставляет для локального соединения более высокую пропускную способность, которая поддерживает трафик данных с различными приоритетами и требованиями по QoS. Изобретение предоставляет использование больших буферов данных для групповых конечных точек, тем самым значительно уменьшая нагрузку по прерываниям и увеличивая полную пропускную способность системы.
Другие преимущества настоящего изобретения включают в себя сокращенное число внешних микросхем и вытекающее уменьшение числа выводов и уровней, требуемых для того, чтобы интегрировать внешние микросхемы. Число различных синхросигналов и уровней мощности, требуемых для того, чтобы подавать во внешние микросхемы, и полная площадь под микросхемы мобильного устройства также уменьшаются. Для комбинированных радиомикросхем общий MAC-уровень может помогать диспетчеризовать передачи, чтобы уменьшать помехи между различными радиостанциями. USB-подключение между DASIC и многофункциональной микросхемой делает решение более гибким и динамически конфигурируемым. USB IP-блоки и SW USB-стека являются общедоступными, что удешевляет инвестиции в разработку новых изделий и предоставляет меньшее время вывода на рынок, поскольку HW- и SW-интерфейсы являются повторно используемыми.
Следует отметить, что полоса пропускания USB является более чем достаточной для существующих технологий. Кроме того, поскольку все функции на многофункциональной микросхеме не должны использоваться одновременно, требование по пропускной способности для линии связи между DASIC и внешней микросхемой уменьшается. Для будущих требований по пропускной способности изобретение может использовать характеристики USB 3.0. Поскольку USB 3.0 использует идентичную инфраструктуру, все SW должно быть совместимым снизу вверх.
В дополнение к предоставлению независимого доступа к различным функциям в рамках многофункциональной микросхемы настоящее изобретение также может предоставлять отдельную логическую линию связи для каждой функциональной области. Класс USB DFU-устройств может использоваться для обновлений микропрограммного обеспечения на внешней микросхеме, или альтернативно, двоичный код может загружаться во время цикла включения питания для микросхем только с RAM. Функциональность соединенной микросхемы может расширяться без увеличения размера мобильного устройства посредством добавления нового логического потока данных по USB-подключению. Дополнительно, несколько многофункциональных микросхем могут соединяться с использованием идентичного подхода. Фаза разработки для такой конфигурации упрощается, поскольку обычное USB-подключение может использоваться между DASIC и макетными платами внешних микросхем. Общедоступные USB-анализаторы могут быть использованы для того, чтобы прослеживать и отлаживать связь между DASIC и внешней микросхемой.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения UWB-радиомодуль подключается к телефонному или мобильному устройству через внутреннюю USB-линию связи с использованием USB-интерфейса, ULPI-интерфейса или интерфейса высокоскоростной межкристальной связи (HSIC). За счет этого предоставляются преимущества посредством существующего USB HW, системного SW и SW устройства. Из них имеются следующие:
- логическое разделение потоков данных;
- управление потоками на уровне HW;
- скорость передачи данных по USB;
- гибкость конфигурации;
- поддержка различных классов устройств;
- поддержка различных типов передачи данных; и
- резерв для диверсификации производителей.
В одном варианте осуществления, настоящее изобретение предоставляет прямое преобразование конечных точек беспроводных USB-устройств в конечные ULPI-точки для локального соединения. Изобретение использует все доступные конечные точки внутреннего USB-интерфейса и динамически ассоциируется с логическими конечными точками соединения беспроводного USB-интерфейса или любого другого UWB PAL.
В другом варианте осуществления, новый класс USB-устройств используется для того, чтобы мультиплексировать несколько логических потоков данных без копирования данных для различных клиентов на стороне приемного устройства (т.е. без совместного использования данных между различными парами конечных точек). Первым уровнем мультиплексирования и демультиплексирования может быть USB HW, а другие уровни могут предоставляться посредством нового драйвера класса USB-устройств. Драйвер распределяет принимаемые буферы всем подключенным клиентам.
В других вариантах осуществления применяются комбинации прямого преобразования, преобразования с мультиплексированием и совместного использования логических потоков данных.
Таким образом, в одном варианте осуществления, настоящее изобретение направлено на аппаратуру в мобильном устройстве для предоставления множества функций для мобильного устройства. Аппаратура включает в себя DASIC для управления мобильным устройством согласно применимым стандартам радиосвязи; многофункциональную интегральную схему, имеющую средство для предоставления множества функций; и USB-линию связи, соединяющую DASIC и многофункциональную интегральную схему. USB-линия связи включает в себя средство для логического преобразования конечных точек в многофункциональной интегральной схеме в конечные точки локального соединения в DASIC.
