CN101800814A - 无线通讯装置的电源管理方法及无线通讯装置 - Google Patents

Abstract

一种无线通讯装置的电源管理方法，使用一内建的中央处理器集中管理两个接口的省电状态，进行跨层的电源管理，且利用安装到主机上的驱动程式与自订的协议配合，让原本由主机主控的电源管理工作，转移到中央处理器进行。如此一来，主机传输接口控制器的电路可快速降低耗电，藉此最大化无线通讯装置的最低耗电状态时间。

Description

无线通讯装置的电源管理方法及无线通讯装置

技术领域

本发明是有关于一种电源管理方法，特别是指一种用于无线通讯装置的电源管理方法。

背景技术

参阅图1，现有如无线网络卡等无线通讯装置9是通过一主机传输接口91及一无线通讯接口(Wireless Interface)92，分别一与主机(Host)90及一相对传收对象99，例如基站(Base Station)、无线存取装置(Access Point，AP)、点对点传输装置(Peer-to-Peer Device)等连接。

无线通讯接口92电路的耗电占无线通讯装置9耗电的主要部分，因此一般会针对此部分进行省电设计。例如，在IEEE 802.11的标准中，即规定了两种电源模式：一是启动模式(Active mode)，又称连续清醒模式(Continuous Aware Mode)，另一是省电模式(Power Saving Mode)。无线通讯装置9的设计者可在此标准下，设计无线通讯接口92与相对传收对象99之间减少耗电的通讯协议，让无线通讯装置9能在业务(traffic)量较少的状态下减少耗电。举例来说，目前大部分做法是在一预定时间内未收到传入的封包(Rx封包)，就进入省电模式，但当有Rx封包传入，又要经过该预定时间才能再度进入省电模式。此外，在省电模式期间，会依据一预定周期将无线通讯接口92唤醒以接收相对传收对象99之信号而维持联机。

由此可知，现有无线通讯接口92的省电机制中，仍存在许多可降低耗电却白白等待、持续耗电的时段，因此应还有改善空间。

至于主机传输接口91方面，现有技术中，都根据主机90与无线通讯装置9的主从架构的观点-以主机90为“主(master)”，无线通讯装置9为“从(slave)”，让主机传输接口91的电源状态主要由主机90控制，也就是由主机90下达指令允许主机传输接口91进入低耗电状态。在此架构下，主机传输接口91的控制电路在大部分时候，必须保持在连续清醒模式，才能快速侦测主机90发出的动作信息并在通讯协议规范的回复时间(response time)内回复主机90动作，以保持主机传输接口91正常联机的状态。此外，主机90为了能够随时准备接收外来封包，通常不会主动将主机传输接口91的电源状态降低，主机传输接口91因此不常进入低耗电状态，且进入低耗电状态的时间往往也十分短暂，无法有效省电。又，由于主机传输接口91的电源模式一般来说，都是配合主机90操作系统(OS)，因此其省电相关的设计较不受重视。

但是，随着高速传输接口的发展，主机传输接口91开始配合采用传输速度高的接口总线(Bus)，总线的控制电路工作频率变得越来越高，因此主机传输接口91之电路的耗电在整体无线通讯装置9的比重也就越来越高。在此情况下，主机传输接口91的电源管理相对变得重要。

现有技术，除了存在前述无线通讯接口92及主机传输接口91电路皆无法有效省电之问题外，对于无线通讯接口92与主机传输接口91的电源状态控制也设计为彼此相互独立；在此情况下，举例来说，当主机传输接口91依据主机90所设定的电源状态而进入内部电路的睡眠时，可能恰好正值无线通讯接口92唤醒以接收传收对象99信号的周期，这种不同步的现象也导致无线传输装置9整体的电源管理无法最佳化。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种可最大化无线通讯装置的最低耗电状态时间的电源管理方法及无线通讯装置。

