CN100407185C - 主机设备、设备单元、通信系统和数据发送/接收方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明实施例的主机设备在执行与多个设备单元中的第一设备单元的多个连续交易时，将包括有第一设备单元的地址信息和从多个连续交易的执行时间得到的一般令牌发送时间的特定令牌包发送给多个设备单元。第一设备单元接收特定令牌包，以执行多个交易。除了第一设备单元之外的多个设备单元接收特定令牌包，以转为并且停留在暂停状态，直到经过一般令牌发送时间为止，并且然后在一般令牌发送时间之后转为等待状态。

Description

主机设备、设备单元、通信系统和数据发送/接收方法

技术领域

本发明涉及一种包括有主机设备和多个设备单元的通信系统，更为确切地说，涉及一种采用了诸如USB(通用串行总线)等通信协议的通信系统，它使用来自主机设备的令牌包来开始主机设备和设备单元之间的数据发送/接收。确切地说，本发明涉及用于节省这种通信系统中的设备单元功耗的技术。

背景技术

USB(通用串行总线)标准是一种允许在单个主机设备和多个设备单元之间进行数据发送/接收的通信标准；PC代表主机设备，其外围的设备代表设备单元。该USB标准被广泛用作连接PC和外围设备的通信接口。USB标准采用星形逻辑总线拓扑结构，其中单个主机设备与多个设备单元相连。在以下讲述中，由相互连接的单个主机设备和多个设备单元组成的系统被称为USB系统。

在主机设备和设备单元之间符合USB标准的通信取决于主机设备。主机设备将令牌包发给设备单元，以开始与设备单元的通信。从令牌包的发送到数据交换的完成的一系列处理是在令牌阶段、数据阶段和握手阶段的三个阶段中执行的。这一系列的处理统称为“交易”。

下面参照图13和图14A～14C来讲述现有USB系统中的数据发送/接收处理。图13为现有USB系统中的数据发送/接收时序的时序图。图14A～14C示出了主机设备和设备单元之间交换的USB包的结构。在图13中，令牌间隔n，n+1，...表示主机设备发送令牌包的时间间隔，并且由令牌间隔n，n+1，...定义的每一个处理都与一种交易相对应。例如，令牌间隔n的交易为用于将数据从主机设备发送到设备单元A的输出交易。在令牌间n中，首先，主机设备发送输出令牌包1301Tx。这里，Tx和Rx代表包的传递方向；Tx代表发送包，Rx代表接收包。主机设备紧接着输出令牌包1301Tx发送输出数据包1302Tx。最后，用于接收输出数据包1302Rx的设备单元A将握手包1303Tx发送到主机设备，并且主机设备接收该包，从而完成一个输出交易。

当主机设备发送输出令牌包1301Tx时，所有准备接收令牌包的设备单元A～C接收令牌包1301Rx。在接收到令牌包1301Rx的设备单元中，被指定为对应节点的设备单元A接收数据，而设备单元B和C处于待命，以准备令牌包的下一个发送，也就是说准备接收令牌包(下面称之为“等待状态”)。

这里，输出令牌包1301Tx为表示开始从主机设备到设备单元的输出交易的令牌包。图14A示出了令牌包的结构。关于输出令牌包1301，表示输出交易的PID值具体为PID1401，并且作为对应节点的设备单元A是根据地址(ADDR)1402和端点(ENDP)1403来指定的。此外，如图14B所示，输出数据包1302是由表示数据包类型的PID1404和数据单元1405组成的。如图14C所示，握手包1303是由PID1406组成的，并且表示数据接收是成功还是失败的PID值是指定的。

另一方面，图13所示的令牌间隔n+1的交易为用于将数据从设备单元发送到主机设备的输入交易。在输入交易的情况下，主机设备通过发送令牌包1304Tx来指定允许进行数据发送的设备单元。由令牌包1304指定的设备单元B将输入数据包1305Tx发送给主机设备。当主机设备成功接收输入数据包1305Rx时，返回握手包1306Tx，以完成输入交易。

如上所述，在主机设备和设备单元之间符合USB标准的数据发送/接收是从包含指定作为与主机设备相对应的节点的设备单元的令牌包的发送开始的。

在USB系统中，主机设备通常在给定的时刻而不是以规则的间隔来发送令牌包。因此，不执行交易的设备单元需要保持在允许接收来自主机设备的下一个令牌包的等待状态中。

因此，如图15的时序图所示，特别是在主机设备和特定设备单元之间连续交换数据的情况下，其它设备单元在浪费功率。主机设备在图15的令牌间隔n+1和n+3之间连续地与设备B交换数据；在这一段时间内，不参与和主机设备交换数据的设备单元A和C也接收和解译每一个交易中USB主机发送的令牌包，但是所接收的令牌包不是寻址到设备单元A和C的令牌包，因此设备单元A和C应该保持在等待状态。如上所述，不参与数据交换的其他设备在保持等待状态的同时也需要接收和解译来自主机设备的令牌包，因此浪费了功率。

迄今为止，主机设备和设备单元之间的连接是基于电缆的。采用用于连接主机设备和设备单元之间的物理层的无线接口的新标准(下面将其称为无线USB)处于发展之中。对于这种无线通信，特别需要节省功耗/长期运行。

日本未核专利申请公开No.2002-300175公开了用于节省符合IEEE 802.11b的CSMA系统的无线通信系统中的终端站功耗的技术。具体来说，在从访问点发送数据到终端站时，作为关于直到下一个数据发送到终端站的时间的信息的发送时间被添加到发送数据中。用于接收包括有发送时间的数据的终端站停止操作，直到经过发送时间，并且在经过发送时间之后终端站返回等待状态。

不过，由于USB系统的主机设备响应来自负责USB通信协议的上层的PC的数据发送/接收指令来进行操作，因此主机设备不能预先对用于每一个设备单元的下一个数据发送/接收进行定时。相应地，主机设备不能设定用于每一个设备单元的下一个数据发送/接收时间，并且将该时间通知给每一个设备单元。因此，难以将在日本未核专利公开No.2002-300175中公开的技术应用到USB系统中。

