CN103842979B

CN103842979B - 用于执行等时数据缓冲的系统和方法

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Publication number: CN103842979B
Application number: CN201280031044.XA
Authority: CN
Inventors: A·塔库尔; A·R·伊斯梅尔
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: US8335875B1; WO2012177877A2; US20120331189A1; WO2012177877A3; TWI570567B; TW201301041A; CN103842979A

Abstract

用于主机系统的控制器，包括接口和缓冲器。所述接口接收从已连接设备等时接收的多个数据单元，且所述缓冲器存储所述数据单元，且然后在至少一个条件情况发生时输出数据块。每一数据单元存储第一尺寸的数据，且该数据块包括比第一尺寸更大的第二尺寸的数据。所述已连接设备可以是通用串行总线（USB）设备或另一类型的设备。

Description

用于执行等时数据缓冲的系统和方法

领域

在此描述的一个或多个实施例涉及数据流控制。

背景

电源管理继续成为系统设计者的目的。功率消耗的一个主要来源涉及对基于设备的传输率从已连接设备的数据传输的处理。这引起接收数据的系统处理器和/或存储器频繁地（或接近恒定地）操作。结果，消耗了过多的功率，这降低了效率并且损耗了电池电源。

附图简述

图1示出数据缓冲系统的一种实施例。

图2示出用于等时USB数据缓冲的主机系统的示例。

图3示出用于等时USB数据缓冲的方法的实施例。

图4示出用于等时USB数据缓冲的主机系统的另一示例。

详细描述

图1示出数据缓冲系统的一种实施例，其包括通过接口2连接到主机系统3的设备1。已连接设备可以是各种外围设备或数据传输设备中的任一种。根据一种实施例，已连接设备是等时设备，例如，等时设备可以是以固定的间隔或特定的/离散的时间周期传输数据的设备。等时设备包括但不限于：音乐和音频设备、媒体播放器、数码相机和网络摄像头。在其他实施例中，已连接设备可以是不等时的设备。示例包括：可刻录紧致盘（CD-R）或其他形式的数据和外置的盘驱动器、鼠标和其他类型的输入设备、打印机、键盘和闪速存储器设备以及其他。

接口2可以是有线或无线链接。如果是无线的，则接口可以是蓝牙或无线保真（WiFi）链接。如果是有线的，则接口可以是与某个版本的通用串行总线（USB）标准（例如，USB2.0或3.0）、火线标准或广域网或其他局域网或有线以太网兼容的接口。当然，在其他实施例中，可以使用不同的有线或无线链路。

主机系统3可以是笔记本或台式计算机、诸如个人数字助理或iPod/iPhone、智能电话等的手持式计算设备或例如具有用于接收数据的火线或USB连接的任何其他设备。

如图1中所示出，主机系统包括处理器5和缓冲器6。缓冲器具有足以存储从已连接设备接收的预先确定的量的数据的容量。预先确定的量的数据可以对应于例如设备在预先确定的时间周期内可以传输的数据的量，这应超过设备的流率。在发生一个或多个条件情况时，存储在缓冲器中的数据被传输给处理器和/或关联的存储器。

根据一种实施例，关于来自缓冲器的数据传输，可以等时地冲洗缓冲器，例如基于比设备中的阈值高得多的等时冲洗阈值。这样做带来了在来自系统SW的等时期望（由于软件发展较快，通常具有较高的阈值）相对于输入/输出（I/O）设备之间的断开，这能够以较低粒度提供等时传输，以便带来平台的能源节约。

根据前述内容，因此可以把缓冲器标记为ISO缓冲器，以便指示用于缓冲基于等时（ISO）传输的数据的具体应用。在其他实施例中，缓冲器5可以是不同的类型的缓冲器。

在一些实例中，由于其容量，缓冲器可以用于产生在从已连接设备接收到数据时和在系统处理器和/或关联的存储器接收到时之间的时间延时。这是可能发生的，因为系统软件要求以更大的时间块来处理数据。然而，在系统软件与基于诸如USB2.0（其中数据更频繁地被传输）之类标准的设备配对（或与其更加兼容）时，本发明的一种实施例可以桥接这一时间间隙以便防止延时发生。

