CN106707873B - 传感集线器及应用处理器间的数据同步方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提出一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，包含以下步骤：产生及添加多个绝对时间戳至传感数据流；以及于上述绝对时间戳中的相邻二者的产生时间点间，产生及添加多个传感数据及关联于每一传感数据的相对时间戳至传感数据流。

Description

传感集线器及应用处理器间的数据同步方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种数据同步技术，特别是一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法以及使用该方法的装置。

背景技术

传感集线器用来获取不同传感器的原始数据，对其进行校准，并可使用适当的算法处理校准后数据来获得设备的姿态及其它运动信息。传感集线器可将原始数据或获得的姿态及运动信息传送给应用处理器。由于传感集线器传送的数据、姿态或信息随时间变化而变化，所以，应用处理器需要在使用该数据、姿态或信息的同时确定时间戳(timestamp)。因此，需要一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法以及使用该方法的装置，用以提升传感集线器及应用处理器间的数据传输速率(data transfer rate)。

发明内容

本发明的实施例提出一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，包含以下步骤：产生及添加多个绝对时间戳至传感数据流；以及于上述绝对时间戳中的相邻二者的产生时间点间，产生及添加多个传感数据及关联于每一传感数据的相对时间戳至传感数据流。

本发明的实施例另提出一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，包含以下步骤：从传感数据流读取识别码；判断识别码是否为时间识别码；当识别码为时间识别码时，从传感数据流读取绝对时间戳并储存绝对时间戳于应用处理器中；以及当识别码不是时间识别码时，从传感数据流读取传感数据以及相对时间戳，根据绝对时间戳及相对时间戳产生还原时间戳，以及将还原时间戳转换为相应于应用处理器中的实时计数器的计数值。

本发明的实施例另提出一种传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，包含：存储器，储存传感数据流；以及传感集线器，耦接于微传感器以及存储器。传感集线器产生及添加多个绝对时间戳至传感数据流；以及于绝对时间戳中的相邻二者的产生时间点间，产生及添加关联于微传感器的传感数据及关联于传感数据的相对时间戳至传感数据流。

附图说明

图1是依据本发明实施例的电子装置的方块图。

图2是依据本发明实施例的传感数据流格式的示意图。

图3是依据本发明实施例的改良式传感数据流格式的示意图。

图4是依据本发明实施例的传感数据流的写入方法流程图。

图5是依据本发明实施例的传感数据流的读取方法流程图。

具体实施方式

以下说明为完成发明的较佳实现方式，其目的在于描述本发明的基本精神，但并不用以限定本发明。实际的发明内容必须参考之后的权利要求范围。

必须了解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，用以表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件以及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。

在权利要求中使用如“第一”、“第二”、“第三”等词是用来修饰权利要求中的组件，并非用来表示之间具有优先权顺序，先行关系，或者是一个组件先于另一个组件，或者是执行方法步骤时的时间先后顺序，仅用来区别具有相同名字的组件。

图1是依据本发明实施例的电子装置的方块图。电子装置100包含多个微传感器(micro-sensors)130_0至130_n，耦接至传感集线器(sensor hub)110。微传感器130_0至130_n中之任一者可为被动红外线传感器(passive infrared sensor)、声音传感器(soundsensor)、加速度传感器(accelerometer)、陀螺仪传感器(gyro sensor)，或其它，n代表电子装置100中微传感器的总数。被动红外线传感器可量测视野中的物体辐射出来的红外线。声音传感器可侦测环境中的声音强度。加速度传感器可侦测适当加速的数值及方向，并且感测朝向、震动、晃动及掉落等状态。陀螺仪传感器可感测施加力量至震动组件的角速度。传感集线器110可实现于微控制单元(MCU,micro control unit)、辅助处理器(coprocessor)或数字信号处理器(DSP,digital signal processor)。微传感器130_0至130_n可以集成电路间总线(inter-integrated circuit,I²C bus)连接至传感集线器110。传感集线器110可收集微传感器130_0至130_n的原始数据，对其进行校准，并使用适当的算法将校准后数据转译成信息，例如手势、运动方向、移动距离或其他。传感集线器110可以一种结构化格式装载原始数据以及/或转译后信息并产生传感数据流。存储器170可配置一块存储器空间 171作为环形缓冲器(ring buffer)，用以让传感集线器110写入传感数据流。接着，应用处理器150可从环形缓冲器171接收传感数据流。应用处理器150 可加载及执行一或多个应用程序的程序代码，用以解读传感数据流中的原始数据以及/或转译后信息并产生控制信号，以及依据控制信号完成特定功能。

