CN1511395A - 提供用于计算机系统的无线电模块的方法和设备 - Google Patents

Abstract

符合FCC有限模块批准的无线电模块包括无线收发器和低层基带控制器。在所述控制器中仅包括和无线通信协议有关的一部分基带。基带的其余部分可被包括在所述模块耦合到的主计算机系统中，从而对于一个实施例来说，所述模块可以根据多个无线通信协议之一有选择地加以操作。

Description

提供用于计算机系统的无线电模块的方法和设备

本发明涉及计算机系统，更具体地说，本发明涉及如下的无线电模块，所述无线电模块被划分成以协议的灵活性来满足政府规章。

背景

移动计算机系统，从小型手持电子设备到专用电子组件，诸如机顶盒这样的专用电子组件，到普通大小的笔记本和膝上型系统，开始在我们的社会中变得越来越普及。不像与它们相对应的对称多处理设备，例如服务器、工作站、和高端桌面系统，移动计算机系统典型地包含一个与各种外围设备相耦合的、单独的、基本主处理器。计算机系统设计者一直努力向用户提供更多的功能而不用显著地提高系统成本。然而，每个额外的功能典型地对应于在计算机系统中增加的额外的组件，从而导致尺寸和花费的增加。

附图简述

本发明通过实例来举例说明，并且不局限于所附的图，在所附图中相同的附图标记代表相似的元件并且在所附图中：

图1a-d是根据本发明的实施例构成的系统；

图2a是根据本发明的实施例构成的处理器；

图2b是展示本发明的方法的流程图；以及

图3是根据本发明另外一个实施例构成的计算机系统

详细描述

根据本发明的一个实施例，在主计算机系统和无线电模块之间提供一个可扩展接口(在这里被称为“协调接口”)。这个模块满足国际无线电的法定要求，但是可以不专用于任何给定的无线电通信协议。在协调接口的另一侧驻留一个如下的通用协议引擎，所述通用协议引擎可以操纵该无线模块以满足一个给定的无线通信协议。在所述协议引擎之上驻留普通操作系统(OS)驱动器栈，所述驱动器栈接着可以连接到所述主计算机系统的不同联网和外围的驱动器。

通过这种类型的划分，无线电模块可以被设计成依据多个无线通信协议来操作。所述协调接口可以把这一无线电模块连接到如下的主计算机系统，所述主计算机系统然后为该模块执行高层基带处理。通过动态地改变所述主系统中的源代码，不同的无线通信协议可以被仿真。

例如，如下的一个模块可以被创建，所述模块依照蓝牙*(所述的蓝牙*如在例如“Specification of the Bluetooth System(蓝牙系统规范)”，v1.0b，12月1日，1999中所描述的)、HomeRF*共享无线接入协议(SWAP)(如在例如“共享无线接入协议(SWAP)规范”，V.1.0，1月5日，1999中所描述的)、和IEEE802.11(如在例如“IEEE标准802.11”1999版本中所描述的)协议操作。所述协议可以随着用户环境的改变而动态地改变(所述用户环境例如在路上、在办公室里、或者在家里)。除了这些短程无线通信协议，如果将合适的模块连接到所述协调接口，则远程无线通信协议也是可以被仿真的，例如第三代(3G)蜂窝通信协议。(^*商标和品牌它们相应所有人的财产)。

通过正确的划分基带，这样的设计也可以允许主计算机系统的主处理器执行一些更高层的基带处理。利用协调接口，计算机系统的主处理器可以自然而然地执行基带处理功能，由此通过减少为支持无线电模块对独立的、专门化处理硬件的需求来降低系统的成本。为了执行这些功能，主处理器可以包含传统处理器所没有的如下增强功能，所述增强功能使得主处理器可以处理实时事件，诸如那些和无线通信协议相关联的实时事件。

关于本发明实施例的更详细的描述，包括不同的配置和实现，将在下面被提供。

无线模块

尽管下面的很多论述是集中在蓝牙技术上，包含蓝牙基带，但是可以理解在这里讨论的概念可以更广泛地应用于几乎任何的无线通信协议及其对应的基带。

无线蓝牙模块的当前划分遵循用于实现的硅技术。蓝牙模块的射频(RF)模拟部分典型地是使用BI-CMOS工艺制造的，并且驻留在一个设备中(举例来说，收发器)。其余的微控制器部分典型地是使用CMOS工艺制造的，并且驻留在一个独立的设备中，此处被称为短程无线基带控制器。

