CN113778928A - 物理接口模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理接口模块，尤其是那些用在消费电子设备上的物理接口。在其中实施所公开发明实施例的处理器包括用于连接至且与外围设备进行通信的物理接口，该外围设备被配置为根据标准通信协议或适于具有更好带宽效率性能的一个不同协议进行操作。该处理器包括用于检测附加的外围设备使用的是两个协议中的哪个的装置，以及配置该物理接口以根据所检测的协议进行操作的装置。本发明允许通过已有的标准化的物理接口硬件执行新的、带宽高效通信协议，从而使得在消费电子工业内更容易接受新协议。带宽高效通信协议有利地使得更便利地传送媒介内容或使得大数据应用被更方便地处理。

Description

物理接口模块

本申请是申请日为2015年6月19日、申请号为201510429860.1、发明名称为“物理接口模块”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开一般地涉及消费电子领域，且更特别地涉及用于数字媒体消费电子设备的外围接口或通信接口，这样的外围接口或通信接口一般地包括物理“层”和协议“层”。本发明在多芯片系统领域提供特别的优势，其中专属芯片以特别的非标准方式连接至具有标准接口的芯片。

背景技术

很多消费电子(Consumer Electronic，CE)设备包括标准通信接口例如USB接口、以太网接口或HDMI接口等。这些也可被称为外围接口，因为它们有时为了允许消费电子设备和外围设备之间的通信。当涉及与外围接口关联的硬件或该外围接口的全部或部分可视硬件组件时，例如连接垫，术语物理接口有时被使用。物理接口有时被当作与电子连接器，即用于连接电子线路的电子机械设备同义。术语“物理层”有时被用于描述该接口的此物理方面。接口模块包括物理层和协议层。

这样标准接口，通过它们的特性被标准化，即不得不适应在它们努力满足的存在的标准之前所存在的很多不同类型的协议，通常根据次于理想的标准化协议结束机能。为了足够灵活以被先前存在的协议的用户所接受，该标准化的协议一般包括很多开销，其可能最终致使该标准不适合于要求非常高性能的情况。

例如，由于协议开销，已存在的USB、以太网或HDMI标准不总是适合于点对点的高速通信。特别地，在媒介内容保护领域，基于外部安全令牌交换的内容和“大数据”保护，有需要对于高性能通信接口具备低协议开销，以便简单地获得需要的带宽以获得处理该大量的要被传输的数据所需的吞吐量。术语“大数据”一般在工业中被接受作为具有超出通常使用的软件工具在容许通过获取、组织、管理和处理来达到给定目标的耗时内获取、组织、管理和处理能力的大小的有意义数据或数据集。

欧洲专利申请公开号2,407,916A1公开了一种能以通用方式使用设备物理接口的已存在管脚的方式，由此该设备物理接口的相同垫可被自动重配置以基于在该接口的供电管脚上检测的电压水平根据一个或另一个通信协议进行操作。这允许具有所述发明的物理接口的设备能简单并便利地调整其接口以在需要时能提供更大的吞吐量。

现有技术中存在一个问题，即如何使得拥有包括这种接口的物理层和协议层的专属通信接口的第一芯片制造商，允许所述第一芯片制造商拥有的特定优势的专属功能以最优化的方式实现。例如，该第一芯片制造商具有特定专属流处理功能，其包括解密所接收的视频流，包括特定的安全处理功能。该流处理功能需要非常大的吞吐量，其不能由任何已知标准接口处理且甚至可能需要比在特定标准接口上可用更多的管脚。该视频流从由第二芯片制造商所有的芯片(即第三方芯片)(或另一外部片上系统(System on a Chip，SOC)电路)中接收，并且因此两个芯片的组合要求第一芯片制造商能够将完整功能提供给潜在客户、其拥有的一个芯片以及其没有拥有的另一芯片。