在不相关的交易期间，设备应该接收令牌包，因此除了USB系统之外的其他系统都浪费了功率，更为确切地说，用于在主机设备和多个设备单元之间交换数据的通信系统浪费了功率。与在USB系统中一样，在采用了根据来自主机设备的令牌包来开始主机设备和设备单元之间交易的通信协议的通信系统也存在这一问题。

发明内容

考虑到上述情况，本发明认为在包括有主机设备和多个设备单元并且采用了根据来自主机设备的令牌包来开始主机设备和设备单元之间的数据发送/接收的通信协议的通信系统中，在主机设备和特定设备单元之间连续地执行数据发送/接收的情况下，不参与数据发送/接收的其它设备单元浪费了功率。

根据本发明的一个方面的主机设备响应来自主机设备的令牌包将数据发送到多个设备单元/从多个设备单元接收数据并且执行与设备单元的交易。主机设备包括：包生成器，其在执行与作为对应节点的设备单元的两个或多个连续交易时，生成包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；以及发送器，其将特定令牌包发送到多个设备单元，以开始连续交易。此外，主机设备不会执行与除了作为由特定令牌包指定的对应节点的设备单元之外的设备单元的交易，直到经过了基于被添加到特定令牌包的暂停时间信息确定的时间段为止。

根据本发明的另一个方面的数据发送/接收方法用于主机设备与多个设备单元进行通信。该方法包括：在执行与作为对应节点的设备单元的两个或多个连续交易时，生成包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；在开始与作为对应节点的设备单元的交易时，将特定令牌包发送到多个设备单元；执行与第一设备单元的两个或多个连续交易：以及在经过了基于暂停时间信息确定的时间之后，执行与除了作为对应节点的设备单元之外的设备单元的交易。

根据主机设备和用于主机设备的数据发送/接收方法，不参与连续交易的设备单元可以知道设备单元停留在允许接收令牌包的等待状态中的时间段。从而，不参与连续交易的设备单元可以停止接收令牌包的操作，直到经过该时间段为止，从而节省了功耗。

根据本发明的另一个方面的设备单元将数据发送到主机设备/从主机设备接收数据。该设备单元包括：接收器，其接收从主机设备发送的包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；以及控制器，其基于特定令牌包来控制设备操作，如果特定令牌包中的地址信息指定自己的设备，则控制器执行与主机设备的数据发送/接收，如果特定令牌包中的地址信息不指定自己的设备，则控制器暂停接收器的操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，以在返回时间之后恢复接收器的操作。

根据本发明的另一个方面的数据发送/接收方法用于主机设备与多个设备单元进行通信。该方法包括：从主机设备接收包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；如果特定令牌包中的地址信息指定目标设备，则执行数据发送/接收；并且在经过了基于暂停时间信息确定的时间之后，执行与除了第一设备单元之外的设备单元的交易，并且如果特定令牌包中的地址信息直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止都没有指定目标设备，则暂停与主机设备的数据发送/接收操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，以在返回时间之后恢复数据发送/接收操作。

根据主机设备和用于主机设备的数据发送/接收方法，不参与连续交易的设备单元可以知道设备单元停留在允许接收令牌包的等待状态中的时间段。从而，在主机设备和其他设备单元之间连续地执行数据发送/接收的情况下，根据本发明的设备单元可以节省功耗。

根据本发明的另一个方面的通信系统包括主机设备和多个设备单元。该通信系统响应从主机设备发送的令牌包，开始主机设备和设备单元之间的数据发送/接收。主机设备在连续执行与第一设备单元的多个交易时，将包括有暂停时间信息和多个设备单元中的第一设备单元的地址信息的特定令牌包发送给多个设备单元。接收到特定令牌包的第一设备单元通过多个交易来执行与主机设备的数据发送/接收。除了接收到特定令牌包的第一设备单元之外的多个设备单元停止与主机设备的数据发送/接收操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，并且在返回时间之后恢复数据发送/接收操作。

根据该系统结构，不参与连续交易的设备单元可以知道设备单元停留在允许接收令牌包的等待状态中的时间段，并且可以停止接收令牌包的操作，直到经过该时间段为止，从而节省功耗。

根据本发明，可以提供能够节省功率的设备单元，以及主机设备、通信系统，以及可以执行控制以减少由主机设备和多个设备单元组成的通信系统中的设备单元的功耗的数据发送/接收方法。

附图说明

下面结合附图所进行的讲述将使本发明的上述和其他目的、优势和特征更为清楚，其中：

图1为根据本发明实施例的USB系统的图；

图2A～2D示出了根据本发明实施例的在主机设备和设备单元之间所交换的USB包的例子；

图3为根据本发明实施例的USB系统的数据发送/接收时序的时序图；

图4为根据本发明实施例的设备单元的状态转换图；

图5为根据本发明实施例的主机设备的图；

图6示出了描述符的例子；

图7为根据本发明实施例的主机设备的操作流程图；

图8为示出了根据本发明实施例的设备单元的图；

图9为根据本发明实施例的设备单元的操作流程图；

图10为根据本发明实施例的设备单元的操作流程图；

图11A～11D示出了在根据本发明实施例的主机设备和设备单元之间所交换的USB包的例子；

图12示出了根据本发明实施例的USB系统的数据发送/接收时序；

图13示出了现有USB系统的数据发送/接收时序；

图14A～14C示出了在现有主机设备和设备单元之间所交换的USB包的例子；

图15示出了现有USB系统的数据发送/接收时序；

具体实施方式

现在参考解释性实施例来讲述本发明。本领域的一般技术人员知道，使用本发明的讲述可以完成许多可选的实施例，并且本发明并不限于用于解释性目的的实施例。

下面来讲述与本发明有关的主机设备和设备单元的结构。与本发明有关的主机设备响应来自主机设备的令牌包将数据发送到多个设备单元/从多个设备单元接收数据并且执行与设备单元的交易。主机设备具有包生成器和发送器。包生成器在执行与第一设备单元的两个或多个交易时，生成包括有作为对应节点的第一设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包。发送器将特定令牌包发送到多个设备单元，以开始与第一设备单元的两个或多个交易。此外，主机设备不执行与除了第一设备单元之外的设备单元的交易，直到经过了基于被添加到特定令牌包的暂停时间信息而确定的时间段为止。