В другом варианте осуществления, настоящее изобретение направлено на аппаратуру в мобильном устройстве, имеющем цифровую специализированную интегральную схему (DASIC) и радиомодуль по стандарту сверхширокополосной связи (UWB). Аппаратура включает в себя внутреннюю линию связи универсальной последовательной шины (USB), соединяющую DASIC и UWB-радиомодуль, при этом внутренняя USB-линия связи использует интерфейс, выбираемый из группы, состоящей из USB-интерфейса, универсального интерфейса приемо-передачи на макроэлементах (UTMI+) и интерфейса с малым числом выводов (ULPI) и интерфейса высокоскоростной межкристальной связи (HSIC). Внутренняя USB-линия связи включает в себя средство для логического преобразования конечных точек во внешнем устройстве в конечные точки локального соединения в DASIC.
В другом варианте осуществления, настоящее изобретение направлено на способ в мобильном устройстве для подключения мобильного устройства к внешнему беспроводному устройству, при этом мобильное устройство включает в себя DASIC и UWB-радиомодуль. Способ включает в себя этапы соединения DASIC с UWB-радиомодулем с помощью внутренней USB-линии связи, при этом внутренняя USB-линия связи использует интерфейс, выбираемый из группы, состоящей из USB-интерфейса; ULPI-интерфейса и HSIC-интерфейса. Способ также включает в себя обмен данными с внешним устройством с помощью UWB-радиомодуля и логическое преобразование конечных точек во внешнем устройстве в конечные точки локального соединения в DASIC с помощью внутренней USB-линии связи.
Краткое описание чертежей
В следующем разделе изобретение описывается со ссылками на примерные варианты осуществления, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
Фиг.1 (предшествующий уровень техники) является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей традиционную цифровую специализированную интегральную схему мобильного телефона (DASIC) и ряд дополнительных микросхем, взаимодействующих с DASIC;
Фиг.2 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей первый примерный вариант осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей второй примерный вариант осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей третий примерный вариант осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 является функциональной блок-схемой, иллюстрирующей примерный вариант осуществления стека протоколов для ULPI-линии связи для многофункциональной микросхемы;
Фиг.6A-6B являются частями упрощенной блок-схемы, иллюстрирующей вариант осуществления преобразования конечных точек между DASIC и многофункциональной микросхемой;
Фиг.7 (предшествующий уровень техники) является иллюстративным чертежом множества стеков протоколов, привязанных к единой платформе радиосвязи по стандарту UWB;
Фиг.8 (предшествующий уровень техники) является упрощенной блок-схемой UWB-подключения между мобильным телефоном и WiMedia UWB-устройством;
Фиг.9 (предшествующий уровень техники) является блок-схемой мобильного телефона, показывающей дополнительную функциональность DASIC и UWB-радиомодуля;
Фиг.10 является упрощенной блок-схемой мобильного телефона, иллюстрирующей примерный вариант осуществления настоящего изобретения;
Фиг.11 иллюстрирует формат буфера данных UWB-мультиплексора;
Фиг.12 иллюстрирует вариант осуществления формата UWB-мультиплексора с дополнительной информацией управления потоками;
Фиг.13 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей вариант осуществления преобразования конечных точек по ULPI-линии связи между DASIC мобильного телефона и UWB-радиомодулем с помощью прямого преобразования между конечными точками;
Фиг.14 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей вариант осуществления преобразования конечных точек по ULPI-линии связи между DASIC мобильного телефона и UWB-радиомодулем с помощью преобразования с мультиплексированием между конечными точками;
Фиг.15 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей другой вариант осуществления преобразования конечных точек, в котором комбинируется мультиплексирование и прямое преобразование конечных точек;
Фиг.16 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей другой вариант осуществления преобразования конечных точек, в котором комбинируется мультиплексирование, совместное использование и прямое преобразование конечных точек; и
Фиг.17 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей этапы по варианту осуществления способа настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Фиг.2 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей первый примерный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления, множество различных функций комбинируется на многофункциональной микросхеме 2. USB-интерфейс 3 соединяет модифицированную DASIC 33 мобильного телефона и многофункциональную микросхему. DASIC 33 включает в себя HW-модуль 4 USB IP-блоков для обеспечения окончания для USB-интерфейса в DASIC, а многофункциональная микросхема включает в себя HW-модуль 5 USB IP-блоков для обеспечения окончания для USB-интерфейса в многофункциональной микросхеме. HW-интерфейсом 3 может быть USB, ULPI или HSIC. Класс мультиплексоров используется для того, чтобы обрабатывать логические потоки данных для различных функций, и класс собственных USB-устройств обрабатывает соединения.