该第二芯片制造商还希望他的芯片卖给很多不同的芯片制造商而不仅仅是该第一芯片制造商。因此，第二芯片制造商使得该视频流通过标准接口例如USB 3.0或HDMI等可被利用。由于这会使第二芯片制造商更难将他的芯片卖给第一芯片制造商之外的其他芯片制造商，因此第二芯片制造商没有动机调整他的标准接口以优化其与第一芯片制造商的芯片一起使用。然而该第一芯片制造商要求第二芯片制造商的接口能根据其(第一芯片制造商)改进的协议进行操作从而当在市场中被提供用于出售时，这两个芯片的组合将提供比竞争者提供的类似组合明显的优势，该竞争者不拥有由第一芯片制造商拥有的上述有优势的协议，从而允许第一芯片制造商获得市场份额。

对于第二芯片制造商，一种方案会是仅在由第一芯片制造商使用的芯片上增加辅助接口。然而，由于所涉及的额外开销以及完成新标准化工作所需的很长引导时间，消费电子设备制造商通常不愿意通过和在上述已有的标准接口上增加新的通信接口。由于这个原因，当消费电子设备例如机顶盒、“连网电视”、平板电脑、智能手机、DVD播放器、游戏控制台等中需要高速点对点通信时，在提供内容保护或大数据保护中仍然存在问题。

发明内容

公开了一种调整物理层和协议层的手段，以允许使用标准物理接口且尤其在该数字媒介执行安全保护程序的地方方便地实现专属通信接口。

本发明涉及物理接口，尤其那些用在消费电子设备上的物理接口。在其中配置所公开发明实施例的模块包括用于连接至且与外围模块进行通信的物理接口，该外围模块被配置为根据专属协议进行操作，该专属协议优选地适于比已知标准协议具有更好的带宽效率性能。该模块包括用于检测附加的外围设备使用的是两个协议中的哪个协议的装置，以及配置该物理接口以根据所检测的协议进行操作的装置。由于所涉及的额外开销以及由于经历标准鉴定过程所涉及的通常非常长的引导时间，消费电子制造商不愿意将新的通信接口添加至他们的设备上。因此，本发明允许通过已有的标准化的物理接口硬件执行新的、带宽高效通信协议，从而使得在消费电子工业内更容易接受新协议。带宽高效通信协议有利地使得更方便地传送媒介内容或使得大数据应用被更方便地处理。

根据本发明的第一方面，公开了一种片上系统SoC，根据权利要求1，包括被配置为通过与处理器关联的第一物理接口模块以及通过与外围设备关联的第二物理接口模块与外围设备进行通信的处理器。

根据权利要求9，还公开了一种用于管理片上系统的处理器和外围设备之间通信的方法。

本发明的实施例提供的进一步优点是通过在SoC上不包括特别的接口，竞争者不需要知道他们正在以标准方式使用的相同的SoC芯片能够实际上实现替代的有特别优势的专属协议。

附图说明

凭借下面被给出作为本发明实施例的非限制性示例的具体实施方式和附图，本发明将被更好地理解，即：

图1示出了可在其中配置本发明实施例的系统。

具体实施方式

本发明的实施例使用传统标准物理接口例如USB、以太网、HDMI、eSATA等的连接。这些接口以及一些其他没有被特别提及的专属接口，如上所讨论的，根据不利地影响用于“大数据”应用的带宽的协议进行操作。本发明的各方面目的在于提供包括全部或一些标准接口连接(物理接口)的新接口，该新接口被配置用于提高通信速度和效率。根据某些实施例，该新接口不使用标准接口协议堆栈而仅仅利用标准接口连接的已有足迹，且更一般地，利用很多消费电子设备具有这种已有物理接口的事实。通过协议，其意味着由模块执行的一组一个或多个功能允许其根据给定的标准进行操作，该标准是通常被接受的工业标准或新近提出的标准。

在本发明的上下文中，USB包括USB2.0、USB3.0、迷你USB(mini-USB)和微USB(micro-USB)。

根据本发明的实施例，提供简化的协议层以代替在传统标准接口(USB、以太网、HDMI……)中使用的原有协议，该简化的协议层在已有标准接口的全部或部分连接上实现。以这样的方式，已有通信接口的全部或部分低级别物理接口可被开发以使用该提出的简化协议层。使用通过该通信接口引入的不同类型的令牌，检测装置确定是否使用该简化的协议。若令牌的原有类型由在其中配置本发明实施例的设备所检测，则该设备会期望该接口根据原有协议进行操作，并且因此将配置其自身，并且该接口可能根据该原有协议进行操作。另一方面，如果检测到新型的令牌，则该设备和接口根据该简化的协议进行操作。