蓝牙系统是基于无线电技术的。因此，与许多国家专用的规章需求相符合对于蓝牙协议的成功是很重要的。这些需求通常由政府机构来追踪，例如，包括美国的联邦通信委员会(FCC)和日本的邮电部(MPT)。他们的需求规定了在他们各自的国家中满足条件的无线电是如何运作的。当一个要出售的产品被组装完成后，它就被送到一个政府机构批准的测试设施以便测试和认证。在这种测试结束(这个大约要用两个月或者更多的时间)并且产品被认证后，所述产品将得以在这个国家的市场中销售。

为了加速这种设备的产品推广，一个被称作符合声明(DoC)的过程被创建了。这个过程允许一个公司来根据设备是用预测试(和预认证)的组件组装的这一实时来预认证所述设备。通过使用预认证的组件组装一种设备可以允许公司通过Doc过程来自我认证它们的最终产品。在美国，为了实现无线模块的预认证，这个模块需要满足有限模块批准(Limited Modular Approval)(LMA)的要求，有限模块批准在2000年6月26日出版的名称为““Part15 Unlicensed ModularTransmitter Approval”的FCC出版物中有所描述，。

根据本发明的一个实施例，一个满足FCC的LMA要求的无线电模块被提供，从而使得OEM可以使用DoC过程来自我认证它们的并入了所述模块的最终用户产品。这从产品的开发周期中除去了FCC无线电认证过程，这一过程通常是与在产品中集成一个蓄意的RF发射器相关联的。当前对LMA的DoC要求扩展到蓝牙链路管理协议的等价内容，并且因为在上面描述的当前基于制造的划分，为了获得LMA，无线电模块可以包含整个蓝牙基带。

例如，参看图1a的计算机系统，其中包含耦合到总线控制逻辑310(它典型地是系统芯片组)的处理器305、存储器315和输入输出(I-O)设备320。短程无线基带控制器330包含和用于操作收发器335的完全基带相关联的逻辑，所述完全基带例如是蓝牙基带。换句话说，基带控制器330包含用于支持无线通信协议的完全基带的所有逻辑。另外，控制器330包含总线接口逻辑，用于和芯片组的总线控制逻辑310以及收发器335进行通信。

基于这种划分，满足对LMA的要求的模块会包含图1a中的收发器335和短程无线基带控制器330。一种对于基带的升级或者其他修改，包含在控制器330中，可以因此要求这种模块的重新认证。另外，如果任何一种基带处理都由主计算机系统实现，那么这样的模块就不剩什么了，从而增加了系统的成本。另外，把控制器330集成到主计算机系统中会引起剩下的收发器335不受DoC过程的影响，因为它不满足LMA要求。

根据本发明的一个实施例，图1a中的短程无线基带控制器330被分割，从而使得一些基带可以被集成到主计算机系统的一个或者多个设备中。没有被集成到主系统中的、基带中的这部分对应于链路管理协议，因此使得这部分可用，并且和收发器一起满足DoC过程的LMA要求。

例如，参看图1b中的计算机系统，其中包含处理器305、存储器315和I-O设备320。这些部件和总线控制逻辑311相耦合。总线控制逻辑311包含一个集成的高层基带控制器312，该高层基带控制器与蓝牙(或者其他的无线通信协议)基带的高层部分相关联，在前面被包括在图1a的控制器330中。基带的其余的低层部分，在前面被包含在控制器330中，现在被包含在低层基带控制器331中。根据本发明的一个实施例，该控制器和收发器336一起，现在组成新的无线电模块340，并且这个模块通过一个协调接口和包含高层基带控制器312的总线控制逻辑311相耦合。

在图1b中的无线电模块340可以由FCC(或者国外的相似机构)使用LMA和DoC过程进行预认证，并且作为独立的、附加的组件销售给计算机系统制造商，用于连接到他们的系统上。根据本发明的一个实施例，无线电模块340包含外部可访问I-O端口，所述端口与该模块中的I-O缓冲器相耦合。这些互连可被设计成和主计算机系统的一个或多个组件相耦合，从而使得该模块和主计算机系统之间能够通信。

通过总体地设计图1b中的无线电模块340，该模块可以支持多个协议，并且每个协议都可共享包含在无线电模块340中的基带部分的一些段。协议专用基带处理在基带的高层部分加以执行，基带的高层部分由集成到总线控制逻辑311中的高层基带控制器312调整。可以由可能包含或不包含直接用户交互的一个或多个软件程序来至少部分地基带协议选择和操作。这些程序可以驻留或至少部分地驻留在任何机器可访问的介质上，譬如磁盘(举例来说，硬盘或者软盘)、光盘(举例来说，CD或者DVD)、半导体设备(举例来说，闪存，EPROM或者RAM)、或者载波，所有这些由图1a-c的I-O设备320统一表示。