Следует понимать, что термин "мобильный телефон" при использовании в данном документе имеет намерение включать в себя все мобильные и портативные устройства, а также многофункциональные периферийные устройства PC, соединяемые через USB-шину. Таким образом, изобретение применимо для любого мобильного или карманного устройства, в том числе портативных и настольных компьютеров. Изобретение также может использоваться для того, чтобы подключать многофункциональные периферийные устройства к любому бытовому электронному или промышленному оборудованию. Например: встроенная мультимедийная система для автомобиля с подключенным многофункциональным модулем BT+GPS, POS-терминал с RFID/NFC/BT/UWB-модулем для оплаты пользования мобильным телефоном, GPS и UWB/BT для дистанционного управления некоторыми машинами и т.п.
Фиг.3 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей второй примерный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления, множество различных функций комбинируется на двух многофункциональных микросхемах 2a и 2b. Два ULPI/HSIC-интерфейса 6a и 6b соединяют DASIC 33 мобильного телефона и многофункциональные микросхемы. DASIC 33 включает в себя два HW-модуля 4a и 4b USB IP-блоков, и многофункциональные микросхемы включают в себя HW-модуль 5a и 5b USB IP-блоков, соответственно. Хотя фиг.3 показывает две внешних многофункциональных микросхемы и два HW-модуля USB IP-блоков в DASIC, следует понимать, что более двух каждого из этих элементов могут быть использованы в различных вариантах осуществления.
Фиг.4 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей третий примерный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления, множество различных функций снова комбинируется на двух многофункциональных микросхемах 2a и 2b. Два ULPI/HSIC-интерфейса 6a и 6b соединяют DASIC 33 мобильного телефона и многофункциональные микросхемы. DASIC в этом варианте осуществления включает в себя USB-концентратор 7 или аналогичные концентратору HW, предоставляющие возможность нескольким многофункциональным микросхемам подключаться к одному HW-модулю 4 USB IP-блоков. Хотя фиг.4 показывает две внешних многофункциональных микросхемы, подключенные к USB-концентратору, следует понимать, что более двух многофункциональных микросхем могут подключаться в различных вариантах осуществления. Посредством использования аналогичных концентратору HW несколько многофункциональных микросхем могут подключаться, тем самым уменьшая потребность в нескольких IP-ядрах в DASIC.
Фиг.5 является функциональной блок-схемой, иллюстрирующей примерный вариант осуществления стека протоколов для ULPI-линии связи для многофункциональной микросхемы 2. Фиг.5 показывает логические и фактические потоки данных между модифицированной DASIC 33 и многофункциональной микросхемой 2. ULPI-интерфейс 8 соединяет ULPI HW в DASIC с ULPI HW в многофункциональной микросхеме, и интерфейс 9 USB-мультиплексора соединяет драйвер USB-мультиплексора в DASIC с функцией USB-мультиплексора в многофункциональной микросхеме.
Фиг.6A-6B являются частями упрощенной блок-схемы, иллюстрирующей вариант осуществления преобразования конечных точек между DASIC 33 мобильного телефона и внешней многофункциональной микросхемой 2 с помощью ULPI- или HSIC-линии 36 связи. Локальные конечные ULPI-точки ассоциированы с логическими соединениями на уровне стека протоколов. Другими словами, конечные точки назначаются для конкретных WiMedia PAL для UWB-радиомодуля или определенного другого логического интерфейса для другой функциональности на многофункциональной микросхеме 2. WiMedia MAC-уровень обрабатывает буферизацию данных, принимаемых по линии радиосвязи, на основе конечной WUSB-точки (или на основе логического канала на другом PAL). Эти буферы передаются в соответствующую функцию WUSB-устройства от UWB-радиомодуля. Аналогичная буферная обработка осуществляется для других функций в рамках многофункциональной микросхемы 2. Таким образом, в этом варианте осуществления, мультиплексирование логических потоков различных функций и PAL выполняется для одной проводной конечной точки для внутренней транспортной линии связи. Несколько различных логических потоков или функций могут группироваться на основе их профилей и свойств потока данных. Различные проводные конечные точки используются для различных групп мультиплексированных логических линий связи.
Из технологий, которые должны извлекать выгоду из этого решения, имеется радиомодуль по стандарту сверхширокополосной связи (UWB) WiMedia Alliance. UWB-радиомодуль поддерживает несколько стеков протоколов и имеет несколько уровней логических потоков данных. Таким образом, он предоставляет хороший пример для пояснения различных конфигураций и преимуществ настоящего изобретения.