于是，本发明无线通讯装置通过内建数字信号处理/特殊应用集成电路(DSP/ASIC)控制器(以下简称中央处理器)来侦测无线传输接口与主机传输接口的行为(包括侦测业务量以及依据既有通讯协议对无线传输接口控制器控制的电源状态)，并实时控制这二个接口与全装置的电源状态，以将整体装置的电源管理控制在最佳的状态。

本发明应用现有的电路设计来进行省电规划，进一步将主机传输接口控制器的电路区分为：一、第一唤醒区，属大耗电但可快速唤醒的电路，包括通讯协议的实体层与媒体存取控制层，以下称为快速唤醒区；二、第二唤醒区，属中耗电但唤醒速度较慢的电路，主要工作是产生频率，以下称慢速唤醒区；及三、低耗电且用来侦测主机传输接口总线的侦测电路，以下称侦测区。

主机传输接口控制器的快速唤醒区的电路中，通讯协议部分电路主要仍由主机的通讯协议来控制，但在这个通讯协议之下，中央处理器可依据下述算法控制主机传输接口控制器的电源状态，将快速唤醒区或快速唤醒区加上慢速唤醒区的电路关至省电状态；同时通过安装于主机的驱动程序，让该中央处理器相当于可控制该主机传输接口的通讯协议，形成新的动态电源管理通讯协议。

由中央处理器主控的动态电源管理通讯协议与机制，包括一套安装于主机的驱动程序与中央处理器的协议协定，及定义该通讯协议启动者(initiator)与响应者(responder)的通讯协议程序(procedure)。该通讯协议定义了中央处理器执行的动态电源管理机制，与对应机制的双方行为的规范。

中央处理器主控的工作包括：

一、执行主机传输接口电源状态控制的算法：当业务量小于一预设的第一阈值，则进入深层低耗电模式；当业务量不小于该第一阈值但小于一预设的大于第一阈值的第二阈值，则进入快速唤醒模式；若大于第二阈值，则维持在清醒模式。当然，本发明不以区分出前述三种模式为限，根据接口的不同，且为配合主机的操作系统的定义，模式分类名称及细节会有差异。

二、控制数据总线上传数据的行为：包括从无线传输接口接收数据往主机传输的部分，中央处理器会进行数据传输的群聚发送(Rx data accumulationand bursting)，以及回报主机的部分，中央处理器会进行上传信息与回报的延迟控制(deferred signaling and report mechanism)。

三、中央处理器根据无线传输接口传输协议以及与驱动程序协议的电源管理协议，控制主机传输接口控制器的电源状态。

至于安装于主机的驱动程序与中央处理器的电源管理协议的内容包括：

一、在主机传输接口控制器依据中央处理器执行的主机传输接口电源状态控制算法而进入快速唤醒模式的情况下，减少与主机传输接口动作的次数，并在需要传输数据时对无线通讯装置发出唤醒信号。

二、在主机传输接口控制器依据中央处理器执行的主机传输接口电源状态控制算法而进入深层低耗电模式的情况下，当到达预定唤醒时间时，中央处理器将主机传输接口控制器唤醒，且中央处理器进行数据传输的群聚发送。

本发明的功效在于：利用无线通讯装置的内建中央处理器，主控而同时兼顾无线传输接口控制器与主机传输接口控制器的的电源状态，相当于进行跨层的搭配整合，并同时配合安装于主机的驱动程序来确保安全省电，达到最大化低耗电时间的目的。