根据本发明的一个实施例，单个无线电模块可以根据用户的环境运行不同的协议。例如，当旅行的时候，用户可使用这个模块去执行蓝牙协议。在办公室里，用户可使用这个模块去执行IEEE 802.11协议，以及在家里，用户可以使用这个模块去执行SWAP/Home-RF协议。根据本发明的另外一个实施例，这个模块支持也在2.4GHz频带下操作的其他无线通信协议。可选地，这个模块也可以被修改用来支持在其他无线电频带下操作的无线通信协议。

根据本发明的一个实施例，高层基带协议(基带处理)由图1b中的主处理器305加以执行(或者由其加以辅助)，所述主处理器可以被修改用来支持下面描述的实时事件处理。可选地，全部或者部分的高层基带处理可由嵌入到总线控制逻辑311中的控制逻辑加以执行。对于本发明的另一个实施例，高层基带协议由主系统的外围控制器加以执行(或者由其加以辅助)，如下面结合图1c所做的描述。

图1C中的计算机系统包含通过总线控制逻辑310相耦合的处理器305、存储器315和I-O设备320。另外，嵌入式控制器325被耦合到总线控制逻辑310。例如，嵌入式控制器325可以是一个键盘控制器或者远程无线控制器。嵌入式控制器325包含通过协调接口和无线电模块340相接口的高层基带控制器326。相对图1b中的实施例来说，可以发现图1c中描述的本发明实施例的如下优点，所述优点在于图1c中的实施例即使在处理器处于电源不足(低电源)的状态时，仍能提供无线电模块的操作。也可以发现图1b的实施例的如下优点，所述优点在于因为通过主处理器进行基带处理降低了对独立控制器的需求，所以它就降低了系统成本。

除了上面描述的无线电模块的特性外，所述模块还包含如下的其他特性，所述特性使得模块作为蓄意发射器从FCC接收LMA，和从其他管理机构接收LMA的等价内容。例如，根据本发明的一个实施例，无线电模块可以额外地包括它自己的基准振荡器、天线、RF屏蔽、缓冲数据输入和电源调节器。

根据本发明的一个实施例，无线电模块和主系统组件之间的互连可以包含柔性电缆，例如带状电缆，跨距可达6英寸或者更长。这种电缆的长度可以被选择成用来跨越从笔记本或者其他移动计算机系统的盖子，穿过主系统的铰链，到达主板的距离，用以连接到其他组件。所述无线电模块，包括它的天线，可以被方便的附着到盖子上。

例如，图1d示出了笔记本计算机系统400，该系统包含与铰链式盖子405相耦合的基座410。根据本发明的一个实施例，计算机系统的主板包含有例如处理器、芯片组(总线控制逻辑)、主存储器和高层基带控制器，该主板被包含在计算机系统400的基座410中。计算机系统的盖子405包含有一个显示屏。另外，另一种计算机系统例如平板或者手持式计算机系统的盖子，可以是任何带具有或者不带有显示屏或者其他输入/输出功能的保护盖。

把无线电模块340安装在图1d中的盖子405中的一个优点在于，在正常操作期间，盖子405典型地位于计算机系统的最高点，从而辅助了无线通信。如图所示，无线电模块340可以在位置415或者盖子405的顶部附近被固定在盖子405中，柔性电缆420向下延伸穿过盖子405并且穿过盖子405和基座410之间的铰链式耦合。电缆420的、与无线电模块340相反的末端，然后可以和基座410中的如下组件相耦合，所述组件例如是可以被集成到基座410中的主板上的芯片组或者微控制器中的高层基带控制器。注意：为了简洁起见，图1d示出无线电模块340和电缆420被从盖子405中拆卸出。根据上面描述的实施例，无线电模块和电缆被集成到盖子中或者附着到盖子上。

实时事件处理

注意在这里所使用的，术语“实时的”并不意味着暗示主系统对外部设备产生的信号即刻作出响应。更确切地说，术语“实时的”旨在暗示在主系统的所述部件上的确定性和可靠的等待时间足以例如能够可靠地建立和维持与外部设备的无线通信链接。对于本发明的一个实施例，这种无线通信链接可以依照蓝牙或者其他的无线通信协议。外部设备可以是具有独立处理器的如下电子设备，所述电子设备处理器不受所述主系统的主处理器的直接控制。

基本的主处理器可以被修改用来处理实时事件，诸如与依照蓝牙或者其他无线通信协议和外部设备建立无线通信链接相关联的那些实时事件。可将传统的主处理器修改成用来处理实时事件所采用的一种方式是在主处理器中包含一个计时器和一个高优先级事件(中断)电路。这样就可以使实时内核能够在没有实时属性的现有操作系统之下运行。没有实时属性的操作系统的例子包括Windows^*操作系统，例如Windows NT、Windows 2000、Windows 98、和Windows ME(千年版)。(^*商标和品牌是它们相应的所有者的财产)。