Технология UWB обеспечивает высокоскоростные беспроводные соединения между UWB-устройствами. Технические требования WiMedia покрывают MAC- и PHY-уровни и дают возможность нескольким стекам протоколов совместно использовать полосу пропускания UWB-радиомодуля. Различные стеки протоколов привязываются к платформе WiMedia посредством использования уровня адаптации протоколов (PAL). PAL являются различными для каждого стека протоколов.
Фиг.7 является иллюстративным чертежом множества стеков 11-14 протоколов, привязанных к единой платформе 15 радиосвязи по стандарту UWB, как указано посредством WiMedia. Любой другой стандарт или собственный протокол, такой как, к примеру, HDTV также может добавляться. Единая платформа радиосвязи по стандарту UWB покрывает MAC-уровень 16 и PHY-уровень 17. Различные стеки протоколов привязываются к единой платформе радиосвязи по стандарту UWB с помощью PAL 18.
Первые доступные продукты WiMedia ориентированы на рынок PC, но поставщики проектируют модули для мобильных телефонов и других мобильных устройств. Существующие решения для UWB на рынке используют следующие интерфейсы: CF+, SDIO, PCIe, USB и SPI.
Фиг.8 является упрощенной блок-схемой традиционного UWB-подключения между мобильным телефоном 21 и WiMedia UWB-устройством 22. Мобильный телефон включает в себя DASIC 23, имеющую несколько PAL. DASIC подключается посредством локальной линии 24 связи к UWB-радиомодулю 25. UWB-радиомодуль подключается к WiMedia UWB-устройству через UWB-линию 26 радиосвязи и соответствующий PAL.
Логические соединения между DASIC 23 мобильного телефона и WiMedia UWB-устройством 22 предоставляются посредством двух физических линий связи: UWB-линия 26 радиосвязи и локальная линия 24 связи. Локальная линия связи "туннелирует" данные WiMedia от UWB-радиомодуля 25 к DASIC 23 мобильного телефона. Стандарт высокоскоростной сверхширокополосной связи PHY- и MAC-уровня, ECMA 368, является техническими требованиями для линии радиосвязи, предоставленным посредством WiMedia, но отсутствуют технические требования для логической передачи данных по локальной линии связи.
WiMedia UWB-устройство 22 может иметь несколько стеков протоколов, выполняющихся одновременно, таких как беспроводное USB-устройство, беспроводной USB-хост, BToUWB или IP. Следует отметить, что UWB-устройства первого поколения имеют только одну функцию и один PAL. Поток данных по локальной линии связи является очень простым и включает в себя одну USB-функцию плюс интерфейс управления радиосвязью (RCI).
Фиг.9 является блок-схемой мобильного телефона 21, показывающей дополнительную традиционную функциональность DASIC 23 и UWB-радиомодуля 25. DASIC и UWB-радиомодуль поддерживают множество стеков протоколов.
Пропускная способность в обычно используемых локальных линиях связи является низкой в существующих решениях. Например, пропускная способность SDIO ограничена посредством теоретического максимума SDIO в 200 Мбит/с для 4 линий в 50 МГц. Практическая или достижимая пропускная способность является более низкой. Даже если более высокая пропускная способность получается по радиоинтерфейсу с помощью UWB-радиомодуля, SDIO-линия связи по-прежнему ограничивает полезную пропускную способность.
Текущие решения для HWA и DWA также имеют теоретические ограничения пропускной способности. Предел составляет приблизительно 250 Мбит/с, и существующие реализации допускают предоставление только приблизительно 80 Мбит/с. Тем не менее, по мере того как собственные хосты UWB и реализации устройства становятся распространенными, и UWB-радиомодули следующего поколения становятся доступными, SDIO или аналогичные локальные линии связи должны быть очень ограниченными для фактической пропускной способности. Помимо этого, по мере того как хранение становится более дешевым, и мультимедийные файлы становятся большими в будущем, более высокая пропускная способность как возможна, так и необходима.
Другая проблема состоит в том, что все общедоступные решения по локальным линиям связи используют режим FIFO только с одним потоком данных. Таким образом, фактически невозможно иметь трафик данных с различными приоритетами, поскольку предыдущая передача сначала должна завершаться. И при этом не может быть гарантировано QoS, которое необходимо для изохронной передачи данных. Это не является проблемой в устройстве с одной функцией, но является основной сложностью для нескольких PAL и функций, где проблемы конкуренции должны быть решены.