传感集线器110包含实时计数器(RTC,Real-Time Counter)115，可使用i 个比特(例如，64比特或32比特)来计算时间。在一些实施方式中，每笔传感数据前附加一个时间戳，用以表示相应于微传感器130_0至130_n中之一者的传感数据的产生时间。图2是依据本发明实施例的传感数据流格式的示意图。传感数据流包含多个数据单元(data units)200，每个单元包含四个部分：时间识别码210a、时间戳210b、传感器识别码230a及传感数据230b。时间识别码210a为一个固定值，例如“0b11111111”，用以让应用处理器110转译之后的i个比特为实时计数器115产生的时间戳210b。传感器识别码230a用以让应用处理器110转译之后j个比特的传感数据230b关联于微传感器130_0 至130_n中之何者。然而，为了使环形缓冲区171承载更多笔的传感数据，或者是让一定笔数的传感数据使用更少的存储器空间储存，以上的传感数据流格式可进一步改良。在一些实施例中，可降低传感数据流中的时间戳长度。图3是依据本发明实施例的改良式传感数据流格式的示意图。在传感数据流中，一个时间单元(time unit)310之后接着多个数据单元330。每个时间单元 310包含二个部分：时间识别码310a及绝对时间戳310b。时间识别码310a 为一个固定值，用以让应用处理器150转译之后的i个比特为实时计数器115 产生的绝对时间戳310b。每个数据单元330包含三个部分：传感器识别码 330a、传感数据330b及相对时间戳330c。应了解的是，传感数据330b及相对时间戳330c的顺序可对调，本发明并不因此受限。每笔传感数据330b可为微传感器130_0至130_n中之一者产生的原始数据或传感集线器110产生的转译后信息。传感器识别码330a用以让应用处理器150转译之后j个比特的传感数据330b关联于微传感器130_0至130_n中之何者。相对时间戳330c 可使用k个比特表示相对于最后一个绝对时间戳310b的偏移量(offset)，k小于i。在传感数据流中，传感集线器110周期性地传送绝对时间戳310b，而每段时间区间关联于相对时间戳330c使用的比特数。假设每个时钟周期为m 毫秒(ms)：每段时间区间中数据单元330的数量为以绝对时间戳310b为基准的±(2^k-1)xm毫秒或+(2^k)xm毫秒内产生的传感数据330b的数量。 TR_last±(2^k-1)或TR_last+2^k可称为计数临界值，TR_last代表最后一个产生的绝对时间戳310b。例如，当每个时钟周期为1毫秒且相对时间戳330以16个比特表示时，每段时间区间中数据单元330的数量为以绝对时间戳310b为基准的±(2¹⁵)＝±32768毫秒内产生的传感数据330b的数量。换句话说，绝对时间戳310b中之相邻二者间的相对时间戳330介于-2^k-1及2^k-1之间，或者0及 2^k之间。比较图2，每笔传感数据330b的储存可节省i-k个比特。

环形缓冲器171包含二个指针(pointers)：读指针(read pointer)及写指针(write pointer)。读指针指向环形缓冲区171中尚未被应用处理器150读取的第一个时间单元310或数据单元330的开始地址。写指针指向环形缓冲区171 中未使用空间的第一个地址。