通过根据一个或其他协议的操作，意味着允许模块的通信接口依照一个或其他标准运行的功能或程序的执行。例如，根据一个或其他协议进行操作可包括不同地解释通信接口的一组一个或多个连接管脚，或者不同地路由一个或多个接口信号至不同块或相同块的不同管脚。一个或多个连接管脚或信号可以在一个协议中被忽略而在另一协议中充当一定的目的。一个协议中可能期望在相同的管脚或信号上有不同的电压水平而在另一个协议中却不是。在一个协议和另一个协议之间可能会执行不同的软件程序。

根据一个实施例，操作的默认模式可用于该通信接口根据原有协议进行操作，因此主机设备被配置为实现该原有协议。在这种情况下，主机可被触发以根据新协议(例如简化的)进行操作，从而配置该通信接口根据新协议进行操作。反过来，操作的默认模式可用于该通信接口根据原有协议进行操作，其中该主机设备可被触发以根据该原有协议进行操作。

要操作的正确协议可由在接口上检测到的令牌的类型触发。根据本发明的不同实施例，该检测机制可基于例如电压检测、电流检测、电流供应模式、阻抗检测、频率检测或逻辑状态的检测或甚至自测试结果或定时器状态(例如超时)的检测。

根据一个实施例，一方面设备将操作哪个协议的决定可基于该设备的上电被确定或该设备能检测连接至该接口的外设。另一方面，当该设备被通电时可以采取该决定。在这种情况下，通常当外设首先连接至该接口时而该设备正在操作或当外设的改变被做出时而该设备正在操作。

图1示出了可在其中配置本发明实施例的系统。该系统包括第一芯片和第二芯片。该第一芯片被配置为根据在某些方面有特别优势的专属通信协议进行操作，例如在带宽的有效使用方面，从而导致数字音视频内容的特别大的文件的可能交换和快速处理。(例如，可以考虑400MB全I/O双工以提供在这方面的优势操作)。相应地，该第一芯片包括特别适合该专属通信协议的专属通信接口，即其被配置为根据该专属协议进行操作。该第二芯片包括具有标准数目的管脚(即与想要操作的标准兼容的数目的管脚)的标准通信接口例如像USB2、USB 3、HDMI或以太网接口。根据实施例，该第二芯片进一步被配置为检测外设何时连接至其通信接口，且在此情况下检测该外设在何处能根据该专属协议进行操作，以重配置其接口垫与该专属协议兼容，且使得其通信接口的硬件和软件根据该专属协议进行操作。

要注意的是，不是如上所述具有两个芯片，在其中配置本发明实施例的系统可代替展示自身而作为所谓的“SoC”或“片上系统”，其中所描述的第一芯片是第一模块而所描述的第二芯片是第二模块，这两个模块被集成至一个集成电路作为本发明方案的一部分。例如通常该第一模块是专属于第一(硅)解决方案厂家的模块，而该第二模块是专属于第二(硅)解决方案厂家的模块，优选地是可由大量不同第三方硅解决方案厂家或将这些模块集成在芯片上从而实现特定功能的消费者所使用的标准模块。

根据本发明实施例的一方面，第一模块，称为视频流处理模块，其包括安全译码功能，包括被配置用以执行专属协议以将视频内容传送至第二模块和/或从第二模块接收的块。例如，该专属功能可允许获得在两个模块之间的400MB I/O全双工数据的传送率。根据另一方面，第二模块包括标准接口块，例如USB 3接口块。作为标准接口块，其被配置为能检测哪种类型的设备连接至它。正如现有技术中已知的是，这种检测装置包括检测所连接的设备能处理多少数据率，检测其是否能执行全双工或半双工，检测所连接设备正使用的接口类型(例如，USB 2或USB 3等)。根据该实施例，该第二模块通过重分配一个或多个已有的管脚以根据该专属协议进行操作而被进一步配置为根据该专属协议进行操作。换句话说，其适于能够根据该专属协议重配置其管脚，即重配置物理层。该第二模块被进一步配置为能在软件级根据专属协议进行操作，即重配置其协议层。为了能重配置该接口，并且从而实现该专属协议，第二模块被进一步配置为在上述标准检测程序之前执行新的检测程序，且若需要则代替标准检测程序，从而允许该第二模块重配置其自身以根据该专属协议进行操作。