Проблемы конкуренции могут разрешаться с помощью небольших пакетов и частого переключения между режимом ввода и вывода. Тем не менее, для комплексного UWB-устройства или хоста с несколькими PAL и функциями этот процесс требует мощного CPU. Это приводит к дополнительным затратам, размеру и потребляемой мощности, все из чего чрезвычайно важно минимизировать в мобильном устройстве, таком как мобильный телефон.
Другие многофункциональные радиоустройства, к примеру, по технологии Bluetooth, WiFi, FM и т.п., используют отдельные физические интерфейсы в направлении DASIC 23 мобильного телефона, что требует большего числа схем и компонентов, приводя к более высоким производственным затратам. Помимо этого, различные драйверы устройств необходимы для различных HW-интерфейсов.
Требования поддержки изохронной передачи не могут достигаться с помощью SDIO-интерфейсов, и прямое преобразование конечных точек с помощью интерфейса с малым числом выводов UTMI+ (ULPI) не может использоваться во всех случаях, поскольку число конечных ULPI-точек ограничено.
Настоящее изобретение предоставляет для локального соединения более высокую пропускную способность, которая поддерживает трафик данных с различными приоритетами и требованиями по QoS. Изобретение предоставляет использование больших буферов данных для групповых конечных точек, тем самым значительно уменьшая нагрузку по прерываниям и увеличивая полную пропускную способность системы.
Отсутствуют технические требования USB для UWB-устройств (кроме HWA и DWA) или каких-либо многофункциональных радиоустройств. Технические требования WMC (USB CDC WMC 1.0, технические требования субклассов CDC универсальной последовательной шины для устройств беспроводной мобильной связи) не покрывают техническое решение, необходимое для UWB.
Фиг.10 является упрощенной блок-схемой мобильного телефона 31, иллюстрирующей примерный вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг.10 показывает логические и фактические потоки данных между модифицированной DASIC 33, модифицированным UWB-радиомодулем 35 и WUSB-хост-системой 37. Примерный вариант осуществления настоящего изобретения показан в области, окруженной полужирной пунктирной линией, отмеченной цифрой 2. Локальная "транспортная" линия связи 34 соединяет DASIC мобильного телефона и UWB-радиомодуль. Линия связи окружена пунктирной линией, отмеченной цифрой 1.
Следует отметить, что локальная линия связи показана с использованием ULPI-интерфейса 36. Это существующий цифровой интерфейс на DASIC, который обычно используется для того, чтобы подключаться к приемо-передающему устройству USB, которое подключает DASIC к USB-шине. ULPI имеет низкий уровень мощности по сравнению со стандартным USB и не требует внешних и энергоемких аналоговых схем. ULPI проектируется как соединение от микросхемы к микросхеме в мобильном устройстве. ULPI-интерфейс может легко быть преобразован в HSIC-интерфейс, который обеспечивает идентичную функциональность, но с меньшим числом контактов, что уменьшает размер, затраты и мощность. HSIC должно становиться доступным и заменять ULPI в ближайшем будущем.
Таким образом, проиллюстрированный вариант осуществления настоящего изобретения соответствует USB-линии связи, ULPI-линии связи или HSIC-линии связи. USB HW и SW в DASIC и UWB-радиомодуле являются идентичными, выбор интерфейса является только выбором реализации на основе затрат, размера, мощности и доступности.
Если ULPI HW-интерфейс используется между WUSB-хост-системой 37 и UWB-радиомодулем 35, конечные ULPI-точки должны быть ассоциированы с логическими соединениями на уровне стека протоколов, т.е., конечные точки назначаются конкретным PAL. Кроме того, различные PAL могут разделяться посредством использования различных конечных точек на локальной ULPI-линии 36 связи.
Изобретение поддерживает логическое разделение стеков протоколов, как показано выше на фиг.7. Каждый PAL находится поверх класса UWB-мультиплексоров. Этот класс устройств мультиплексирует/демультиплексирует логические потоки данных для конкретного PAL и логического назначения в рамках PAL без совместного использования данных между различными парами конечных точек.
Тем не менее, имеется потребность в дополнительном уровне гибкости. Например, рассмотрим стек WUSB-устройств. Определенные конфигурации, такие как класс запоминающих устройств большой емкости (MSC), имеют только один интерфейс, состоящий из одной сгруппированной пары. WMC состоит из нескольких USB-функций, которые используются посредством PC-хоста. USB-функции мобильного телефона могут включать в себя, например, управление устройствами, модем 1, модем 2, запоминающее устройство большой емкости, Ethernet и OBEX. Каждая из этих функций может иметь заданный один или более интерфейсов, и каждая функция может использовать одну или более конечных точек, как показано в таблице 1 ниже.