本发明实施例提出一种传感数据流的写入方法，用以反复地产生及添加绝对时间戳310b至传感数据流，并且于任二个绝对时间戳310b的产生时间点间，产生及添加多个传感数据330b及关联于每一个传感数据330b的相对时间戳330c。图4是依据本发明实施例的传感数据流的写入方法流程图。此方法可由传感集线器110反复执行一个循环。于每次从微传感器130_0至 130_n中之一者接收原始数据后(步骤S410)，判断实时计数器115的计数值是否超过计数临界值(步骤S430)。当实时计数器115的计数值超过计数临界值时(步骤S430中“是”的路径)，依序产生并储存时间单元310及数据单元330 至环形缓冲器171(步骤S450及S470)。详细来说，于步骤S450，传感集线器 110将实时计数器115的计数值(亦可称为第一计数值)当作绝对时间戳310b，将时间识别码310a及绝对时间戳310b从写指针指向的地址开始写入至环形缓冲器171，并且移动写指针以指向环形缓冲器171中绝对时间戳310b后(亦即是时间单元330后)的下一个地址。传感集线器110可包含储存空间117，用以储存最新绝对时间戳(亦即是步骤S450中的绝对时间戳310b)。储存空间 117可以寄存器、高速缓存(cache)、闪存(flash memory)等实施。接着，于步骤S470，传感集线器110依据原始数据产生传感数据330b，以及将实时计数器115的计数值(亦可称为第二计数值)减去储存的最新绝对时间戳，用以产生相对时间戳330c。将传送的微传感器的传感器识别码330a、传感数据330b 及相对时间戳330c从写指针指向的地址开始写入至环形缓冲器171，并且移动写指针以指向环形缓冲器171中相对时间戳330c后(亦即是数据单元330 后)的下一个地址。传感集线器110当实时计数器115的计数值不超过计数临界值时(步骤S410中“否”的路径)，产生并储存数据单元330至环形缓冲器 171(步骤S470)。详细来说，于步骤S470，传感集线器110将实时计数器115 的计数值(亦可称为第三计数值)减去储存空间117中储存的最新绝对时间戳，用以产生相对时间戳330c，以及依据原始数据产生传感数据330b。将传送的微传感器的传感器识别码330a、传感数据330b及相对时间戳330c从写指针指向的地址开始写入至环形缓冲器171，并且移动写指针以指向环形缓冲器 171中相对时间戳330c后(亦即是数据单元330后)的下一个地址。此外，于步骤S470中，当移动后写指针指向的地址超过环形缓冲器171的结束地址时，传感集线器110更移动写指针以指向环形缓冲器171的开始地址。

图5是依据本发明实施例的传感数据流的读取方法流程图。此方法可由应用处理器150反复执行一个循环。首先，应用处理器150读取传感数据流中的识别码(步骤S510)，判断此识别码是否为时间识别码(步骤S530)。详细来说，于步骤S510中，应用处理器150可从读指针指向的地址读取8个比特，并且移动读指针以指向环形缓冲器171中读取的识别码后的下一个地址。于步骤S530中，应用处理器150可判断此8比特的值是否代表时间识别码，例如“0b11111111”。以上所述的8比特仅为范例，本发明不限于此。熟习此技艺人士可依据不同的设计需求改变识别码的长度。例如，当传感集线器110 连接7个微传感器时，只需要3比特就能辨认不同的微传感器及绝对时间戳。当传感集线器110连接超过256个微传感器时，则需要超过8比特才能辨认不同的微传感器及绝对时间戳。当此识别码为时间识别码(步骤S530中“是”的路径)，读取传感数据流中的绝对时间戳310b(亦即是，最新绝对时间戳)并更新储存于应用处理器150中的绝对时间戳(亦即是，前一个绝对时间戳)(步骤S550)。详细来说，步骤S550，应用处理器150可从读指针指向的地址读取i个比特作为绝对时间戳，更新储存空间157储存的绝对时间戳，以及移动读指针以指向环形缓冲器171中读取的绝对时间戳后的下一个地址。储存空间157可以寄存器、高速缓存、闪存等实施。当此识别码不是时间识别码(换句话说，此识别码为传感器识别码)(步骤S530中“否”的路径)，读取数据单元330中的传感数据330b及相对时间戳330c(步骤S571)，以及将最新绝对时间戳加上相对时间戳330c以产生还原时间戳，代表传感数据330b的产生时间(步骤S573)。详细来说，于步骤S571中，应用处理器150可从读指针指向的地址读取(j+k)个比特，解析出传感数据330b及相对时间戳330c，以及移动读指针以指向环形缓冲器171中读取的数据单元后的下一个地址。于步骤 S573中，可使用以下公式产生还原时间戳：