根据一个实施例，该检测协议包括从第二模块发送命令至与该接口连接的模块，等待回复，依赖于该回复切换接口以根据标准协议或根据专属协议来进行操作。

根据另一个实施例，不是具有协议定义的检测过程，该检测过程可以是硬件和/或软件以检测连接至该接口的设备是否被配置为至少基于该专属协议特有的预定表现的特征来根据标准协议或根据专属协议进行操作。

该专属协议可使用来自第二模块的接口的任意数目的管脚至根据其适于执行的标准协议可用的最大总数目管脚。因此，该第二模块被配置为根据专属协议的需求重分配其任意数目接口管脚的功能。另外，当检测到与该专属协议兼容的模块被连接至该接口而不是执行该标准步骤时，该第二模块适于根据该专属协议执行协议步骤，该标准步骤将正常执行在模块被检测时哪个使用该标准接口。

根据本发明另一方面的实施例，提供了一种包括第一模块和第二模块的系统，该第一模块与该第二模块通过两者连接的接口相关联。第一模块上的接口被配置为根据专属协议进行操作，而第二模块的接口被配置为能够根据标准协议进行操作。当检测到其连接至根据专属协议进行通信的模块时，第二模块被进一步配置为能根据专属协议重分配其接口的管脚。当检测到其连接至根据专属协议进行通信的模块时，第二模块被进一步配置为根据专属协议执行操作。

根据本发明的不同实施例，由第二模块进行的第一模块性能的检测可基于各种参数而被执行，这些参数与接口的一个或多个管脚相关联，包括电气属性或与软件协议相关联的属性。当在其中配置本发明实施例的系统是包括具有根据本发明实施例适配的标准物理接口的模块和适于执行本发明专属协议的模块的集成电路的情形时，该检测可在通电时被执行。若在其中配置本发明实施例的系统包括能互相插入的独立模块，则该检测可在特定模块互相插入或拔出的任何时间被重复执行。检测装置可包括对设备或模块上电方式的检测，例如缓慢上升供电、快速上升供电、一个特定管脚(或多个特定管脚)被拉低或拉高时上电(或根据预定模式进行配置管脚的组合)。可选地，可使用自测试序列，其中检测特定的预定模式。根据其他实施例，可从外设接收特定模式的比特，其中具有标准兼容接口的模块解释为用于配置接口根据一个或其他协议进行操作的触发器。

图1示出了可在其中配置本发明实施例的系统。在该图中，第二模块，可在其中配置本发明实施例，被称为处理器(PROC)。该处理器(PROC)包括通信接口模块(INTH)即物理接口模块。该接口模块(INTH)具有连接器(CONNH)，其在图1的示例中被示出为具有一组四个管脚，尽管其可以具有任何标准通信协议所需数目的管脚。该物理接口模块(INTH)也可以具有控制器(CTL)以根据通信协议管理该接口模块的操作，该控制器被进一步配置为根据不同于该标准协议的专属通信协议管理该接口模块的操作。该控制器进一步可包括用于存储对该控制器有用的指令或值的存储器。

该物理接口模块(INTH)被配置为根据至少其中一个标准协议(P2)进行操作。该物理接口模块(INTH)被进一步配置为能根据至少一个其他(可选的)通信协议(P1)专属协议进行操作。优选地，该专属通信协议(P1)应当比标准协议(P2)具有更高效的带宽性能。