Таблица 1
Функция
Конечные точки
Модем
Входное прерывание + групповой вывод и групповой ввод
Управление устройствами
Входное прерывание
Запоминающее устройство большой емкости
Групповой вывод и групповой ввод
Ethernet
Входное прерывание + групповой вывод и групповой ввод
OBEX
Групповой вывод и групповой ввод
Это означает, что несколько логических потоков данных необходимы в рамках PAL WUSB-устройства, каждый из которых соответствует конечной беспроводной USB-точке.
Для стека WUSB-хостов может быть несколько подключенных беспроводных устройств, каждый из которых содержит несколько интерфейсов. Дополнительный уровень необходим для логического потока данных беспроводного хоста по ULPI-линии связи, чтобы группировать интерфейсы для каждого удаленного беспроводного USB-устройства.
В технических требованиях USB не заданы классы UWB-устройств. Поскольку несколько различных функций должны быть комбинированы, класс WMC-устройств используется в настоящем изобретении в качестве способа агрегировать все различные интерфейсы в одном четко определенном классе USB-устройств.
Чтобы разрешать существующие проблемы, новый класс "UWB-мультиплексоров" используется. В общем, этот класс устройств инкапсулирует несколько кадров данных в одной транзакции по ULPI-линии связи. Кадр данных в рамках транзакции или буфера мультиплексирования может содержать один USB-пакет, одну IP-датаграмму или определенный буфер данных для другого PAL. До того как данные могут отправляться, обе стороны используют запросы на управление, чтобы конфигурировать преобразование между обеими сторонами для каждого логического потока в каждом PAL. Эта информация используется позднее для составления заголовков на стороне отправки и перенаправления данных в правильное назначение на стороне приемного устройства.
Следует понимать, что как DASIC, так и UWB-радиомодуль имеют набор конечных ULPI-точек, тем самым преобразование осуществляется на обеих сторонах внутренней локальной линии связи (ULPI-линии связи), таким образом вместо DASIC более точной может быть ссылка на "мобильное устройство (или телефон)". ULPI-подключение является просто "туннелем" для соединения двух CPU (одного в DASIC и другого в UWB-микросхеме). Таким образом, PAL располагается выше транспортного уровня. PAL является уровнем адаптации между WiMedia MAC и протоколом выше него (WUSB, BT, IP). При ссылке на ULPI-линию связи он является "туннелем" данных с небольшим числом отдельных логических каналов (конечных точек), которые используются для того, чтобы передавать высокоуровневые протокольные данные между DASIC и внешней микросхемой (в случае WUSB PAL - данные конечных WUSB-точек). Чтобы не допускать путаницы, следует отметить, что идентичная технология USB используется для транспортного уровня, а также для высокоуровневого протокольного уровня (WUSB).
Фиг.11 иллюстрирует формат буфера данных UWB-мультиплексора. Когда буферизуются идентифицированные отправляющим устройством данные, которые готовы к передаче другой стороне ULPI-линии связи, ULPI-линия связи составляет заголовок, список указателей (LP) и данные, которые должны быть переданы по ULPI. В качестве параметра, отправляющее устройство может отправлять заголовок и список указателей отдельно в 512-байтовом пакете. Это предоставляет приемной стороне параметр для того, чтобы программировать DMA-контроллер, чтобы перемещать буферы для каждой логической линии связи в выделенные буферы для каждой линии связи. Это уменьшает потребность в дополнительных копиях данных.
В качестве еще одного способа повышать производительность, если еще буферы данных готовы к передаче, следующий заголовок и список указателей могут присоединяться после всех кадров данных. Это помогает DMA-контроллеру устанавливать следующую передачу данных и сокращать число прерываний.
Множество DMA-контроллеров требует размещения буфера данных в RAM в определенной указанной границе, например, 32-байтовой границе. Таким образом, посредством использования смещения для кадров данных система исключает все негативные явления, если кадры являются несовмещенными. Отправляющее устройство заполняет пустоты посредством передачи необходимого числа байтов, которые заданы равными нулю.
На стороне приемного устройства считывается заголовок, и передачи DMA задаются согласно информации, находящейся в списке указателей (LP). Для удобства другой элемент может добавляться для группировки логических потоков в рамках одного PAL. Например, для случая беспроводного USB-хоста, может быть полезным идентифицировать все логические потоки для конкретного WUSB-устройства. Идентификатор PAL ID используется для того, чтобы идентифицировать PAL WUSB-хоста, идентификатор группы используется для того, чтобы идентифицировать WUSB-устройство, подключенное к этому хосту, и идентификатор LF используется для того, чтобы идентифицировать поток данных для конкретной конечной точки.