TS_rc＝TS_a+TS_b (1)

其中，TS_rc代表还原时间戳，TS_a代表绝对时间戳，以及TS_b代表相对时间戳。接着，由于应用程序以应用处理器150的实时计数器155产生的系统时间为准，应用处理器150将还原时间戳转换为相应于应用处理器150的实时计数器155的计数值(步骤S575)。于步骤S575中，可使用以下公式产生转换后计数值：

TS_cnv＝f(TS_rc) (2)

其中，TS_cnv代表转换后计数值，TS_rc代表还原时间戳，以及f()代表转换函数。转换函数的设计可随应用处理器150的实时计数器155及传感集线器 110的实时计数器115的不同而有所不同。可了解的是，于步骤S510中读取的传感器识别码330a、于步骤S571中读取的传感数据330b、以及于步骤S575 中转换的计数值可被传送至适当的应用程序，使得应用程序可据以产生控制信号，以及依据控制信号完成特定功能。

在一些实施例中，应用处理器150中的实时计数器155可能使用较传感集线器110中的实时计数器115为多的比特数来计数时间。例如，实时计数器155使用64比特来计数时间，而实时计数器115使用32比特来计数时间。由于实时计数器155的精确度比实时计数器115的精确度为高，经过一段长时间的计数后会累积误差。存储器170可配置一储存空间173用以让传感集线器110写入实时计数器115的目前计数值。应用处理器150可周期性地藉由设定中断寄存器190，向传感集线器110发出中断信号。传感集线器110 接收到中断信号后，立即写入实时计数器115的目前计数值至储存空间173，使得应用处理器150可从储存空间173读取实时计数器115的目前计数值。应用处理器150于此中断时间点t从储存空间173读取实时计数器115的计数值后，可使用以下公式计算误差值：

σ＝TS_p-(f(TS_t)-f(TS_t-1)) (3)

其中，σ代表误差值，TS_p代表中断周期的计数值，TS_t代表中断时间点t从储存空间173读取的计数值，TS_t-1代表前一中断时间点t-1从储存空间173读取的计数值，以及f()代表转换函数。此外，为了于转换时将误差值纳入考虑，于步骤S573中，可改使用以下公式产生转换后时间戳：

TS_cnv＝f(TS_rc)+σ (4)

其中，TS_cnv代表转换后时间戳，TS_rc代表还原时间戳，以及f()代表转换函数，以及σ代表误差值。

虽然图1中包含了以上描述的组件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其它的附加组件，以达成更佳的技术效果。此外，虽然图4及图5 的方法流程图采用特定的顺序来执行，但是在不违反发明精神的情况下，熟习此技艺人士可以在达到相同效果的前提下，修改这些步骤间的顺序，所以，本发明并不局限于仅使用如上所述的顺序。虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用以限缩本发明。相反地，此发明涵盖了熟习此技艺人士显而易见的修改与相似设置。所以，申请权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