在这一时间延时期间，缓冲器用于控制被传输给处理器和/或存储器的数据的量，例如，由于缓冲器，相比于流通应用（其中以设备的流率把数据传输给处理器和存储器）中要传输的数据，更为大量的数据被一次传输给处理器和存储器。

尽管数据到达CPU的时间被缓冲操作所延迟，缓冲器可以不引起总体数据传输时间的任何减少，这是因为发生了更大尺寸的数据传输。事实上，更为大量的数据的传输可以实际上导致传输过程的改善的效率和速度。

结果，仅仅有选择地且较不频繁地使用电源，以便控制到处理器和存储器的数据传输，且以比如果电源被用来以对应于已连接设备和/或接口的数据传输率对处理器和存储器进行控制所要求的少得多的速率进行。不同的是，作为缓冲的结果，与已连接设备的数据率和/或用来把数据传输给主机系统的接口的数据率无关地，把电源应用到处理器和/或存储器。

图2示出用于在USB或兼容USB的接口上从已连接设备接收数据的主机系统3的示例。这一系统包括USB连接器30、平台控制器中枢（PCH）40、中央处理单元（CPU）50和随机存取存储器（RAM）或其他类型的存储器60。连接器30可以是例如适于根据USB2.0或USB3.0标准来接收数据的连接器。从已连接设备而来的数据流被示出为离散的分组20，每一分组包括预先确定的量的数据。

平台控制器中枢40包括USB主机控制器（xHC）45，其包括设备接口（IFC）41、缓冲器42和主机控制器接口（xHCI）43。设备接口以这一设备的数据率接收在USB电缆上传送的数据。这一数据率可以是例如每128微秒（μs）或1毫秒（ms）一个数据或控制分组。各分组可以持有相同量的数据和/或可以具有相同的最大数据持有容量。USB电缆在两个端部可以具有符合USB标准的连接器，或仅一个连接器可以符合USB标准且另一连接器不相同，以便耦合到设备或主机系统中的相应一个。

设备接口41把通过USB连接器而等时接收到的数据传输到ISO缓冲器42。如所指示的，缓冲器具有超过每一分组的最大数据容量的存储容量。根据一个示例，如果每一分组的数据传输率是1ms，则缓冲器可以具有足以存储16ms的数据的存储容量。在其他实施例中，缓冲器可以具有更小的或更大的容量和/或已连接设备的数据传输率可以具有更小的或更大的数据率。

而且，根据一种实施例，可以按数据分组或数据单元来接收通过接口的数据，每一数据分组或数据单元具有预先确定的大小的数据有效载荷部分。有效载荷数据可以被存储在缓冲器中。在输出的时刻，已存储数据可以被重新格式化成一帧，或以另外方式被格式化成单个组，以被作为一个单元传输给主机系统的其他部分。

缓冲器将由主机控制器接口43控制，以基于一个或多个预先确定的条件情况的发生而将其数据输出给CPU50。根据一个实施例，第一条件情况是缓冲器存储来自通过接口41传输的分组的预先确定的量的数据。该预先确定的量的数据可以少于缓冲器的数据存储容量。

第二条件情况是主机控制器接口从CPU接收到中断或请求信号，中断或请求信号指示应当传输数据。在后一种条件情况中，即使缓冲器没有被填充到其容量，也可以传输缓冲器中的数据的量。在另一实施例中，这些或其他条件情况的组合可以被用作发起来自缓冲器的数据传输的基础。

在图2中，主机控制器接口43被示出为从缓冲器传输多个数据块100。在第一条件情况发生时，例如在缓冲器达到（例如由容量检测器所确定的）最大的或预先确定的容量时，可以输出一个数据块100₁。在先前所讨论的示例中，数据块100₁可以传输USB电缆在16ms的时间期间运载的分组数据的量。可以将数据块作为一组数据或一个数据单元来传输。可以串行地作为一组或并行地传输数据。当从已连接设备接收到的数据是分组形式时，可以把分组的已存储数据有效载荷部分存储在缓冲器中，且然后可以将其重新格式化为一帧或其他类型的单个数据组以供处理。