与本发明有关的设备单元将数据发送到主机设备/从主机设备接收数据。设备单元具有接收器和控制器。接收器接收从主机设备发送的包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包。控制器基于特定令牌包来控制设备操作。此外，如果特定令牌包中的地址信息指定自己的设备，则控制器执行与主机设备的数据发送/接收，如果特定令牌包中的地址信息不指定自己的设备，则控制器暂停接收器的操作，直到基于暂停时间信息所确定的返回时间，以在返回时间之后恢复接收器的操作。

下面来讲述与本发明有关的主机设备和设备单元的具体结构。

第一实施例

图1示出了根据本发明实施例的USB系统1的结构。USB系统1是由单个主机设备100和多个设备单元110组成。设备单元110的个数并不限于所示的个数。图1的主机设备100和设备单元110之间的连接是基于逻辑总线拓扑结构的，而不是基于物理连接关系。例如，主机设备100和设备单元110可以通过网络集线器或者通过无线USB系统中的无线电来进行连接。

图2A～2D示出了根据本发明实施例的USB系统1中的主机设备100和设备单元110之间交换的USB包的结构。在图2A～2D中，与图14A～14C的现有USB包的组件相同的组件用相同的标号来表示。USB系统1的特点是主机设备100发送两种令牌包，即一般令牌包和特定令牌包。

一般令牌包具有与在开始交易时从现有主机设备发送的令牌包相同的结构。更为确切地说，如图2A所示，一般令牌包由PID1401、地址1402和终点1403组成。另一方面，除了具有一般令牌包的组件之外，特定令牌包还具有一般令牌发送时间(GTT)201。一般令牌发送时间(GTT)201表示当主机设备100下一次发送要由所有设备单元110接收的一般令牌包时的时间。确切地说，如图2B所示，令牌包具有GTT 201、PID 1401、地址1402和终点1403。图2C的数据包和图2D的握手包与图14B和14C的现有USB系统中交换的USB包相同，因此这里省略了对其的讲述。

主机设备100在开始与任何设备单元110的数据发送/接收处理以及在完成带有一个输入交易或输出交易的数据发送/接收处理的情况下，发送与现有令牌包类似的一般令牌包，以开始交易。同时，在发送/接收大量数据时，数据发送/接收处理被分成多个交易，并且如果有必要在特定设备单元110和主机设备之间连续执行多个交易，则发送特定令牌包，以开始交易。

下面参照图3来讲述根据本发明实施例的USB系统的数据发送/接收处理。图3为USB系统1的数据发送/接收时序的时序图。为了便于与现有系统进行比较，示出了与图15的现有USB系统相同的数据发送/接收处理。在图3中，由令牌间隔n，n+1，...定义的每一个处理与一个交易相对应。

令牌间隔n的交易是从一般令牌包301的发送开始的交易，这与现有USB系统的交易是相同的。在令牌间隔n中，首先，主机设备100发送一般输出令牌包301Tx。这里，Tx和Rx表示包传输方向；Tx为发送包，Rx为接收包。继一般输出令牌包301Tx之后，主机设备100发送输出数据包302Tx。接收了输出数据包302Rx的设备单元110A将握手包303Tx发送给主机设备，并且主机设备100接收该握手包，以完成一个输出交易。此时，设备单元110B和110C接收一般输出令牌包301Rx，并且如果判定出自己的设备不是由地址(ADDR)1402指示的，则保持等待状态并且等待下一个令牌包的发送。

另一方面，令牌间隔n+1的交易是从特定令牌包304的发送开始的交易。在令牌间隔n+1中，首先，主机设备100发送特定输入令牌包304Tx。由特定输入令牌包304指定的设备单元110B将输入数据包305Tx发送给主机设备100。当成功地接收到输入数据包305Rx时，主机设备100将握手包306Tx发送给设备单元110B，以完成一个输入交易。此时，设备单元110A和110C接收特定输入令牌包304Rx，并且如果判定出自己的设备不是由地址(ADDR)1402指定的，则转为暂停状态并且保持休息，直到由下一个一般令牌发送时间GTT201指定的一般令牌包313的发送时间。

令牌间隔n+2和n+3的交易为紧接着令牌间隔n+1的交易的与设备单元110B的输入交易。在该时间段期间，只有设备单元110B从主机设备100接收令牌包307Rx和310Rx，以执行交易。注意，在图3中，令牌包307被看作为特定令牌包，令牌包310为一般令牌包。原因如下。

通过将令牌包307设定为特定令牌包，即使一些设备单元110不能接收第一特定令牌包304Rx，设备单元也可以根据特定令牌包307Rx的第二接收来有利地转到暂停状态。

此外，由于令牌包310为与设备单元110B的连续输入交易的最后交易输出，因此即使设备单元根据令牌包310Rx的接收而转为暂停状态，设备也应该立刻返回到接收状态。相应地，设备单元根据令牌包310的接收而转为暂停状态几乎没有限制，因此令牌包310被设定为一般令牌包。

令牌包307和310可以都是特定令牌包或一般令牌包。通过将主机设备100和设备单元110B之间的连续交易(令牌间隔n+1～n+3)的至少第一个令牌包304设定为特定令牌包，不参与交易的设备单元110A和110C可以转为暂停状态。

图3示出了其中令牌间隔n+1～n+3的连续交易为输入交易的情况。同样地，在连续执行与特定设备单元110的输出交易的情况下，发送特定输出令牌包，以将不参与数据交换的设备单元110转为暂停状态。