Следует отметить, что этот вариант осуществления изобретения мультиплексирует данные по одной конечной ULPI-точке. Следовательно, встроенное управление потоками USB не может быть использовано, поскольку в конкретное время определенное программное обеспечение клиента может принимать данные, а определенное может не принимать.
Фиг.12 иллюстрирует вариант осуществления формата UWB-мультиплексора с дополнительной информацией управления потоками. В этом варианте осуществления, список указателей также может содержать управление потоками между DASIC 33 и UWB-радиомодулем 35. Дополнительно отправляющее устройство может оповещать свою доступность принимать данные для определенных логических потоков посредством добавления информации управления потоками в конце текущей передачи.
Фиг.13 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей вариант осуществления преобразования конечных точек по ULPI-линии 36 связи между DASIC 33 мобильного телефона и UWB-радиомодулем 35 с помощью прямого преобразования между конечными точками. Локальные конечные ULPI-точки ассоциированы с логическими соединениями на уровне стека протоколов. Другими словами, конечные точки назначаются конкретным PAL. WiMedia MAC-уровень обрабатывает буферизацию данных, принимаемых по линии радиосвязи, на основе конечной WUSB-точки. Эти буферы передаются в соответствующую функцию WUSB-устройства в DASIC от UWB-радиомодуля. Таким образом, в этом варианте осуществления, прямое преобразование выполняется между конечными беспроводными USB-точками и проводными конечными точками для внутренней транспортной линии связи.
Предпочтительно, ULPI-интерфейс 36 должен иметь максимальное число доступных конечных точек в аппаратных средствах (30+ конвейер управления). Первоначально, только UWB RCI/DME-интерфейс выделяется (с помощью EP управления). После активации стеков беспроводных USB-устройств/хостов ассоциируется только беспроводная EP0. Все остальные беспроводные EP ассоциируются с ULPI EP во время процесса перечисления для беспроводного USB-интерфейса.
Фиг.14 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей вариант осуществления преобразования конечных точек по ULPI-линии 36 связи между DASIC 33 мобильного телефона и UWB-радиомодулем 35 с помощью преобразования с мультиплексированием между конечными точками. При включении питания UWB-радиомодуль перечисляет себя на ULPI-линии связи как WMC-устройство с несколькими интерфейсами, выделяемыми для каждого PAL. Конфигурация устройства основана на аппаратных характеристиках UWB-радиомодуля и DASIC мобильного телефона, таких как:
- число поддерживаемых конечных точек;
- число доступных DMA-каналов;
- двойная буферизация для конечных точек; и
- объем буферного запоминающего устройства (RAM), доступный на обеих сторонах.
Специализированные для производителей запросы в конвейере управления используются для того, чтобы преобразовывать конечные ULPI-точки в конечные беспроводные USB-точки или любые логические соединения, необходимые для BToUWB и WLP (IP). Конечные ULPI-точки для локальных линий связи преобразуются в логическое соединение для PAL или сохраняются неназначенными. В большинстве мобильных устройств, вероятно, что только одна функция требует широкополосного тракта данных, тогда как остальные функции, более вероятно, являются узкополосными интерфейсами. Это обусловлено ограниченными характеристиками мобильных устройств по сравнению с настольными PC (размер экрана, способы ввода и т.п.).
Фиг.15 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей другой вариант осуществления преобразования конечных точек по ULPI-линии 36 связи между DASIC 33 мобильного телефона и UWB-радиомодулем 35. В этом варианте осуществления, мультиплексирование и прямое преобразование конечных точек комбинируются. Предпочтительно, прямое преобразование используется для конечной точки беспроводного USB-интерфейса с высокой пропускной способностью. Остальная часть конечных точек может быть мультиплексирована. Для PAL беспроводного USB-хоста конечная точка устройства с более высокой требуемой полосой пропускания выбирается для прямого преобразования.
Фиг.16 является упрощенной блок-схемой, иллюстрирующей другой вариант осуществления преобразования конечных точек по ULPI-линии 36 связи между DASIC 33 мобильного телефона и UWB-радиомодулем 35. В этом варианте осуществления, мультиплексирование, совместное использование и прямое преобразование конечных точек комбинируются. Решение выбирать конечную точку может быть основано на требованиях по QoS для конкретного потока данных. На физическом уровне USB различные механизмы диспетчеризации используются для групповых конечных точек и конечных точек прерывания. Полная производительность системы может повышаться посредством совместного использования всех конечных точек прерываний в конечной ULPI-точке типа передачи прерываний, тогда как другие групповые конечные точки либо мультиплексируются, либо преобразуются напрямую посредством использования групповых конечных ULPI-точек.
