CN101378355B - 仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置 - Google Patents

仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置。在无线装置中，工作于第一协议的第一模块以及工作于第二协议的第二模块共享一个通信信道。仲裁电路调度其媒体存取，其中配额表根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新，时间计数器周期性的将利用值重设为默认值。当仲裁电路接收用于特定传输类型的媒体存取的请求时，仲裁电路根据利用值允许请求，使得第一模块或第二模块不会同时活动。本发明结合了传统的优先级控制以及新颖的配额管理，形成了混合控制机制，可以有效防止共享一个通信信道的不同协议的媒体存取之间的干扰。

Description

仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置
技术领域
本发明是关于封包传输仲裁，特别是关于，用于同时包含无线局域网(wireless local area network，以下简称为WLAN)模块以及蓝牙模块的装置上的基于配额(quota)的传输管理方法，具体来说是关于一种仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置。
背景技术
一般来说，当使用不同协议的多个站点共享一个共同的通信信道(例如，无线射频频带或有线电缆连接)，需要有附加的程序来仲裁这些站点之间的封包传输。以下以在共同的系统中的WLAN模块以及蓝牙模块为例进行说明以及解释。
请参考图1，传统的无线装置100同时包含WLAN模块110以及蓝牙模块120。根据预定的标准，WLAN模块110以及蓝牙模块120都工作于同一频带，即2.4GHz的频带，因此，相互之间会引起物理上的干扰。一般来说，可以使用电气电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，以下简称为IEEE)802.15.2封包传输仲裁(packet traffic arbitration，以下简称为PTA)来降低此物理上的干扰，因此，WLAN模块110以及蓝牙模块120分别在其专有的时间段工作。PTA机制主要是一个基于优先级的控制系统。请参考图1，仲裁电路130耦接于WLAN模块110以及蓝牙模块120，接收来自于WLAN模块110以及蓝牙模块120的请求#RQ，以及根据请求#RQ的优先级来允许WLAN模块110或蓝牙模块120执行射频活动(例如，媒体存取)。媒体存取工作包括数据传输或数据接收或同时包含数据传输以及数据接收。
请参考图2a，优先级表格200定义了不同传输类型的优先级。一般来说，传输类型被分为三种类型，蓝牙(Bluetooth，以下简称为BT)同步面向连接(synchronous connection oriented，以下简称为SCO)传输，BT异步无连接(asynchronous connectionless，以下简称为ACL)传输以及IEEE802.11WLAN传输。IEEE802.11 WLAN传输具有中等优先级，而BT SCO传输具有最高优先级，BT ACL传输具有最低优先级。需要注意的是优先级表格200只是一个范例，设计者可以根据设计需要，为WLAN模块以及蓝牙模块共存的系统定义关于不同传输类型的优先级。当一个模块发出具有较高优先级的请求#RQ时，另一模块的具有较低优先级的传输将立即被暂停，图2b为一个范例的流程图。
请参考图2b，图2b为根据图2a所示的传统的优先级控制的流程图。在步骤201中，仲裁电路130接收WLAN模块110或蓝牙模块120发出的一个请求#RQ，且其优先级可以通过优先级表格200查找。在步骤203中，仲裁电路130会检查目前在另一模块中是否有较高优先级的传输在进行。例如，如果是由WLAN模块110发出请求#RQ，则会检查蓝牙模块120，反之亦然。如果步骤203的检查结果是肯定的，在步骤209中，目前请求#RQ会被拒绝。相反的，如果另一模块中的所有较高优先级的传输均未活动，请求#RQ将被允许，流程进行至步骤205。在步骤205中，另一模块中具有较低优先级的传输被无条件的暂停。例如，当WLAN模块110发出IEEE802.11的请求#RQ，检查蓝牙模块120中BT SCO传输是否在进行。只有当BT SCO传输未活动时，IEEE802.11的请求#RQ才会被允许，任何具有较低优先级的传输(例如，蓝牙模块120上的BT ACL)将被强制暂停，IEEE802.11传输被允许进行。在步骤207中，只有当另一模块中较低优先级的传输被暂停，通过发送使能信号#EN到发出请求#RQ的模块，相应于已被允许的请求#RQ的传输才会启动。步骤207以及步骤209结束后，执行步骤211，流程结束。