最后，令牌间隔n+4的交易为在完成令牌间隔n+1～n+3的连续交易之后执行的一般交易，因此执行与令牌间隔n的交易相同的处理。更为确切地说，当主机设备100发送一般输入令牌包313Tx时，所有的设备单元110A～110C接收令牌包，并且由一般输入令牌包313的地址(ADDR)1402指定的设备单元110C发送输入数据包314Tx。另一方面，如果设备单元110A和110B确定自己的设备不是由一般输入令牌包313的地址(ADDR)1402指定的，则停留在等待状态并且等待下一个令牌包的发送。

这样，在根据本实施例的USB系统1中，主机设备100发送两种令牌包，即一般令牌包和特定令牌包。此外，接收到不指向自己设备的特定令牌包的设备单元110转为暂停状态。因此，在连续执行主机设备100和特定设备单元110之间的交易的情况下，不参与连续交易的设备单元110可以转为暂停状态，以减少在令牌包等待期间的功耗。

此外，在根据本实施例的USB系统1中，主机设备100使用特定令牌包来通知不参与连续交易的所有设备单元所共用的暂停时间信息。因此，主机设备100判定用于每一个设备单元110的下一个数据发送时间，并且即使在难以估计下一个数据发送时间和将该时间通知给每一个设备单元110的USB系统中，不参与连续交易的设备单元可以转为暂停状态，以节省功耗。

接下来参照图4的状态转换图，来讲述设备单110的状态转换。设备单元110在等待状态401、交易执行状态402和暂停状态403之间进行转变。这里，等待状态401为能够从主机设备100接收一般令牌包或特定令牌包的状态。交易执行状态402为执行诸如与主机设备100的输入交易和输出交易等交易的状态。暂停状态403为既不接收也不确定来自主机设备100的令牌包的状态，并且负责这些处理的部件都进入暂停状态，从而防止浪费功耗并且能够节省功耗。

处于等待状态401的设备单元110确定当接收一般令牌包或特定令牌包时，令牌包的地址(ADDR)1402是否指定自己的设备。如果确定结果显示接收的令牌包为指向自己设备的一般令牌包或特定令牌包，则设备单元转为交易执行状态402(S411)。另一方面，如果接收的令牌包为不指向自己设备的一般令牌包，则设备单元停留在等待状态401中，以等待接收下一个令牌包(S412)。另外，如果接收的令牌包为不指向自己设备的特定令牌包，则设备单元转为暂停状态403(S413)。

处于交易执行状态402中的设备单元110在完成交易的执行时再次转为等待状态(S414)。处于暂停状态403的设备单元110不接收和解译令牌包，并且最迟到由一般令牌发送时间(GTT)201指定的时间过去为止，其转为等待状态402。

如上所述，设备单元110响应不指向自己设备的特定令牌包的接收，转为暂停状态403，从而减少了等待接收令牌包所需的功率。

随后，依次来讲述根据本实施例的主机设备100和设备单元110的结构和操作。图5为主机设备100的图。图5示出了无线USB兼容主机设备100，其采用用于与设备单元110相连的物理层的无线接口并且用于传输USB包。

主控制器101获取通过上层处理器50产生的描述符，并且基于获取的描述符控制数据缓冲器102、包处理器103和MAC单元104。在完成由描述符指示的处理时，主控制器101将处理结果通知给上层处理器50。这里，上层处理器50与USB通信协议的上层相对应，通常，是包括有用于主机设备的驱动器软件的PC。描述符是关于将数据发送到设备单元110/从设备单元110接收数据的信息。图6示出了描述符的例子。

图6的描述符60包括输入/输出类型61、设备单元地址62、数据长度63、数据存储位置指针64和处理完成标志65。输入/输出类型61为识别信息，用于表示由描述符60指定的数据交换是从设备单元110的数据接收(输入)还是向设备单元110的数据发送(输出)。设备单元地址62表示作为数据发送/接收目的地的设备单元110的地址信息。数据长度63表示发送/接收数据大小。数据存储位置指针64表示关于上层处理器50中的存储器(未示出)的位置信息，并且对于数据接收，是指表示接收数据的位置的指针值，或者对于数据发送，是指表示发送数据的位置的指针值。处理完成标志65是表示完成了由描述符表示的数据发送/接收处理的标记信息，并且用于主控制器101，以将处理完成通知给上层处理器50。

返回来参照图5，数据缓冲器102是用于存储从上层处理器50(未示出)中的存储器读出的发送数据并且存储来自设备单元110的接收数据的缓冲存储器。包处理器103组成发送USB包并且分解接收USB包。MAC(介质访问控制)单元104是用于发送USB包的处理器，它将包括有作为目的地的设备单元110的MAC地址的MAC头添加到通过包处理器103创建的发送USB包。并且MAC单元104将得到的包输出到PHY单元105。相反，MAC单元104将从PHY单元105接收的数据去除MAC头，以将USB包输出到包处理器103。PHY单元105是用于通过无线电执行数据发送/接收的处理器，将来自MAC单元104的发送数据发送到设备单元110，并且将从设备单元110接收的数据输出到MAC单104。应用到MAC单元104和PHY单元105的是符合诸如IEEE802.11等无线LAN标准或诸如正处于考虑之中的IEEE802.15.1、IEEE802.15.3、IEEE802.15.4和IEEE802.15.3a等无线PAN(个人区域网络)标准的无线通信技术。

接下来参照图7来讲述主机设备100的操作。图7为主控制器101的处理流程的流程图。在步骤S701中，主控制器101从上层处理器50获取描述符60。在步骤S702中，主控制器101确定获取的描述符60表示数据接收处理(输入处理)还是数据发送处理(输出处理)。当描述符60表示输入处理时，主控制器101基于描述符60的数据长度63计算所必需的输入交易个数M(步骤S703)。

在步骤S704中，主控制器101指示包处理器103以创建输入令牌包。进而，如果在步骤S703中计算的交易个数为2或者更多(步骤S705)，则主控制器101指示包处理器103将一般令牌包发送时间(GTT)201添加到创建的输入令牌包(步骤S706)。关于一般令牌包发送时间(GTT)的计算，主控制器101可以基于接收数据长度来确定时间。因此，产生了特定令牌包。