在从CPU接收到中断或请求信号时，可以输出另一数据块100₂。例如，这可以因CPU运行的应用请求数据（例如响应于用户发起的功能或请求）而出现。在这种情况中，数据块100₂可以具有与块100₁相同的或更少的容量。中断或请求信号可以被主机控制器接口所接收，然后，作为响应，主机控制器接口将发起块100₂的数据传输。从缓冲器输出的数据块可以被直接发送给RAM60、直接发送给CPU以供处理、或通过CPU发送给RAM。

通过缓冲数据且然后把大尺寸的块传输给CPU和/或存储器，就更为不频繁地执行数据传输操作。这转化成功率消耗的减少以及在电池模式下潜在地更久的操作。数据块的尺寸可能不同于对应于USB标准的数据分组的有效载荷大小。例如，数据块的尺寸可以大于对应于已连接设备的任何USB或其他接口标准。

这种大尺寸缓冲块的传输可以改善设备和/或主机系统效率，这是因为它可以减少处理器的使用和/或释放处理器以供执行在系统内的其他功能。

图3示出用于控制从已连接设备到主机系统的处理器和/或存储器的数据的传输的方法的一种实施例。这种方法可以由图1或图2的系统执行，且因此已连接设备并不必需是USB设备。

在初始操作中，由主机系统以第一速率从已连接设备接收到数据（框210）。可以按具有预先确定的数据运载（有效载荷）容量的分组接收数据，且可以由主机系统在有线或无线链路上接收各分组。如先前所指示的，在USB数据传输的情况中，第一速率可以是每1ms或每128μs一个数据分组，这取决于例如所使用的USB标准。

在另一操作中，所接收到的分组中的数据被存储在缓冲器中，该缓冲器具有比从已连接设备传输的每一数据分组的有效载荷尺寸来得更大的尺寸（框220）。可以继续把数据存储在缓冲器中，直到一个或多个预先确定的条件情况发生。

因而，在下一操作中，执行检查以便判断是否发生了从缓冲器传输数据的条件情况（框230）。可以例如由主机控制器接口或另一电路元件执行检查。如果检查指示没有发生该条件情况，则可以继续把数据分组存储在缓冲器中，直到发生了一个条件情况。

如所指示的，第一条件情况可以对应于缓冲器存储来自通过接口41传输的分组的预先确定的量的数据。预先确定的量的数据可以少于缓冲器的数据存储容量或比这一容量少。

第二条件情况是主机控制器接口从CPU接收到指示应当传输数据的中断或请求信号。即使缓冲器没有被填充到该容量，也可以传输缓冲器中的数据量。在另一实施例中，这些或其他条件情况的组合可以被用作发起来自缓冲器的数据传输的基础。

如果发生了一个条件情况，则主机控制器接口可以控制缓冲器以便输出比每一已接收的数据分组的有效载荷容量来得更大的预先确定的尺寸的数据块（框240）。因为数据块的更大尺寸，可以与从已连接设备的猝发传输所不同地猝发传输来自缓冲器的数据。根据一种实施例，来自缓冲器的猝发传输可以比已连接设备的猝发传输更快。输出数据可以被传输到主机系统CPU、存储器或两者，或者甚至被传输到主机系统中的另一电路（框250）。

图4示出配备有多个ISO缓冲器420的主机系统的另一实施例。在这一系统中，已接收数据分组的有效载荷部分可以被存储在缓冲器中，直到发生前述条件情况中的一个。在这样的条件情况发生时，可以从缓冲器输出数据块400，以供CPU50处理和/或存储在存储器60中。数据块传输操作可以由主机控制器接口或另一电路和/或软件程序来管理。

ISO缓冲器可以全都具有相同的存储容量（例如，每一缓冲器可以存储在10ms周期内接收到的数据），或者它们的容量可以不同。在填满了一个缓冲器时，可以向另一缓冲器或接替的缓冲器填充已接收数据，直到数据块传输条件情况发生。另外或替代地，每一数据缓冲器可以被用来存储不同的种类的数据。在这种情况中，可以基于不同的条件情况的发生而有选择地输出来自各块的数据。即使是在其中所有缓冲器不考虑数据类型就存储数据的情况中，也可以基于不同的条件情况的发生而有选择地输出各块中的数据，这由主机控制器接口所管理。