【符号说明】

110 传感集线器；

115 实时计数器；

117 最新绝对时间戳的储存空间；

130_0、130_1、…、130_n 微传感器；

150 应用处理器；

155 实时计数器；

157 储存空间；

170 存储器；

171 环形缓冲器；

173 储存空间；

190 中断寄存器；

200 数据单元；

210a 时间识别码；

210b 时间戳；

230a 传感器识别码；

230b 传感数据；

310 时间单元；

310a 时间识别码；

310b 绝对时间戳；

330 数据单元；

330a 传感器识别码；

330b 传感数据；

330c 相对时间戳；

S410～S470 方法步骤；

S510～S575 方法步骤。

Claims (22)

1.一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，包含：

产生及添加多个绝对时间戳至一传感数据流；以及

在上述绝对时间戳中的相邻二者的产生时间点间，产生及添加多个传感数据及关联于每一上述传感数据的一相对时间戳至上述传感数据流。

2.如权利要求1所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，每一上述绝对时间戳以i个比特表示，每一上述相对时间戳以k个比特表示，以及k小于i。

3.如权利要求2所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，上述绝对时间戳中的相邻二者间的上述相对时间戳介于-2^k-1及2^k-1之间，或者0及2^k之间。

4.如权利要求1所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，更包含：

从一微传感器接收一原始数据；

判断一传感集线器中的一实时计数器的一计数值是否超过一计数临界值；

当上述传感集线器中的上述实时计数器的上述计数值超过上述计数临界值时，产生并储存一时间单元及一数据单元至一环形缓冲器；以及

当上述传感集线器中的上述实时计数器的上述计数值不超过上述计数临界值时，产生并储存上述数据单元至上述环形缓冲器，

其中，上述时间单元包含上述绝对时间戳，上述数据单元包含上述传感数据及上述相对时间戳，以及上述传感数据关联于上述原始数据。

5.如权利要求4所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，上述计数临界值为TR_last±(2^k-1)或TR_last+2^k，每一上述相对时间戳以k个比特表示，以及TR_last代表最后一个产生的绝对时间戳。

6.如权利要求4所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，上述产生并储存上述数据单元至上述环形缓冲器的步骤中，更包含：

将上述传感集线器中的上述实时计数器的上述计数值减去最后一个产生的绝对时间戳，用以产生上述相对时间戳。

7.一种传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，包含：

从一传感数据流读取一识别码；

判断上述识别码是否为一时间识别码；

当上述识别码为上述时间识别码时，从上述传感数据流读取一绝对时间戳并储存上述绝对时间戳于一应用处理器中；以及

当上述识别码不是上述时间识别码时，从上述传感数据流读取一传感数据以及一相对时间戳，根据上述绝对时间戳及上述相对时间戳产生一还原时间戳，以及将上述还原时间戳转换为相应于上述应用处理器中的一实时计数器的一计数值。

8.如权利要求7所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，上述传感数据及上述转换后计数值被传送到一应用程序，使得上述应用程序据以产生一控制信号，以及依据上述控制信号完成特定功能。

9.如权利要求7所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，使用以下公式产生上述还原时间戳：

TS_rc＝TS_a+TS_b，

TS_rc代表上述还原时间戳，TS_a代表上述绝对时间戳，以及TS_b代表上述相对时间戳，以及使用以下公式产生上述转换后计数值：

TS_cnv＝f(TS_rc)，

TS_cnv代表上述转换后计数值，TS_rc代表上述还原时间戳，以及f()代表转换函数。

10.如权利要求7所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，更包含：

传送一中断信号给一传感集线器后，读取上述传感集线器中的一实时计数器的一第一目前计数值；以及

依据上述第一目前计数值及相应于前一中断信号的一第二目前计数值计算一误差值。

11.如权利要求10所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，使用以下公式计算上述误差值：

σ＝TS_p-(f(TS_t)-f(TS_t-1))，

σ代表上述误差值，TS_p代表一中断周期的计数值，TS_t代表上述第一目前计数值，TS_t-1代表上述第二目前计数值，以及f()代表转换函数。

12.如权利要求11所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步方法，其中，使用以下公式产生上述还原时间戳：