在步骤S707中，主控制器101指示MAC单元104发送通过包处理器103创建的输入令牌包。指示的MAC单元104将MAC头添加到输入令牌包，并且输出到PHY单元105。PHY单元105将输入令牌包发送给设备单元110。

在步骤S708中，主控制器101指示MAC单元104等待接收输入数据包。当从设备单元110接收输入数据包时，MAC单元104去除MAC头，以将其输出到包处理器103。在步骤S709中，主控制器101指示包处理器103分解从MAC单元104接收的输入数据包。包处理器103将从输入数据包提取的数据存储在数据缓冲器102中。在步骤S710中，主控制器101将存储在数据缓冲器102中的接收数据传输到由描述符60的数据位置指针64指示的位置。

在步骤S711中，当完成步骤S706～710中的交易时，输入交易的个数M减小1。在步骤S712中，基于输入交易的个数M是否到达零，来确定所有的输入交易是否完成。如果完成了所有的输入交易，设定描述符60中的处理完成标志65以将描述符60写回到上层处理器50中的存储器(未示出)(步骤S713)。进而，如果所有的输入交易还没有完成，则处理返回到步骤S704，以指示包处理器103创建输入交易的输入令牌包。

另一方面，在步骤S702的确定中，如果描述符60表示输出处理，则执行步骤S714～S723的处理。在步骤S714中，主控制器101基于描述符60的数据长度63来计算输出交易的所需个数M。在步骤S715中，主控制器101指示包处理器103创建输出令牌包。进而，如果在步骤S714中计算的交易个数为两个或更多(步骤S716)，则指示包处理器103将一般令牌包发送时间(GTT)201添加到产生的输出令牌包(步骤S717)。关于一般令牌包发送时间(GTT)的计算，主控制器101可以基于发送数据长度来确定该时间。因此，产生了特定令牌包。

在步骤S718中，主控制器101指示MAC单元104发送通过包处理器103创建的输出令牌包。指示的MAC单元104将MAC头添加到输出令牌包，以将其输出到PHY单元105，并且PHY单元105将输出令牌包发送给设备单元110。

在步骤S719中，主控制器101参考描述符60的数据位置指针64，以从上层处理器50的存储器(未示出)获取发送数据，并且将获取的数据存储在数据缓冲器102中。在步骤S720中，主控制器101指示包处理器103来组成输出数据包。包处理器103从数据缓冲器102读取发送数据，以创建输出数据包。在步骤S721中，主控制器101指示MAC单元104发送通过包处理器103创建的输出数据包。指示的MAC单元104将MAC头添加到输出数据包，以将其输出到PHY单元105，并且PHY单元105将输出数据包发送给设备单元110。

在步骤S722中，当完成步骤S715～721中的交易时，输出交易的个数M减小1。在步骤S723中，基于输出交易的个数M是否变为零，来确定所有的输出交易是否完成。在完成了所有的输出交易之后，设定描述符60的处理完成标志65以将描述符60写回到上层处理器50中的存储器(未示出)(步骤S713)。进而，当所有的输出交易还没有完成时，处理返回到步骤S715，以指示包处理器103创建下一个输出交易的输出令牌包。

通过主机设备100的上述结构和操作，在连续执行与特定设备单元的交易的情况下，主机设备100创建添加有GTT的特定令牌包，以将其输出到设备单元110。因此，不参与连续交易的设备单元110可以响应特定令牌包，转为暂停状态，从而节省了功耗。

接下来讲述设备单元110的结构和操作。图8示出了设备单元110的结构例子。图8示出了采用了用于与主机设备100相连的物理层的无线接口的无线USB兼容设备单元110并且用于传输USB包。设备控制器111响应来自上层处理器80的数据发送/接收请求，来控制数据缓冲器112、包处理器113和MAC单元114。这里，上层处理器80与USB通信协议的上层相对应，例如诸如打印机等PC的外围设备、诸如HDD或DVD驱动器的外部存储设备、显示器和通信调制解调器等。

数据缓冲器112是用于存储来自上层处理器80的发送数据和来自主机设备100的接收数据的缓冲存储器。包处理器113组成发送USB包并且分解接收USB包。MAC(介质访问控制)单元114是用于发送USB包的处理器，以将包括有主机设备100的MAC地址的MAC头添加到通过包处理器113创建的发送USB包，以将其输出到PHY单元115。相反，MAC单元114将从PHY单元115输入的数据去除MAC头，以将USB包发送到包处理器113。PHY单元115是用于通过无线电进行数据发送/接收的处理器，以将发送数据从MAC单元114发送到主机设备100，并将从主机设备100接收的数据发送到MAC单元114。与主机设备100相类似，应用到MAC单元114和PHY单元115的是符合诸如IEEE802.11等无线LAN标准或诸如正处于考虑之中的IEEE802.15.1、IEEE802.15.3、IEEE802.15.4和IEEE802.15.3a等无线PAN(个人区域网络)标准的无线通信技术。

接下来参照图9和10来讲述设备单元110的操作。图9为流程图，示出了设备单元110的整个操作，并且图10示出了作为通过设备单元110执行的交易例子的输出交易的操作流程。

在步骤S901中，设备控制器111将包处理器113、MAC单元114和PHY单元115设定成允许接收令牌包的等待状态。当处于等待状态的MAC单元114和PHY单元115接收USB包(步骤S902)时，MAC单元114将接收包输出到包处理器113，并且包处理器113对接收包进行分解(步骤S903)。

在步骤S904中，设备控制器111确定接收包是否为令牌包，如果接收包不是令牌包，则指示包处理器113丢弃接收包(步骤S905)，并且将MAC单元114和PHY单元115保持在等待状态。另一方面，如果接收包为令牌包，则设备控制器111进一步确定令牌包地址(ADDR)1402是否指示自己的设备(步骤S906)。

如果接收的令牌包被确定为指向自己的设备，则设备控制器111执行指示的交易(步骤S907)。如果确定接收的令牌包不是指向自己的设备，则控制器进一步确定接收的令牌包是否添加有一般令牌发送时间(GTT)(步骤S908)。如果没有添加一般令牌发送时间(GTT)，则接收的令牌包为一般令牌包，因此设备控制器111将MAC单元114和PHY单元115保持在等待状态。