如果主机系统包括多个数据（例如，USB）连接器，可以指定不同的ISO数据缓冲器或阵列来存储通过每一连接器所传输的数据。而且，代替存储在一段时间内的数据量（例如，等时流时间周期等于或基于数据的量），根据在此描述的任何实施例的缓冲器可以改为存储预先确定数量的分组中的数据。

例如，考虑其中由主机系统接收音频数据的情况。主机控制器或设备驱动器电路可以包括多个ISO缓冲器以便存储诸个音频数据分组。例如，对于诸个不同端点（每个端点均携带数据或以另外方式提供数据），这样的情况可以发生。在这种情况中，每一缓冲器可以存储在10ms时间周期内所接收的数据，或者可以存储10个已接收数据分组中的数据。缓冲器可以把这些数据（在例如上面所指示的条件情况发生时）输出给主机存储器。在一些应用中，使用这些缓冲器可以减少多达90%从CPU低功率状态唤醒的次数。

根据任何前述实施例，ISO缓冲器可以被用来把数据存储在反向数据路径中。例如，在图2的实施例中，在预先确定的时间周期内，或来自预先确定数量的分组，从CPU50和/或存储器60输出的数据可以被存储在ISO缓冲器42中。根据一个示例，如果来自CPU或存储器的数据不是以分组形式，则在缓冲之前可以把数据分割成离散的块或片段。在一个条件情况发生（例如，缓冲器已满状态或中断或请求信号）时，可以从缓冲器传输出数据并将其发送给已连接设备。

例如，在已缓冲数据是来自主机系统媒体播放器或已插入的盘的音频数据分组且已连接设备是一组USB头戴式耳机或耳塞时，在已缓冲数据是来自基于因特网协议的语音（VoIP）呼叫或视频聊天或视频会议应用的音频分组时，这种情况可以适用。可以按预先确定的大小的数据帧把已缓冲数据输出到已连接设备。例如，在每一块存储10ms的数据时，从缓冲器输出的数据可以被分割成10个一毫秒的块、合并成各个的数据分组、且然后被发送给在USB接口上的设备。可以每1ms、每128μs或根据另一类型的USB或其他接口标准而进行到已连接设备的数据传输。

根据另一实施例，计算机可读介质存储用于控制从已连接设备到主机系统的数据的传输的程序。已连接设备和主机系统可以是先前提到的任何设备或系统。程序可以被存储在系统存储器中，系统存储器例如可以内置或外置于CPU或主机控制器接口。在一种实施例中，程序可以是用于控制主机控制器接口的操作的控制算法的一部分。

程序可以包括执行先前在此讨论的实施例中执行的任何操作或功能的代码。根据一个非限制性示例，程序可以包括：控制把多个数据单元存储在缓冲器中的第一代码以及在至少一个条件情况发生时从缓冲器传输数据块的第二代码。可以通过通用串行总线（USB）或其他类型的接口等时地接收数据单元，且每一数据单元可以包括第一尺寸的数据，且该数据块可以包括比第一尺寸更大的第二尺寸的数据。数据块的第二尺寸对应于按通过USB接口接收的预先确定的数量的数据单元中所存储的数据，或对应于在预先确定的时间周期内通过USB接口所接收的数据量。

在本公开内容中，数据单元可以对应于数据分组的全部或部分，且该单元承载的数据可以对应于该分组的有效载荷部分。替代地，数据单元可以对应于以非分组形式承载或处理的预先确定的量的数据。

在本说明说中对“实施例”的任何引用意味着本发明的至少一种实施例中包含结合该实施例描述的具体的特征、结构或特性。本说明书中各个地方这样的短语的出现并不必定全都是指相同的实施例。此外，在结合任何实施例描述具体的特征、结构或特性时，认为这是在本领域中的技术人员实现结合其他实施例的这样的特征、结构或特性的范围内。任何一种实施例的特征可以与一种或多种其他实施例的特征组合以便形成新的实施例。