TS_rc＝TS_a+TS_b，

TS_rc代表上述还原时间戳，TS_a代表上述绝对时间戳，以及TS_b代表上述相对时间戳，以及使用以下公式产生上述转换后计数值：

TS_cnv＝f(TS_rc)+σ，

TS_cnv代表上述转换后计数值，TS_rc代表上述还原时间戳，f()代表转换函数，以及σ代表上述误差值。

13.一种传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，包含：

一存储器，储存一传感数据流；以及

一传感集线器，耦接于一微传感器以及上述存储器，用以产生及添加多个第一绝对时间戳至上述传感数据流；以及于上述第一绝对时间戳中的相邻二者的产生时间点间，产生及添加关联于上述微传感器的一第一传感数据及关联于上述第一传感数据的一第一相对时间戳至上述传感数据流。

14.如权利要求13所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，每一上述第一绝对时间戳以i个比特表示，每一上述第一相对时间戳以k个比特表示，以及k小于i。

15.如权利要求14所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，上述第一绝对时间戳中的相邻二者间的上述第一相对时间戳介于-2^k-1及2^k-1之间，或者0及2^k之间。

16.如权利要求13所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，上述传感集线器从上述微传感器接收一原始数据；判断上述传感集线器中的一实时计数器的一计数值是否超过一计数临界值；当上述传感集线器中的上述实时计数器的上述计数值超过上述计数临界值时，产生并储存一时间单元及一数据单元至上述存储器中的一环形缓冲器；以及当上述传感集线器中的上述实时计数器的上述计数值不超过上述计数临界值时，产生并储存上述数据单元至上述环形缓冲器，

其中，上述时间单元包含上述第一绝对时间戳，上述数据单元包含上述第一传感数据及上述第一相对时间戳，以及上述第一传感数据关联于上述原始数据。

17.如权利要求16所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，上述传感集线器将上述传感集线器中的上述实时计数器的上述计数值减去最后一个产生的第一绝对时间戳，用以产生上述第一相对时间戳。

18.如权利要求13所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，更包含：

一应用处理器，耦接至上述存储器，用以从上述传感数据流读取一识别码；判断上述识别码是否为一时间识别码；当上述识别码为上述时间识别码时，从上述传感数据流读取一第二绝对时间戳并储存上述第二绝对时间戳；以及当上述识别码不是上述时间识别码时，从上述传感数据流读取一第二传感数据以及一第二相对时间戳，根据上述第二绝对时间戳及上述第二相对时间戳产生一还原时间戳，以及将上述还原时间戳转换为相应于上述应用处理器中的一实时计数器的一计数值。

19.如权利要求18所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，上述第二传感数据及上述转换后计数值被传送到由上述应用处理器执行的一应用程序，使得上述应用程序据以产生一控制信号，以及依据上述控制信号完成特定功能。

20.如权利要求18所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，上述应用处理器传送一中断信号给上述传感集线器后，读取上述传感集线器中的一实时计数器的一第一目前计数值；以及依据上述第一目前计数值及相应于前一中断信号的一第二目前计数值计算一误差值。

21.如权利要求20所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，使用以下公式计算上述误差值：

σ＝TS_p-(f(TS_t)-f(TS_t-1))，

σ代表上述误差值，TS_p代表一中断周期的计数值，TS_t代表上述第一目前计数值，TS_t-1代表上述第二目前计数值，以及f()代表转换函数。

22.如权利要求21所述的传感集线器及应用处理器间的数据同步装置，其中，使用以下公式产生上述还原时间戳：

TS_rc＝TS_a+TS_b，

TS_rc代表上述还原时间戳，TS_a代表上述第二绝对时间戳，以及TS_b代表上述第二相对时间戳，以及使用以下公式产生上述转换后计数值：

TS_cnv＝f(TS_rc)+σ，

TS_cnv代表上述转换后计数值，TS_rc代表上述还原时间戳，f()代表转换函数，以及σ代表上述误差值。