另一方面，如果添加了一般令牌发送时间(GTT)，则接收的令牌包为特定令牌包，因此设备控制器111将包处理器113、MAC单元114和PHY单元115变成暂停状态，从而不能进行无线电数据的发送/接收(步骤S909)。设备控制器111在基于一般令牌发送时间(GTT)设定的返回到等待状态的时间，将处理返回到步骤S901，以将包处理器113、MAC单元114和PHY单元115设定为等待状态(步骤S910)。

现在，参照图10来讲述作为在步骤S907中执行的交易例子的输出交易的处理流程。首先，在步骤S1001中，MAC单元114将从主机设备100接收的输出数据包中去除MAC头，并且将得到的数据输出到包处理器113。在步骤S1002中，设备控制器111指示包处理器113分解通过MAC单元114接收的输出数据包。包处理器113将从输出数据包中提取的数据存储在数据缓冲器112中。

在步骤S1003中，设备控制器111指示包处理器113创建握手包。在步骤S1004中，设备控制器111指示MAC单元114发送通过包处理器113创建的握手包。指示的MAC单元114将MAC头添加到握手包，以将其输出到PHY单元115，并且PHY单元115将握手包发送到主机设备100。

在步骤S1005中，设备控制器111指示数据缓冲器102将从主机设备100接收的数据输出到上层控制器80。

通过设备单元110的上述结构和操作，设备单元110可以响应从主机设备100发送的不指向自己设备的特定令牌包而转为暂停状态。

在将诸如IEEE802.15.3或IEEE802.15.4等无线电通信技术应用到主机设备100的MAC单元104和PHY单元105以及设备单元110的MAC单元114和PHY单元115的情况下，还可以执行以下操作。

在IEEE802.15.3或IEEE802.15.4中，采用了称为超级帧的帧结构。例如，IEEE802.15.3的超级帧是自信标(beacon)开始的，并且一直到下一个信标(信标间隔)的时间段被分成CAP(竞争访问周期)和CTAP(信道时间分配周期)为止。CAP在所有IEEE802.15.3设备(也就是包括根据本发明的主机设备100和设备单元110在内的采用了IEEE802.15.3的所有设备)中是共享的，以允许从所有IEEE802.15.3设备进行访问。另一方面，CTAP是特定IEEE802.15.3设备(例如，根据本发明的主机设备100和设备单元110)可以排它地进行访问的周期。在CAP中，执行基于CSMA/CA(带有避免冲突的载波侦听多路存取)的介质访问控制，而在CTAP中，执行基于TDMA(时分多址)的介质访问控制。

在根据本实施例的USB系统1中，主机设备100完全控制多个设备单元110的发送时间。因此，在将与上述IEEE802.15.3技术类似的采用了两种类型的介质访问控制即CSMA/CA和TDMA的无线电通信技术应用到主机设备100和多个设备单元110之间的数据交换的情况下，原则上通过CTAP中为无线USB分配的时隙(CTA：信道时间分配)来执行以一般令牌包开始的一般交易。

另一方面，对于以特定令牌包开始的交易，在CAP周期比由无线USB分配的时隙(CTA)长的情况下，可以切换介质访问控制方法，以在CAP周期内执行数据交换。进而，除了在CTAP中分配的时隙(CTA)之外，也可以在CAP中执行数据交换，也就是说，可以基于多个介质访问控制方法来执行数据交换。因此，如果需要数据交换周期比基于时隙(CTA)分配的周期长，则可以实现在短时间内处理连续交易中的大量数据的有利效果。

如果可以将两个或更多介质访问控制方法应用到主机设备100的MAC单元104和PHY单元105以及设备单元110的MAC单元114和PHY单元115，而不管无线通信系统是否为IEEE802.15.3，则将用作基本方法的介质访问控制方法被切换到用于与特定设备进行通信的另一个介质访问控制方法，由此能够得到上述效果。更为确切地说，当执行以特定令牌包开始的连续交易时，将在一般交易期间使用的介质访问控制方法切换到另一个介质访问控制方法。

切换操作可以执行如下。例如，讲述主机设备100的MAC单元104和PHY单元105可以采用两种类型的介质访问控制方法即TDMA和CSMA/CA的情况。当主机设备100执行连续输出交易(在图7中，交易的个数M为2或者更多)，主控制器101在步骤S721中指示MAC单元104发送输出数据包时，可以指示介质访问控制方法从TDMA切换到CSMA/CA。

第二实施例

根据本发明第二实施例的USB系统2包括主机设备200和多个设备单元210。USB系统2中的主机设备200和设备单元210之间的逻辑连接形式与根据图1所示的第一实施例的USB系统1是相同的。主机设备200和设备单元210之间交换的USB包的结构如图11A～11D所示。在图11A～11D中，与根据第一实施例的USB系统1中交换的USB包相同的组件用相同的标号来表示。USB系统2中使用的USB包和USB系统1中使用的USB包的不同之处在于特定令牌包添加有特定设备地址SD1101。

特定设备地址SD1101是用于指定执行与主机设备的连续交易的设备单元(之后将其称为“特定设备”)的地址。在第一实施例中，特定设备是使用现有令牌包中的地址(ADDR)1402来指定的。不过，除了地址(ADDR)1402之外，还使用添加有特定设备地址SD1101的特定令牌包，这意味着通过这种方法来越来越多地减小功耗。下面参照图12的时序图对此进行讨论。

图12为USB系统2中的数据发送/接收时序的时序图。在图12中，为了便于与根据第一实施例的USB系统1进行比较，示出了与图3中的USB系统1的时序图中相同的数据发送/接收处理。同样在图12中，在令牌间隔n、n+1，...期间的处理对应于与图3相类似的一个交易。