总的来说，具有最高优先级的请求#RQ(例如BT SCO)将被无条件的允许，以中断IEEE802.11的射频活动。另一方面，具有较低优先级的请求#RQ(例如BT ACL)只有当IEEE802.11的传输未活动时才会被允许，且当存取媒体时，总是会被较高优先级请求#RQ中断。换句话说，当有较高优先级的传输存在时，较低优先级的传输可能不会有效地完成，且媒体存取的请求被无条件中断的过程会明显增加媒体存取的失败。因此，需要一种多站点共享一共同通道传输的仲裁的增强控制方法。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置。
本发明提供了一种仲裁电路，用于调度共享一个通信信道的第一模块以及第二模块的传输以分别执行第一协议以及第二协议的媒体存取，其中第一模块以及第二模块共同位于一个系统中，仲裁电路包含：配额表，用于根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新；以及时间计数器，用以周期性的将利用值重设为默认值；其中，当仲裁电路接收用于特定传输类型的媒体存取的请求时，仲裁电路根据利用值判断是否允许该请求，以及如果该请求被允许，允许发送该请求的第一模块或第二模块启动特定传输类型的媒体存取。
本发明提供了一种仲裁方法，用于包含第一模块以及第二模块的系统，以调度第一模块以及第二模块的传输，其中第一模块以及第二模块共享一个通信信道，以分别执行第一协议以及第二协议的媒体存取，仲裁方法包含：提供配额表，用以根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新；接收第一模块第二模块发出的特定传输类型的媒体存取的请求；以及根据利用值，决定是否允许特定传输类型的媒体存取的请求。
本发明提供了一种具有仲裁电路的无线装置，包含：第一模块，根据第一协议而工作；第二模块，根据第二协议而工作，并与第一模块共享一个通信信道；以及仲裁电路，耦接于第一模块以及第二模块，以调度第一模块以及第二模块的传输，其中仲裁电路包括：配额表，用于根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新；以及时间计数器，周期性的将利用值重设为默认值；其中，当仲裁电路接收用于特定传输类型的媒体存取的请求时，该仲裁电路根据利用值允许该请求，使得发送该请求的第一模块或第二模块启动特定传输类型的媒体存取。
本发明提供的仲裁电路及其方法以及使用该仲裁电路的无线装置，通过使用配额表来更新利用值，以及根据利用值来决定是否允许媒体存取的请求。结合了传统的优先级控制以及新颖的配额管理，形成了混合控制机制，可以有效防止共享一个通信信道的不同协议的媒体存取之间的干扰。
附图说明
图1为同时包含WLAN模块以及蓝牙模块的传统的无线装置的示意图。
图2a为定义不同传输类型优先级的优先级表格的示意图。
图2b为传统的传输管理的流程图。
图3为根据本发明一实施例的无线装置的方框图。
图4为应用于图3的无线装置的仲裁方法的流程图。
具体实施方式
对于包含两个模块共享一个通信信道来配置不同协议的媒体存取的系统来说，需要一个仲裁机制来防止冲突。请参考图3，图3为本发明一实施例的无线装置300的示意图。无线装置300除了WLAN模块110以及蓝牙模块120外，还提供了仲裁电路310以确定WLAN模块110以及蓝牙模块120在独占形式下进行媒体存取的时间，这样一来，时间槽将不会同时分配给WLAN以及蓝牙射频活动。无线装置300结合了传统的优先级控制以及新颖的配额管理以形成混合控制机制。仲裁电路310包括：优先级表格200，配额表304以及时间计数器306。优先级表格200是可程序的单元，用于定义不同传输类型的优先级，其中特定的传输类型将被作为配额所有者进行分配，配额所有者具有配额表304。配额表304是用以记录利用值(例如总的可用配额或剩余配额)的存储单元。总的可用配额等于在预定时间段内特定传输类型消耗的总时间槽。