附图说明

图1是一习知无线通讯装置的系统方块图；

图2是本发明无线通讯装置的较佳实施例的系统方块图；

图3是该实施例中，主机传输接口控制器的电路分区示意图；

图4是该实施例中，无线传输接口控制器的电路分区示意图；

图5是本发明无线通讯装置的电源管理方法的较佳实施例中，中央处理器执行的电源控制算法；

图6是该实施例中，当主机传输接口控制器在快速唤醒模式下的方法流程图；及

图7是该实施例中，当主机传输接口控制器在深层低耗电模式下的方法流程图。

主要组件符号说明

100  无线通讯装置

1    中央处理器

21   主机传输接口

22   主机传输接口控制器

221  快速唤醒区

222  慢速唤醒区

223  侦测区

31   无线传输接口

32   无线传输接口控制器

321  快速唤醒区

322  慢速唤醒区

4    主机

41   驱动程序

42   操作系统

5    相对传收对象

S11～S16步骤

S21～S25步骤

S31～S35步骤

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

参阅图2，本发明无线通讯装置100的较佳实施例包括一中央处理器1、一用以与一主机4连接的主机传输接口21、一通过总线与主机传输接口21连接的主机传输接口控制器22、一用以与一相对传收对象5连接的无线传输接口31，及一通过总线与无线传输接口31连接的无线传输接口控制器32。主机4除了安装有操作系统42之外，还安装有一驱动程序41。

配合参阅图3，主机传输接口控制器22的电路区分为：一第一唤醒区，属大耗电但可快速唤醒的电路，包括通讯协议的实体层与媒体存取控制层，以下称为快速唤醒区221；一第二唤醒区，属中耗电但唤醒速度较慢的电路，包含用以产生频率的脉冲产生电路，以下称慢速唤醒区222；及一低耗电且用来侦测主机传输接口总线的侦测电路，以下称侦测区223。

同时参阅图2与图4，本实施例的无线传输接口控制器32的电路原则上只区分为：一第三唤醒区，属大耗电但可快速唤醒的电路，以下称快速唤醒区321，及一第四唤醒区，属中耗电但唤醒速度较慢的电路，以下称慢速唤醒区322。

本实施例的无线传输接口控制器32的电源状态受该中央处理器1根据无线传输接口通讯协议控制，举例来说，当应用在802.11系统中，中央处理器1将根据802.11电源管理规范，决定无线传输接口控制器32是否符合通讯协议进入低耗电状态的基本条件。无线传输接口控制器32的电源状态包括将慢速唤醒区322电源关闭的低耗电状态，将慢速唤醒区222与快速唤醒区221电源关闭的深层低耗电状态，以及快速唤醒区321及慢速唤醒区322的电源都不关闭的清醒状态。

同时参阅图2、图3及图5，中央处理器1依据图5所示算法控制主机传输接口控制器22的电源状态，将快速唤醒区221或快速唤醒区221加上慢速唤醒区222的电路关至省电状态。详细来说，中央处理器1需侦测业务量(步骤S11)，在此所述业务量包括主机4与无线通讯装置100之间的数据传送、主机4与无线通讯装置100之间的缓存器的读写，或从相对传收对象5与无线通讯装置100之间的数据传送。中央处理器1并判断业务量是否小于一预设的第一阈值(步骤S12)，若小于，则进入深层低耗电模式(步骤S13)；当业务量不小于该第一阈值，则进一步判断是否小于一预设的且大于第一阈值的第二阈值(步骤S14)，若小于，则进入快速唤醒模式(步骤S15)；若大于第二阈值，则维持在清醒模式(步骤S16)。当主机传输接口控制器22处于深层低耗电模式，快速唤醒区221与慢速唤醒区222的电源都关闭，只保留侦测区223；在快速唤醒模式，只有慢速唤醒区221的电源关闭，快速唤醒区222及侦测区223皆保留；在清醒模式，则整个主机传输接口控制器22的电源都保留而不关闭。

中央处理器1对于主机传输接口控制器22的电源模式的控制，除了利用上述算法决定进入何种电源模式之外，还依据无线传输接口控制器32的电源状态调整唤醒时间。中央处理器1与驱动程序41之间所协定的预定唤醒时间，可配合无线传输接口31与相对传收对象5协议好回到清醒模式的时间点或倍数时间来决定(详述于下文)。此外，中央处理器1决定主机传输接口21进入深层低耗电模式的时间点，可由无线传输接口控制器32的电源管理状态，决定切换时间点。