在USB系统2中，在令牌间隔n+1～n+3中与设备单元210B进行连续交易之前，在令牌间隔n期间发出特定令牌包1201。在这种情况下，作为在令牌间隔n期间交易的对应节点的设备单元210A的地址被指定为特定令牌包1201的地址(ADDR)1402，作为在接着的令牌间隔n+1～n+3期间连续交易的对应节点的设备单元210B的地址被指定为特定设备地址SD1101。进而，在一般令牌发送时间GTT201中，指定与令牌间隔n+4相对应的一般令牌1213的发送时间。

下面来讲述在发送特定令牌包1201时设备单元210A～210C的操作。设备单元210A的地址被指定为特定令牌包1201的地址(ADDR)1402，因此设备单元210A转为交易执行状态，以在令牌间隔n期间执行交易。另一方面，其地址不被指定为特定设备地址SD1101，因此在令牌间隔n期间完成交易之后，设备单元210A转为暂停状态。

设备单元210B的地址没有被指定为特定令牌包1201的地址(ADDR)1402，而被指定为特定设备地址SD1101。因此，设备单元210B停留在等待状态中并且等待接收下一个令牌包1204。

设备单元210C的地址没有被指定为特定令牌包1201的地址(ADDR)1402，也没有被指定为特定设备地址SD1101。因此，设备单元210C确定自己的设备不是在令牌间隔n期间的交易和随后的连续交易(令牌间隔n+1～n+3)的对应节点，因此在接收到特定令牌包1201之后转为暂停状态。

在示出了本发明第一实施例的图3的时序图中，设备单元110C不能转为暂停状态，直到接收到在作为与设备单元110B进行连续交易的头的令牌间隔n+1期间发送的特定令牌包304为止。相反，在根据本实施例的USB系统2中，用于接收在随后令牌间隔n期间发送的特定包1201的设备单元210C可以很快转为暂停状态。因此，USB系统2的设备单元比根据第一实施例的USB系统1消耗的功率小。

为了在令牌间隔n+1和随后间隔期间的连续交易之前的令牌间隔n期间发送添加有特定设备地址SD和一般令牌发送时间GTT的特定令牌包，在从上层设备50接收描述符时，主机设备200的主控制器201可以获取多个描述符，例如两个描述符。

更为确切地说，获取两个描述符的主控制器201计算数据发送/接收所需的交易个数，这是基于各个描述符来指定的。即使对于前一个交易的交易个数为1，只要对于随后交易的交易个数为2或更多，则主控制器201计算一般令牌发送时间GTT，并且指示主机设备200的包处理器203添加一般令牌发送时间GTT和特定设备地址SD。

此外，与第一实施例类似，在USB系统2中，当执行以特定令牌包开始的连续交易时，可以使用与以一般令牌包开始的一般交易中使用的方法不同的介质访问控制方法。因此，可以在短时间内发送/接收连续交易中的大量数据。

在以上对第一和第二实施例的讲述中，将表示要发送到所有设备单元110或210的一般令牌包的下一个发送时间的一般令牌发送时间(GTT)201添加到特定令牌包。不过，可以将与特定设备的连续交易的完成预期时间添加到特定令牌包。该完成预期时间可以基于主机设备100或200的描述符60中指定的数据长度63来计算的。此外，如果主机设备和设备单元在时间上不同步，则主机设备100或200可以添加直到要发送到所有设备单元110或210的一般令牌包的下一个发送的时间间隔，或者可以添加与特定设备的连续交易的执行时间段。简而言之，添加到特定包的暂停时间信息可以为任意信息，接收不指向自己设备的特定令牌包的设备单元110或210从该任意信息可以知道用于转为等待状态的下一个时刻。

此外，本发明可应用到不同于本发明第一和第二实施例中所述的USB系统的其他系统。确切地说，本发明可应用到在主机设备和多个设备单元之间交换数据的通信系统，它采用了响应来自主机设备的令牌包来开始主机设备和设备单元之间的数据交换的通信协议。

很明显，本发明不限于上述实施例，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下对其进行修改和改变。

Claims (22)

1.一种主机设备，其响应来自主机设备的令牌包将数据发送到多个设备单元和从多个设备单元接收数据，并且所述主机设备执行与多个设备单元的交易，该主机设备包括：

包生成器，其在执行与作为对应节点的设备单元的两个或多个连续交易时，生成包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；以及

发送器，其将特定令牌包发送到多个设备单元，以开始连续交易，其中，

主机设备只执行与由特定令牌包指定的对应节点的交易，直到经过了基于被添加到特定令牌包的暂停时间信息而确定的时间段为止。

2.如权利要求1所述的主机设备，其中暂停时间信息是基于与作为对应节点的设备单元的连续交易的预期执行时间来得到的。

3.如权利要求1所述的主机设备，其中发送器包括介质访问控制单元，其在执行以特定令牌包开始的连续交易时，使用第一介质访问控制方法来执行数据发送和接收，并且在执行不同于连续交易的交易时，使用不同于第一介质访问控制方法的第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

4.如权利要求1所述的主机设备，其中发送器包括介质访问控制单元，该介质访问控制单元在执行以特定令牌包开始的连续交易时，使用第一介质访问控制方法和不同于第一介质访问控制方法的第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收，并且在执行不同于以特定令牌包开始的连续交易的交易时，使用第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

5.如权利要求1所述的主机设备，其中发送器通过无线电执行与多个设备单元的数据发送和接收。

6.一种主机设备，其响应来自主机设备的令牌包将数据发送到多个设备单元和从多个设备单元接收数据，并且所述主机设备执行与多个设备单元的交易，该主机设备包括：

包生成器，其在与第一设备单元的第一交易之后执行与第二设备单元的多个连续交易时，生成包括有第一设备单元的地址信息、第二设备单元的地址信息和暂停时间信息在内的特定令牌包；以及

发送器，其将特定令牌包发送到多个设备单元，以开始第一交易，

主机设备不执行与除了第一设备单元和第二设备单元之外的设备单元的交易，直到经过了基于被添加到特定令牌包的暂停时间信息确定的时间段为止。

7.如权利要求6所述的主机设备，其中暂停时间信息是从与第一设备单元和第二设备单元的连续交易的预期执行时间得到的。

8.如权利要求6所述的主机设备，其中发送器包括介质访问控制单元，其在执行第一交易时使用第一介质访问控制方法来执行数据发送和接收，并且在执行第二交易时使用第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