时间计数器306为用以计时的独立单元，当时间间隔等于预定时间段时，时间计数器306可将记录于配额表304中的利用值重设为默认值。如果利用值表示总的可用配额，则默认值等于零，使得总的消耗时间槽被周期性的重设以及重新计算。在其它实施例中，利用值可以表示剩余配额，因此每次在配额被使用时，执行减法运算。在这种状况下，默认值等于根据预定时间段定义的预定配额，其中预定配额可以为时间间隔的系数。通过定义预定配额，具有较低优先级的媒体存取的连续性将被保证。例如，预定时间段可以为100毫秒，以及预定配额可以为预定时间段的1/10，也就是10毫秒。当仲裁电路310接收到配额所有者用于媒体存取的请求#RQ时，仲裁电路310检查配额表304以判断预定配额是否已经用尽。如果总的消耗时间槽没有超过预定配额，也就是说还有剩余的可用配额，则仲裁电路310发送一个使能信号#EN到发送请求#RQ的WLAN模块110或蓝牙模块120，以允许配额所有者如同具有最高优先级一样进行媒体存取。
在已被允许的射频活动可能被更高优先级的请求#RQ中断的情况下，仲裁电路310更新配额表304中已经完成媒体存取的可用配额的总量。在其它实施例中，配额所有者可以被定义为中途不中断(halfway uninterruptible)，即，配额所有者被定义为暂时不会被具有更高优先级的传输中断，这样一来，当媒体被存取时，另一模块发出的更高优先级的请求#RQ不会影响到配额所有者。
如上所述，优先级表格200的传输类型被分类为IEEE802.11传输，蓝牙SCO传输以及蓝牙ACL传输，以及优先级表格200中的优先级是可程序的且保持于优先级表格200中。传输类型并不限于本实施例中的传输类型，可以根据需要定义其它的传输类型。具有配额表304的特定传输类型选自于以上传输类型中的一个，其更适合于最低优先级传输需要配额保护以确保一个最小的执行时间的情形。
当仲裁电路310判断出预定配额已经用尽，配额所有者不再具有任何优先级时，传统的优先级控制方法将取代配额控制。同样的，传输类型不同于配额所有者，传输类型不会受益于配额表304提供的传输预定，而是以传统的优先级控制方法来进行。在此状况下，请参考图2b，仲裁电路310查找优先级表格200以及检查目前在另一模块中是否有更高优先级的传输在进行；以及如果所有更高优先级的传输均未活动，请求被允许。当请求被允许时，仲裁电路310暂停所有具有较低优先级的传输，以启动媒体存取或接收已被允许的请求。
在其它实施例中，可以提供多个配额表304以用于保护不同传输类型的传输，每一个配额表304可以被定义为具有一个可编程的预定配额。特定配额所有者的请求#RQ从WLAN模块110或蓝牙模块120被发出，仲裁电路310分别检查相应的配额表304以决定是否允许媒体存取。因为具有较低优先级的请求#RQ更可能被拒绝或中断，配额表304的使用有效地增加了较低优先级传输的连续传输的可能性。
请参考图4，图4为根据图3所示的装置300的仲裁方法的流程图。在步骤401中，于装置300初始后，仲裁电路310接收从WLAN模块110或蓝牙模块120传送的请求#RQ。在步骤403中，仲裁电路310判断请求#RQ是否是由具有配额表304的配额所有者发出的。如果不是，在步骤203中，执行传统的优先级控制方法(例如，PTA机制)。如果请求#RQ是由配额所有者发出的，进行步骤405。在步骤405中，仲裁电路310检查配额表304以判断是否有剩余的可用配额可用于已请求的媒体存取。具体来说，如果总的消耗时间槽超过了预定配额，则配额所有者的配额被用尽。在这种状况下，流程进行至步骤203的传统的优先级控制方法。在步骤407中，只要仍有可用配额，请求#RQ就被允许，因此，相应于请求#RQ的媒体存取立即被作为最高的优先级开始执行，同时，另一模块的其它传输被中断或暂停。在步骤409中，在相应于请求#RQ的媒体存取完成后，根据总的消耗时间槽更新配额表304中的利用值，以计算剩余配额。