В варианте осуществления по фиг.16, следующие конечные ULPI-точки (ввод-вывод) используются:
- Прерывание EP1 используется для совместного использования прерываний для беспроводного USB-устройства, включающего в себя беспроводной EP0.
- Группа EP2 используется для мультиплексирования групповых конечных точек с низкой пропускной способностью беспроводного USB-устройства.
- Группа EP3 используется для прямого преобразования конечных точек запоминающего устройства большой емкости (интерфейс с высокой пропускной способностью).
- Группа EP4 используется для мультиплексирования групповых конечных точек с низкой пропускной способностью беспроводного USB-хоста (или групповых конечных точек с низкой пропускной способностью подключенных беспроводных USB-устройств для этого WUSB PAL).
- Прерывание EP5 используется для совместного использования прерываний для беспроводного USB-хоста, включающего в себя беспроводной EP0.
- Группа EP6 используется для прямого преобразования конечных точек с высокой пропускной способностью (ввод-вывод) беспроводного USB-устройства N.
- Группы EP7 и EP8 используются для мультиплексирования данных для других PAL.
Число потоков данных с прямым преобразованием или совместным использованием ограничено только доступностью резервных конечных точек на ULPI-линии 36 связи.
Фиг.17 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей этапы по варианту осуществления способа настоящего изобретения. На этапе 41, UWB-радиомодуль включается и подключается через внутреннюю ULPI-линию связи к DASIC. На этапе 42, обмен данными обеспечивается через внутреннюю ULPI-линию связи для PAL WUSB-устройства и конечной точки WUSB-устройства в нуль. На этапе 43, WUSB-устройство пытается подключаться к удаленному WUSB-хосту (к примеру, отправляет сообщение DN_Connect). На этапе 44, защищенная WUSB-связь устанавливается. На этапе 45, WUSB-хост перечисляет WUSB-устройство и выбирает конфигурацию устройства. На этапе 46, конечные точки внутренней ULPI-линии связи преобразуются в конечные WUSB-точки для выбранной конфигурации. На этапе 47, тракт данных для соединения WUSB устанавливается, готовый продолжать с дополнительной WUSB-связью между равноправными узлами.
Применение любого из вариантов осуществления, описанных выше, предоставляет использование больших буферов данных для групповых конечных точек (например, 64 КБ), тем самым значительно уменьшая нагрузку по прерываниям и увеличивая полную пропускную способность системы.
Другие преимущества изобретения включают в себя динамическое преобразование различных стеков протоколов (логических потоков данных) в конечные точки USB для локальной линии связи, простые процедуры конфигурирования и возможность проводить изменения в конфигурации (добавление или удаление логических потоков) без выполнения сброса USB или прерывания потоков данных по другим интерфейсам. Изобретение может быть применено для любой внешней микросхемы, использующей USB, ULPI- или HSIC-интерфейс в качестве локальной транспортной линии связи (туннеля данных). Оно также применимо для всех будущих улучшений или дополнений HSIC-интерфейса. Обычный USB-интерфейс может использоваться, тем самым внешние UWB-радиомодули могут предоставляться для существующих устройств только с помощью обновления микропрограммного обеспечения. Все комбинированные технологии радиосвязи могут использовать его (например, BT, FM, WiFi, NFC и т.п.), и не связанные с радиосвязью внешние функции, такие как аудио, безопасность, SIM или другие, могут быть комбинированы с радиосвязью. Использование одного интерфейса для нескольких функций предоставляет менее дорогое решение, а многократное использование определенных существующих классов USB-устройств ускоряет процесс реализации.
Мультиплексирование логических соединений предоставляет дополнительные преимущества. Например, аппаратные средства с ограниченным числом конечных точек могут быть использованы при одновременном предоставлении полной UWB-функциональности. На различные PAL не влияют длительные передачи других PAL, и изохронная передача поддерживается. Также предусмотрена дополнительная гибкость конфигурирования, поскольку PAL разделяются посредством использования различных конечных точек или посредством использования идентификатора PAL в ходе комбинирования. Изобретение уменьшает частоту прерываний для DASIC 33 мобильного телефона, тем самым уменьшая число MIPS, требуемых для того, чтобы обрабатывать UWB-функциональность.
Специалисты данной области техники должны признавать, что инновационные идеи, описанные в настоящей заявке, могут модифицироваться и варьироваться согласно широкому спектру вариантов применения. Соответственно, объем патентуемого изобретения не должен быть ограничен ни одной из конкретных примерных идей, поясненных выше, а, наоборот, должен определяться прилагаемой формулой изобретения.