9.如权利要求8所述的主机设备，其中介质访问控制单元在执行第二交易时，不仅使用第一介质访问控制方法，还使用第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

10.一种设备单元，其将数据发送到主机设备和从主机设备接收数据，该设备单元包括：

接收器，其接收从主机设备发送的包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；以及

控制器，其基于特定令牌包来控制所述设备单元的操作，如果特定令牌包中的地址信息指定自己的设备，则控制器执行所述设备单元与主机设备之间的数据发送和接收，如果特定令牌包中的地址信息不指定自己的设备，则控制器暂停接收器的操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，以在返回时间之后恢复接收器的操作。

11.如权利要求10所述的设备单元，其中特定令牌包包括作为地址信息的用于指定第一交易的对应节点的第一地址信息和用于指定紧接着第一交易的第二交易的对应节点的第二地址信息，并且

如果特定令牌包中的第一地址信息指定自己的设备，则控制器执行所述设备单元与主机设备之间的第一交易，如果特定令牌包中的第二地址信息指定自己的设备，则控制器执行所述设备单元与主机设备之间的第二交易，并且如果特定令牌包中的第一地址信息和第二地址信息都没有指定自己的设备，则控制器暂停接收器的操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，以恢复接收器的操作。

12.一种通信系统，包括：主机设备；以及多个设备单元，该通信系统响应从主机设备发出的令牌包，开始主机设备和设备单元之间的数据发送和接收；主机设备在连续执行与第一设备单元的多个交易时，将包括有暂停时间信息和多个设备单元中的第一设备单元的地址信息的特定令牌包发送给多个设备单元，接收到特定令牌包的第一设备单元通过多个交易来执行与主机设备的数据发送和接收，并且除了接收到特定令牌包的第一设备单元之外的多个设备单元停止与主机设备的数据发送和接收操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，并且在返回时间之后恢复数据发送和接收操作。

13.如权利要求12所述的通信系统，其中主机设备基于与作为对应节点的第一设备单元的连续交易的执行时间得到暂停时间信息。

14.一种数据发送和接收方法，用于主机设备与多个设备单元进行通信，该方法包括：

在执行与作为对应节点的设备单元的两个或多个连续交易时，生成包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；

在与第一设备单元的交易开始时，将特定令牌包发送到多个设备单元；

执行与作为对应节点的设备单元的两个或多个交易；以及

在经过了基于暂停时间信息确定的时间之后，执行与除了作为对应节点的设备单元之外的设备单元的交易。

15.如权利要求14所述的数据发送和接收方法，其中在执行以特定令牌包开始的连续交易时，使用第一介质访问控制方法来执行数据发送和接收，并且在执行除了以特定令牌包开始的连续交易之外的交易时，使用不同于第一介质访问控制方法的第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

16.如权利要求14所述的数据发送和接收方法，其中在执行以特定令牌包开始的连续交易时，使用第一介质访问控制方法和不同于第一介质访问控制方法的第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收，并且在执行除了以特定令牌包开始的连续交易之外的交易时，使用第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

17.一种数据发送和接收方法，用于主机设备与多个设备单元进行通信，

在紧接着与第一设备单元的第一交易执行与第二设备单元的多个连续交易时，生成包括有从第一交易和与第二设备单元的连续交易的执行时间得到的暂停时间信息以及第一设备单元和第二设备单元的地址信息的特定令牌包；

在开始第一交易时，将特定令牌包发送到多个设备单元；

执行与第一设备单元的第一交易；

执行与第二设备单元的连续交易；以及

在经过了基于暂停时间信息确定的时间之后，执行与除了第一设备单元和第二设备单元之外的设备单元的交易。

18.如权利要求17所述的数据发送和接收方法，其中在执行第一交易时，使用第一介质访问控制方法来执行数据发送和接收，并且在执行与第二设备单元的连续交易时，使用第二介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

19.如权利要求18所述的数据发送和接收方法，其中在执行第二交易时，不仅使用第二介质访问控制方法，还使用第一介质访问控制方法来执行数据发送和接收。

20.一种数据发送和接收方法，用于主机设备与多个设备单元进行通信，

从主机设备接收包括有作为对应节点的设备单元的地址信息和暂停时间信息的特定令牌包；

如果特定令牌包中的地址信息指定目标设备单元，则执行数据发送和接收；以及

在经过了基于暂停时间信息确定的时间之后，执行与除了第一设备单元之外的设备单元的交易，并且如果特定令牌包中的地址信息直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止都没有指定目标设备单元，则暂停与主机设备的数据发送和接收操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，以在返回时间之后恢复数据发送和接收操作。

21.如权利要求20所述的数据发送和接收方法，其中令牌包包括作为地址信息的用于指定作为第一交易的对应节点的设备单元的第一地址信息和用于指定作为紧接着第一交易的第二交易的对应节点的设备单元的第二地址信息，

如果特定令牌包中的第一地址信息和第二地址信息中的至少一个指定目标设备单元，则目标设备单元相应地执行与主机设备的第一交易和第二交易中的至少一个，并且

如果第一地址信息和第二地址信息都没有指定目标设备单元，则停止接收操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，以在返回时间之后恢复接收操作。

22.一种数据发送和接收方法，用在包括有主机设备和多个设备单元的通信系统中，并且响应从主机设备发出的令牌包，来开始主机设备和多个设备单元之间的数据发送和接收，该方法包括：

在执行与第一设备的多个连续交易时，使主机设备将包括有多个设备单元中的第一设备单元的地址信息以及从多个连续交易的执行时间得到的暂停时间信息的令牌包发送到多个设备单元；

使第一设备接收令牌包，以通过多个交易来执行与主机设备的数据发送和接收；并且

使除了第一设备单元之外的多个设备单元接收令牌包，以停止与主机设备的数据发送和接收操作，直到基于暂停时间信息确定的返回时间为止，并且在返回时间之后恢复与主机设备的数据发送和接收操作。

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