此外，为便于理解，某些功能框可能已经被描绘为分开的框；然而，这些分开地描绘的框不应必定被解释成是以它们在此被讨论或以另外方式被呈现的次序。例如，一些框可以能够以替代的排序、同时地被执行，等等。

尽管已经在此参考许多说明性的实施例描述本发明，但应理解，可以由本领域中的技术人员设计落在本发明的原理的精神和范围内的众多其他修改和实施例。更具体地，在前述的公开内容、附图和所附权利要求的范围内的主题组合布置的组件部分和/或布置方面，合理的变更和修改是可能的，而不偏离本发明的精神。除了组件部分和/或布置方面的变更和修改之外，替代的使用对本领域中的技术人员来说也将是明显的。

Claims

1.一种用于数据缓冲的装置，包括：

接口；以及

第一缓冲器，所述第一缓冲器存储通过所述接口以第一速率等时接收到的多个数据单元，并在至少一个条件情况发生时以第二速率输出数据块，其中，

所述第一速率与所述第二速率不同，

所述第一速率是耦合到所述接口的设备的数据输出率，

两个或更多个数据单元包括第一尺寸的数据，且所述数据块包括比第一尺寸更大的第二尺寸的数据，并且

所述接口是兼容通用串行总线(USB)的接口，

其中所述装置还包括用于存储通过所述接口等时传输的数据单元的第二缓冲器，其中：

所述第一缓冲器用于存储第一类型的数据，

所述第二缓冲器用于存储第二类型的数据，

第一数据块是基于第一条件情况并基于存储在所述第一缓冲器中的数据单元以所述第二速率输出的，并且第二数据块是基于与所述第一条件情况不同的第二条件情况并基于存储在所述第二缓冲器中的数据单元以所述第二数据率输出的。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一数据尺寸对应于分组数据的有效载荷尺寸，所述有效载荷尺寸对应于预先确定的USB标准，且所述数据块的第二数据尺寸不对应于与所述预先确定的USB标准相对应的有效载荷尺寸。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在被存储在所述第一缓冲器中的数据的量等于预先确定的量时，所述第一缓冲器输出所述第一数据块。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，响应于中断信号，所述第一缓冲器输出所述第一数据块。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，响应于在主机系统上运行的应用所生成的请求信号，所述第一缓冲器输出所述第一数据块。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据块的第二尺寸对应于被存储在预先确定的数量的数据单元中的数据。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据块的第二尺寸对应于在预先确定的时间周期内通过兼容所述USB的接口所接收到的数据的量。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一缓冲器存储从主机系统的处理器所接收到的附加数据，该附加的已缓冲数据通过所述兼容USB的接口被输出到已连接设备。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二缓冲器具有相同的数据存储容量。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，功率被施加到所述第一缓冲器以便以独立于与所述设备的所述数据输出率相对应的第一速率的所述第二速率输出数据块。

11.一种数据缓冲方法，包括：

通过接口以第一速率等时地接收多个数据单元，所述第一速率对应于耦合到所述接口的设备的数据输出率；

把所述数据单元存储在缓冲器中；以及

在至少一个条件情况发生时，以第二速率传输来自所述缓冲器的数据块，其中，所述第二速率不同于所述第一速率，并且两个或更多个数据单元包括第一尺寸的数据，且所述数据块包括比第一尺寸更大的第二尺寸的数据，且其中，所述接口是兼容通用串行总线(USB)的接口，

其中所述方法还包括将通过所述接口等时传输的数据单元存储在第二缓冲器中，其中：

第一缓冲器用于存储第一类型的数据，

所述第二缓冲器用于存储第二类型的数据，

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一数据尺寸对应于分组数据的有效载荷尺寸，所述有效载荷尺寸对应于预先确定的USB标准，且所述数据块的第二数据尺寸不对应于所述预先确定的USB标准的有效载荷尺寸。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一或第二条件情况是存储在所述第一或第二缓冲器中的相应缓冲器的数据的量至少等于预先确定的量之时。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一或第二条件情况是接收到中断或数据请求信号之时。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据块的第二尺寸对应于被存储在预先确定的数量的数据单元中的数据。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据块的第二尺寸对应于在预先确定的时间周期内通过所述兼容USB的接口所接收到的数据的量。