在图1中，该专属模块被称为外围设备(PER)。物理接口模块(INTH)仍进一步被配置为可选择地切换以操作这两个协议(P1、P2)中的任一个。为此，该物理接口模块(INTH)包括为了控制这两个协议(P1、P2)之间切换的检测器(DET)。能检测连接至用于链接该处理器(PROC)和外围设备的通信总线的外围设备(PER)被配置以哪个协议(P1、P2)进行操作的任何检测器(DET)将可用。例如，如在图1中所示，该外围设备(PER)被配置为根据一个更加高效带宽的协议(P1)进行操作且包括具有带三个管脚的连接器(CONNP)的通信接口(INTP)。在这种情形中，处理器(PROC)上的检测器(检测装置)(DET)可被配置用以检测其接口模块(INTH)的连接器(CONNH)的管脚之一何时未被使用。这可以例如将开路检测器或短路检测器使用作为检测装置而被完成。当该检测器(DET)检测到仅有三个管脚在被使用，其接着可编程或其他方式配置该接口模块以根据该高效带宽协议(P1)进行操作。反过来，若外围设备在其接口模块上具有四个管脚，配置为根据标准协议进行操作，则该检测器(DET)检测该外设使用接口(INTH)的全部触头，且该接口(INTH)被重配置以根据该标准协议(P2)进行操作。该检测器(DET)可以采取例如上述的任何形式，只要其允许该接口模块(INTH)获知其连接至哪种类型的外设。

根据一实施例，该物理接口模块包括被配置为管理该接口的根据任一标准通信协议或一可选通信协议(专属通信协议)的操作的控制器，该可选的通信协议允许通过通信总线的更高效的数据吞吐量，且因此更适于“大数据”应用。该接口模块也可包括存储器，用以为该控制器存储命令或变量或其他值。

根据本发明实施例的接口模块的一个示例，在其中该检测装置使用电子检测，可以是一包括电流测量装置即安培计的接口模块。在这个示例中，该外围设备的操作电流使用该检测装置(即安培计)进行测量。安培计的输出被用于触发接口根据一个或其他协议进行操作。在此例子中，公知的是根据原有(标准)协议进行操作的外围设备具有低于预定阈值的电流损耗，而根据新的具有较少开销的更高带宽效率协议进行操作的外围设备具有远高于该预定阈值的电流损耗。通过包括电流测量模块以测量在通信接口的供电管脚上的电流以及比较器以检测外设供电电流是高于还是低于该预定阈值，该接口模块(并且从而该假定的标准模块)能确定外围设备(专属模块)应根据该原有(标准)协议或是新的(专属)协议进行操作，并且从而配置其自身(包括该接口)根据所检测的协议进行操作。该接口包括检测装置以检测通信接口何时将被根据该原有协议或该新协议进行操作，以及多路复用装置以允许接口管脚根据所检测的协议被重配置，从而绕过一个协议以支持另一个协议。

相对于该标准(或原有)协议简化该新协议可包括相对于原有协议提高带宽使用率、使用更简化的芯片设计或仅使用公知的已有协议以提供更好的带宽效率。

Claims (15)

1.一种片上系统(SYS)，包括处理器(PROC)和外围设备(PER)，该处理器(PROC)被配置为通过与处理器(PROC)关联的第一物理接口模块(INTH)和与外围设备(PER)关联的第二物理接口模块(INTP)与该外围设备(PER)进行通信，该第一物理接口模块(INTH)包括第一组管脚，被配置为根据标准通信协议(P2)进行操作，该第二物理接口模块(INTP)包括第二组管脚，被配置为根据不同于该标准通信协议(P2)的专属通信协议(P1)进行操作，该片上系统(SYS)的特征在于该第一物理接口模块(INTH)包括控制器(CTL)，其被配置为依照该标准通信协议(P2)和根据使用第一组管脚或其子集的专属通信协议(P1)管理经由该第一组管脚通过第一物理接口模块(INTH)的通信，且基于协议选择信号(MODE)在该标准通信协议(P2)和该专属通信协议(P1)之间进行选择，该第一物理接口模块(INTH)进一步包括被配置为监控该第一组管脚且基于与该第一组管脚中的一个或多个管脚关联的至少一个预定参数提供该协议选择信号(MODE)的检测器(DET)。