在步骤203被触发以执行传统的优先级控制方法(例如，依照IEEE802.15.2的PTA机制)的情况下，仲裁电路310可以检查另一模块中是否具有更高优先级的传输。例如，如果请求#RQ是由WLAN模块110发出的，蓝牙模块120会被检查，反之亦然。在步骤203中，如果检查的结果是肯定的，则由步骤203进行至步骤209，在步骤209中，目前的请求#RQ被拒绝。否则，由步骤203进行至步骤205，其中另一模块中较低优先级的传输被无条件暂停。例如，当WLAN模块110发出IEEE802.11的请求#RQ时，检查蓝牙模块120中的BT SCO媒体存取是否在进行。当BT SCO传输未活动时，IEEE802.11的请求#RQ被允许，以及当IEEE802.11的请求#RQ被允许时，蓝牙模块120的任何较低优先级的传输(例如BT ACL)将被强制暂停，允许IEEE802.11的媒体存取进行。在步骤207中，当另一模块较低优先级的传输被暂停，相应于请求#RQ的媒体存取被初始。当步骤409，步骤207以及步骤209结束后，进行至步骤411，流程结束。
本实施例特别适合于同时包含WLAN模块110以及蓝牙模块120的移动装置，其中，除传统的优先级控制外，还提供基于传输管理机制的配额。然而，协议并不限于WLAN以及蓝牙。任何同时共享同一频带或同一通信信道的传输类型，均适用于本发明。预定配额可以根据传输需要来调整，且可以同时建立多个配额表304以用于具有不同优先级的传输。另外，根据设计的需要，本发明的方法可以使用不同的方案。例如，仲裁电路310不一定为单独的电路；根据设计需要，仲裁电路310可以被分开，且一部分被安装于WLAN模块110中，而另一部分被安装于蓝牙模块120中。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。

Claims (25)

1.一种仲裁电路，其特征在于，所述的仲裁电路用于调度共享一个通信信道的第一模块以及第二模块的传输，以分别执行第一协议以及第二协议的媒体存取，其中所述的第一模块以及所述的第二模块位于同一系统中，所述的仲裁电路包含： 
配额表，用于根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新；以及 
时间计数器，周期性的将所述的利用值重设为默认值；其中， 
当所述的仲裁电路接收用于所述的特定传输类型的媒体存取的请求时，所述的仲裁电路根据所述的利用值判断是否允许所述的请求，以及如果所述的请求被允许，允许发送所述的请求的所述的第一模块或所述的第二模块启动所述的特定传输类型的所述的媒体存取。 
2.如权利要求1所述的仲裁电路，其特征在于，所述的第一协议为无线局域网协议。 
3.如权利要求1所述的仲裁电路，其特征在于，所述的第二协议为蓝牙协议。 
4.如权利要求1所述的仲裁电路，其特征在于，当完成所述的媒体存取时，所述的仲裁电路根据所述的特定传输类型的所述的媒体存取消耗的所述的总时间槽更新所述的利用值。 
5.如权利要求1所述的仲裁电路，其特征在于， 
当所述的仲裁电路接收所述的特定传输类型的所述的请求时，所述的仲裁电路检查所述的利用值以判断预定配额是否用尽，以及 
如果所述的预定配额没有用尽，所述的仲裁电路发送使能信号到发出所述的请求的所述的第一模块或所述的第二模块，使得所述的特定传输类型的所述的媒体存取被启动。 
6.如权利要求5所述的仲裁电路，其特征在于，
所述的预定配额是时间间隔的一个系数；以及
每隔所述的时间间隔，所述的时间计数器周期性的重设所述的利用值。
7.如权利要求6所述的仲裁电路，其特征在于，所述的仲裁电路更包含优先级表格，用以定义包括所述的特定传输类型在内的不同传输类型的优先级。
8.如权利要求7所述的仲裁电路，其特征在于，
所述的不同传输类型包含电气电子工程师协会802.11传输，蓝牙同步面向连接传输以及蓝牙异步无连接传输，且所述的不同传输类型的优先级保持于所述的优先级表格内；以及
所述的特定传输类型是由所述的不同传输类型中选取的一个。
9.如权利要求7所述的仲裁电路，其特征在于，
当所述的仲裁电路判断所述的预定配额已经用尽，或当所述的仲裁电路接收到不同于所述的特定传输类型的传输类型的用于媒体存取的另一请求时，所述的仲裁电路查找所述的优先级表格，检查目前是否有更高优先级的传输在进行，以及如果更高优先级的传输未活动，则允许所述的请求。
10.如权利要求9所述的仲裁电路，其特征在于，当所述的请求被允许，所述的仲裁电路暂停较低优先级的传输，以启动相应于所述的已允许的请求的所述的媒体存取。
11.一种仲裁方法，用于包含第一模块以及第二模块的系统，以调度所述的第一模块以及所述的第二模块的传输，其中所述的第一模块以及所述的第二模块共享一个通信信道，以分别执行第一协议以及第二协议的媒体存取，所述的仲裁方法包含：