藉由中央处理器1主导主机传输接口控制器22的电源状态，中央处理器1相当于取得双层(主机传输接口控制器22与无线传输接口控制器32)的电源状态控制权，并配合自定的传输协议(详述于下文)，则可达到相互配合而提高省电效能的目的。

在中央处理器1依实际业务量控制主机传输接口控制器22的同时，必须确保让电路降低耗电是安全的，因此通过安装于主机1的驱动程序41的相互配合，让主机4有动作时，主机传输接口控制器22的反应可以与清醒模式无异。

同时参阅图2、图5及图6，当中央处理器1执行图5所示的算法进入步骤S15，同时根据无线传输接口31的通讯协议，在无线传输接口控制器32被切到省电状态(低耗电或深层低耗电状态)时，主机传输接口控制器22被中央处理器1控制进入快速唤醒模式。此时，中央处理器22通过自定的传输协议通知驱动程序41：“主机传输接口控制器进入快速唤醒模式”(步骤S21)。在此情况下，若主机4的操作系统42传送封包至无线通讯装置100，驱动程序41会利用软件处理上存在的时间差，即主机传输接口控制器22接收该封包之前，先对主机传输接口控制器22发出一唤醒信号(步骤S22)，该唤醒信号会直接触发主机传输接口控制器22所有电路回到清醒模式，不需要中央处理器1的介入。此时，主机传输接口控制器22的快速唤醒区221被快速唤醒(步骤S23)，接收数据的电路回到清醒模式并且能正确接收封包并做出响应(步骤S24)，之后随即又回到快速唤醒模式，降低耗电(步骤S25)。藉由上述方式，让中央处理器1相当于可控制主机传输接口21的通讯协议，形成新的动态电源管理通讯协议。

在同样主机传输接口控制器22处于快速唤醒模式的情况下，若有来自相对传收对象5传来的封包从无线传输接口31传入，则无线传输接口控制器32将依传输协议被唤醒，而主机传输接口控制器22受中央处理器1控制而被唤醒以确收封包，并将封包传递给主机4。当传送工作结束，中央处理器1立即将无线传输接口控制器32及主机传输接口控制器22控制回快速换醒模式。

同时参阅图2、图5及图7，当中央处理器1执行图5所示算法，进入步骤S13并根据无线传输接口的通讯协议，在无线传输接口控制器32被切到省电状态时，主机传输接口控制器22被中央处理器1控制进入深层低耗电模式，中央处理器1通过自定的传输协议通知驱动程序41：“主机传输接口控制器进入深层低耗电模式”(步骤S31)，并协定中央处理器1将主机传输接口控制器22从深层低耗电模式切换至清醒模式的时间。在深层低耗电模式下，主机传输接口控制器22是无法处理封包的。中央处理器1定时将主机传输接口控制器22控制到可接受主机控制的清醒模式。当达到中央处理器1与主机驱动程序41协议好的时间(步骤S32)，中央处理器1将主机传输接口控制器22唤醒(步骤S33)，此时主机4的操作系统42丢了一个例如DMA(Direct Memory Access)封包，主机传输接口控制器22才能正确的接收封包并响应(步骤S34)，并依据无线传输接口的通讯协议状态，再回到深层低耗电模式(步骤S35)。

若无线传输接口31在此时接收来自相对传收对象5的封包，中央处理器1会依据封包的性质进行判断，由于大多数封包无须立即响应，因此中央处理器1会进行封包数据传输的群聚(Rx data accumulation)(步骤S41)，然后在达预定唤醒时间(步骤S42)时，这时候主机传输接口控制器22被唤醒(步骤S43)，中央处理器1将封包一次发送(bursting)给主机传输接口21(步骤S44)，主机传输接口21将封包传送以及回报主机4(步骤S45)，之后又进入深层低耗电模式(步骤S46)。