2.根据权利要求1所述的片上系统，其特征在于，该标准通信协议(P2)是从USB 2、USB3、以太网、HDMI或eSATA的群组中选择的一个。

3.根据权利要求1所述的片上系统，其特征在于，第一物理接口模块(INTH)的第一组管脚包括数目大于或等于第二物理接口模块(INTP)的第二组管脚的管脚数目的管脚。

4.根据权利要求1所述的片上系统，其特征在于，专属通信协议(P1)被配置为在链接该处理器(PROC)和该外围设备(PER)的通信总线中提供比该标准通信协议(P2)更快的通信。

5.根据权利要求1所述的片上系统，其特征在于，该检测器(DET)被配置为通过测量该第一组管脚的至少一个管脚上的电特性来确定与该第一组管脚的一个或多个管脚关联的参数，且基于该测量的电特性来提供该协议选择信号(MODE)。

6.根据权利要求5所述的片上系统，其特征在于，该电特性是电流、电压、阻抗、频率或逻辑电平所组成的群组中的一个，该协议选择信号(MODE)分别基于所测量的电特性与从阈值电流、阈值电压、阈值阻抗、参考频率或参考逻辑电平所组成的群组中选择的参考电特性之间的比较。

7.根据权利要求5所述的片上系统，其特征在于，该检测器(DET)是被配置为检测该第一组管脚中的至少一个管脚处于开路的开路检测器，该协议选择信号(MODE)基于是否检测到开路。

8.根据权利要求5所述的片上系统，其特征在于，该检测器(DET)包括用于通过该第一组管脚的一个或多个管脚接收一个或多个比特的序列的寄存器，该协议选择信号(MODE)基于一个或多个比特的预定序列和所检测的一个或多个比特的序列之间的匹配。

9.一种用于管理片上系统(SoC)的处理器(PROC)和外围设备(PER)之间的通信的方法，该处理器(PROC)通过与该处理器(PROC)关联的第一物理接口模块(INTH)和与该外围设备(PER)关联的第二物理接口模块(INTP)与该外围设备(PER)进行通信，该第一物理接口模块(INTH)包括第一组管脚，根据标准通信协议(P2)进行操作，该第二物理接口模块(INTP)包括第二组管脚，根据不同于该标准通信协议(P2)的专属通信协议(P1)进行操作，该方法的特征在于该方法包括如下步骤：

通过被包括在该第一物理接口模块(INTH)中的检测器(DET)监测该第一组管脚，并且基于与第一组管脚的一个或多个管脚关联的至少一个预定参数提供协议选择信号(MODE)，

通过被包括在该第一物理接口模块(INTH)中的控制器(CTL)基于该协议选择信号(MODE)在该标准通信协议(P2)和该专属通信协议(P1)之间进行选择，以及

依照该标准通信协议(P2)和根据使用该第一组管脚或其子集的专属通信协议(P1)管理经由该第一组管脚通过第一物理接口模块(INTH)的通信。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该标准通信协议(P2)是从USB 2、USB 3、以太网、HDMI或eSATA的群组中选择的一个。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该第一物理接口模块(INTH)的第一组管脚包括数目大于或等于该第二物理接口模块(INTP)的第二组管脚的管脚数目的管脚。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括：由专属通信协议(P1)在链接该处理器(PROC)和该外围设备(PER)的通信总线中提供比该标准通信协议(P2)更快的通信。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括：由检测器(DET)通过测量第一组管脚的至少一个管脚上的电特性来确定与该第一组管脚的一个或多个管脚关联的参数，且提供协议选择信号(MODE)，所测量的电特性是电流、电压、阻抗、频率或逻辑电平所组成的群组中的一个，该协议选择信号(MODE)分别基于所测量的电特性与从阈值电流、阈值电压、阈值阻抗、参考频率或参考逻辑电平所组成的群组中选择的参考电特性之间的比较。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括：由该检测器(DET)检测第一组管脚中的至少一个管脚处于开路，该协议选择信号(MODE)基于是否检测到开路。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：通过该检测器(DET)的寄存器经由该第一组管脚的一个或多个管脚接收一个或多个比特的序列，该协议选择信号(MODE)基于一个或多个比特的预定序列和所检测的一个或多个比特的序列之间的匹配。

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