提供配额表，用于根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新；
接收所述的第一模块或所述的第二模块发出的所述的特定传输类型的媒 体存取的请求；以及
根据所述的利用值，决定是否允许所述的特定传输类型的所述的媒体存取的所述的请求。
12.如权利要求11所述的仲裁方法，其特征在于，将所述的利用值周期性的重设为默认值。
13.如权利要求11所述的仲裁方法，其特征在于，所述的仲裁方法更包含：当所述的请求被允许时，发送使能信号到发送所述的请求的所述的第一模块或所述的第二模块，以启动所述的特定传输类型的所述的媒体存取。
14.如权利要求11所述的仲裁方法，其特征在于，所述的第一协议为无线局域网协议。
15.如权利要求11所述的仲裁方法，其特征在于，所述的第二协议为蓝牙协议。
16.如权利要求11所述的仲裁方法，其特征在于，所述的仲裁方法更包含，当完成所述的媒体存取时，根据所述的特定传输类型的所述的媒体存取消耗的所述的总时间槽更新所述的利用值。
17.如权利要求11所述的仲裁方法，其特征在于，所述的决定是否允许所述的特定传输类型的所述的媒体存取的所述的请求的步骤包括：
检查所述的利用值以判断预定配额是否用尽；以及
如果所述的预定配额没有用尽，则允许所述的请求。
18.如权利要求17所述的仲裁方法，其特征在于，所述的预定配额是时间间隔的一个系数，以及每隔所述的时间间隔，重设所述的利用值。
19.如权利要求17所述的仲裁方法，其特征在于，所述的仲裁方法更包含：提供优先级表格，以定义包括所述的特定传输类型在内的不同传输类型的优先级。
20.如权利要求19所述的仲裁方法，其特征在于，
所述的不同传输类型包含电气电子工程师协会802.11传输，蓝牙同步面 向连接传输以及蓝牙异步无连接传输，且所述的不同传输类型的优先级保持于所述的优先级表格内；以及
所述的特定传输类型是由所述的不同传输类型中选取的一个。
21.如权利要求19所述的仲裁方法，其特征在于，所述的仲裁方法更包含：
查找所述的优先级表格，以及当所述的预定配额已经用尽或当不同于所述的特定传输类型的传输类型的另一请求被发出时，检查目前是否有更高优先级的传输在进行；
如果更高优先级的传输未活动，则允许不同于所述的特定传输类型的另一传输类型的用于媒体存取的所述的请求；以及
当所述的请求被允许，暂停较低优先级的传输，以启动相应于所述的已允许的请求的所述的媒体存取。
22.一种具有仲裁电路的无线装置，其特征在于，所述的无线装置包含：
第一模块，根据第一协议而工作；
第二模块，根据第二协议而工作，并与所述的第一模块共享一个通信信道；以及
仲裁电路，耦接于所述的第一模块以及所述的第二模块，以调度所述的第一模块以及所述的第二模块的传输，其中所述的仲裁电路包括：
配额表，用于根据特定传输类型消耗的总时间槽来保持利用值被更新；以及
时间计数器，周期性的将所述的利用值重设为默认值；其中，
当所述的仲裁电路接收用于所述的特定传输类型的媒体存取的请求时，所述的仲裁电路根据所述的利用值允许所述的请求，使得发送所述的请求的所述的第一模块或所述的第二模块启动所述的特定传输类型的所述的媒体存取。
23.如权利要求22所述的具有仲裁电路的无线装置，其特征在于，所述 的第一协议为无线局域网协议以及所述的第二协议为蓝牙协议。
24.如权利要求22所述的具有仲裁电路的无线装置，其特征在于，当接收到所述的特定传输类型的所述的请求时，所述的仲裁电路检查所述的利用值以判断是否预定配额已用尽，以及如果所述的预定配额未用尽，所述的仲裁电路发送使能信号到发出所述的请求的所述的第一模块或所述的第二模块，使得所述的特定传输类型的所述的媒体存取被启动，其中所述的预定配额为时间间隔的一个系数，以及每隔所述的时间间隔，所述的时间计数器周期性的重设所述的利用值。
25.如权利要求24所述的具有仲裁电路的无线装置，其特征在于，更包含优先级表格，用以定义包括所述的特定传输类型在内的不同传输类型的优先级定，其中，当所述的仲裁电路判断所述的预定配额已经用尽，或当所述的仲裁电路接收到不同于所述的特定传输类型的传输类型的用于媒体存取的另一请求时，所述的仲裁电路查找所述的优先级表格，检查目前是否有更高优先级的传输在进行，以及如果更高优先级的传输未活动，则允许不同于所述的特定传输类型的另一传输类型的用于媒体存取的所述的请求。 
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