当然，主机4端的驱动程序41同样也需要对传送的封包做群聚，待到达协议好的预定唤醒时间，并由中央处理器1将主机传输接口控制器22切换到清醒模式，并收到中央处理器1的通知，主机4端的封包数据才能传送。前述预定的唤醒时间，原则上，本实施例之主机传输接口控制器22的唤醒周期是与无线传输接口控制器32唤醒周期一致或成倍数关系，例如在业务量小而进入深层低耗电模式的情况下，每100微秒(ms)同步唤醒一次；但若无线传输接口31与相对传收对象之间的通讯协议要求的唤醒频率较高，例如无线传输接口控制器32最长必须每50ms唤醒一次，则主机传输接口控制器22可选择50ms、100ms、150ms，主机传输接口控制器22可依据业务量的大小来决定唤醒周期，例如：当业务量超过一默认值或逐渐增加时，唤醒周期可选择50ms，当业务量低于该默认值或逐渐减少时，唤醒周期可选择150ms，其中该默认值小于第一阀值。当然，若主机传输接口21与主机4之间的通讯协议要求唤醒频率较高，则无线传输接口控制器32的唤醒周期选择为主机传输接口控制器22之唤醒周期的倍数，例如2倍或3倍等。在另一实施例中，若主机传输接口控制器22进入深层低耗电模式时，例如，连续经过N次唤醒周期都未有封包需要处理(N为自然数，可依照需求决定N的大小)，或业务量小于第一阀值且持续一预定时间，则使其自动增加唤醒周期，例如选择每150ms唤醒一次，藉此拉长省电时间。

综上所述，本发明利用中央处理器1集中管理两个控制器22、32的省电状态，进行跨层的电源管理，且利用安装到主机4上的驱动程序42另外自订协议，让原本由主机4主控的电源管理工作，转移到中央处理器1进行，在此架构下，主机传输接口控制器22的电路可快速降低耗电，将能省电的时间尽可能拉长，故确实能达成本发明之目的。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (23)

1.一种无线通讯装置，连接于主机与相对传收对象之间，并包含：

主机传输接口，与该主机连接；

主机传输接口控制器，与该主机传输接口连接；

无线传输接口，接收该相对传收对象所传送的封包数据；

无线传输接口控制器，与该无线传输接口连接；及

中央处理器，连接于该主机传输接口控制器与该无线传输接口控制器之间，依据业务量控制该主机传输接口控制器的电源状态进入耗电模式，该耗电模式为多种耗电模式其中之一。

2.根据权利要求1所述的无线通讯装置，其中，该中央处理器判断该业务量是否小于第一阈值，若小于，该主机传输接口控制器的电源状态进入深层低耗电模式；当该业务量不小于该第一阈值，则进一步判断是否小于大于该第一阈值之第二阈值，若小于，该主机传输接口控制器的电源状态进入快速唤醒模式；若大于该第二阈值，该主机传输接口控制器的电源状态维持在清醒模式。

3.根据权利要求2所述的无线通讯装置，其中，该主机传输接口控制器的电路区分为第一唤醒区、第二唤醒区，及侦测主机传输接口总线的侦测区；该中央处理器选择性地关闭该第二唤醒区的电源或关闭该第一唤醒区与第二唤醒区的电源。

4.根据权利要求3所述的无线通讯装置，其中，该第一唤醒区耗电量相对大于该第二唤醒区，且唤醒速度相对快于该第二唤醒区。

5.根据权利要求3所述的无线通讯装置，其中，该第一唤醒区包含实体层与媒体存取控制层，该第二唤醒区包含脉冲产生电路。

6.根据权利要求3所述的无线通讯装置，其中，在该深层低耗电模式，该主机传输接口控制器中的该第一唤醒区与该第二唤醒区的电源都关闭，只保留该侦测区的电源。

7.根据权利要求3所述的无线通讯装置，其中，在该快速唤醒模式，该第二唤醒区的电源关闭，该第一唤醒区及该侦测区的电源保留。

8.根据权利要求3所述的无线通讯装置，其中，该主机传输接口控制器接收唤醒信号，其源自于该主机的驱动程序，则使电源状态回复至清醒模式，该清醒模式为第一唤醒区、第二唤醒区及侦测区的电源皆保留；当接收封包并做出响应，随即回复为接收该唤醒信号前的耗电模式。

9.根据权利要求2所述的无线通讯装置，其中，该中央处理器进行该封包资料的群聚，然后在达预定唤醒时间时将群聚后的该封包数据发送至该主机。

10.根据权利要求9所述的无线通讯装置，其中，该主机的驱动程序对主机端要传送的封包做群聚，待到达协定好的时间，并由中央处理器将该主机传输接口控制器切换到清醒模式，并收到中央处理器的通知，主机端的封包数据才能传送。

11.根据权利要求9所述的无线通讯装置，其中，该预定唤醒时间的设定，是使该主机传输接口控制器与该无线传输接口控制器的唤醒周期同步。

12.根据权利要求9所述的无线通讯装置，其中，该预定唤醒时间的设定，是使该主机传输接口控制器与无线传输接口控制器的唤醒周期之间成倍数关系。

13.根据权利要求12所述的无线通讯装置，其中，该主机传输接口控制器连续经过N次唤醒周期皆未接收封包，则使其自动增加唤醒周期，其中，N为自然数。

14.根据权利要求9所述的无线通讯装置，其中，该预定唤醒时间的设定依据该业务量的大小。

15.根据权利要求14所述的无线通讯装置，其中，当该业务量小于默认值超过预定时间，则使其自动增加唤醒周期。

16.一种无线通讯装置的电源管理方法，由无线通讯装置的中央处理器执行，该无线通讯装置通过主机传输接口与主机连接，通过无线传输接口与相对传收对象连接，该中央处理器连接该主机传输接口以及该无线传输接口的控制器；该方法包含：

侦测业务量；及

将该业务量与预设的阈值比较，若小于该阈值，则控制该主机传输接口控制器进入耗电量较低之耗电模式，若不小于该阈值，则控制该主机传输接口控制器进入另一耗电模式，该另一耗电量较高的耗电模式。

17.根据权利要求16所述的无线通讯装置的电源管理方法，其中，该中央处理器判断业务量是否小于预设的第一阈值，若小于，则进入深层低耗电模式；当业务量不小于该第一阈值，则进一步判断是否小于预设的且大于第一阈值的第二阈值，若小于，则进入快速唤醒模式；若大于第二阈值，则维持在清醒模式。

18.根据权利要求17所述的无线通讯装置的电源管理方法，其中，该主机传输接口控制器的电路区分为第一唤醒区、第二唤醒区，及侦测主机传输接口总线的侦测区；该中央处理器在不同的耗电模式，选择性地关闭该第二唤醒区的电源或关闭该第一唤醒区与第二唤醒区的电源。

19.根据权利要求18所述的无线通讯装置的电源管理方法，其中，在该深层低耗电模式，该主机传输接口控制器中第一唤醒区与第二唤醒区的电源都关闭，只保留低耗电的侦测区。

20.根据权利要求18所述的无线通讯装置之电源管理方法，其中，在该快速唤醒模式，该第二唤醒区的电源关闭，该第一唤醒区及侦测区的电源保留。

21.根据权利要求18所述的无线通讯装置的电源管理方法，更包含利用该主机传输接口控制器接收唤醒信号，其源自于该主机的驱动程序，则使电源状态回复至清醒模式，该清醒模式为第一唤醒区、第二唤醒区及侦测区的电源皆保留；当接收封包并做出响应，随即回复为接收该唤醒信号前的耗电模式。

22.根据权利要求16所述的无线通讯装置的电源管理方法，其中，利用该中央处理器进行封包数据传输的群聚，然后在达预定唤醒时间时发送至该主机。

23.根据权利要求22所述的无线通讯装置的电源管理方法，其中，该预定唤醒时间的设定，是使该主机传输接口控制器与无线传输接口控制器的唤醒周期成倍数关系。

Images