这种内核可以将计时器设置成以有规律的间隔生成高优先级事件。当激活时，实时事件电路可以将控制传送到可以执行实时任务的实时事件处理程序(内核软件)。这种处理程序可以被用于处理具有严格定时需要求的无线基带协议。另外，这种方法可以包含使用也可以生成这种高优先级事件的事件引脚。这种事件引脚可以被耦合到处理器本身或者被耦合到与处理器向耦合的外部设备中，例如一个芯片组。对于本发明的另外一个实施例，所述高优先级事件可以利用在处理器中或者在外部设备中所存储的状态位加以产生。

这种高优先级事件的一个特征在于，它可以提供优于传统中断的更多的可靠等待时间，降低高优先级事件等待时间被处理器正执行的其他任务所干扰的风险。因此，根据本发明的一个实施例，这种高优先级事件是处理器中的最高优先级中断之一，不过其他中断，例如可被用于存储器错误处理之类的中断，也可能属于较高的优先级。

图2a和2b中分别描述了本发明的一个实施例的硬件和软件部件。主处理器100包含可以由软件例程设置的时间间隔计时器105。所述计时器触发实时事件电路110来执行图2b的方法。另外，时间间隔计时器105可以触发实时事件电路110，以便读取寄存器来确定实时事件是否已经被接收。对于另一个实施例，主处理器110包含外部可访问的事件引脚115，事件引脚115可以被主计算机系统中的外部设备加以使用，以便触发实时事件电路110来执行图2b的方法。

根据图2b中的实施例，当实时事件中断(REI)在步骤155发生时，所述处理器在步骤150正在执行一过程。这个REI可能由下述原因引起，例如，事件计时器105超过了它所设置的时间间隔或者或者图2a中的主处理器100中的事件引脚115激活。响应于REI，实时事件电路110引发主处理器100停止在步骤150正在执行的过程，并且在步骤160中保存处理器状态。处理器状态可被保存在一个预留的存储空间中。

在图2b的步骤165中，主处理器100调用并且执行REI处理程序。根据本发明的一个实施例，这个REI处理程序包含如下指令，当所述指令被主处理器执行的时候，可以引发所述主处理器读取用于存储于所述实时事件相关联的信息的一个或者多个寄存器。例如，所述主处理器可以读取用于存储如下信息的一个或者多个寄存器，所述信息表明从请求无线通信的外部设备无线中传送的标识信号存在还是不存在。

如果确定外部设备存在并且请求通信，则主处理器可以在这时和外部设备建立通信(或者建立用于未来通信的时间表)。另外，在这一时间期间，所述主处理器可以根据上面描述的无线通信协议执行基带处理功能。

在图2b中的步骤170，接收REI返回指令后，存储在预留存储空间中的处理器状态可被恢复到所述主处理器中，并且(从步骤150中被退出的)前面的过程可以继续进行。注意：上面描述的硬件和软件在有或者没有OS的支持的情况下都可以加以实现。

根据本发明的另外一个实施例，实时事件处理可以通过集成到基本主处理器中的次级非对称处理器来加以执行。对于这个实施例，所述NSP可以执行如下OS，所述OS在独立于基本主处理器执行的基本OS的情况下来支持实时事件处理，它可以不支持实时功能。根据这个实施例，所述NSP然后可以依照无线通信协议来执行基带处理功能，如上所述，而基本处理器却为计算机系统的其余部分执行用于主处理器的常规工作。

图3包含了根据本发明的一个实施例构成的主处理器200，在所述主处理器200中，NSP核心210与基本主处理器核心205集成在一起。根据本发明的一个实施例，所述NSP核心与基本主处理器核心集成在相同的半导体基板上，以便构成单个处理器。为了降低成本，基本主处理器核心205和NSP核心210共享2级高速缓冲存储器215，并且这两个存储器核心都可以通过总线单元215和所述主计算机系统的共享存储器子系统220相通信。两个核心另外还可以共享其他的系统资源。

根据本发明的一个实施例，NSP核心和基本主处理器核心共享一个指令集体系结构(ISA)。对于本发明的另外一个实施例，NSP核心基本主处理器核心不共享ISA。

本发明已经参考它的具体示范性的实施例进行了描述。但是，对于从这一公开内容获益的人来说，显而易见的是，在没有背离本发明的较广的精神和范围的情况下，可以对这些实施例做各种修改和改变。因此，说明书和附图，应该被视为说明性的而不是限制性的。

Claims (32)

1.一种与主计算机系统相耦合的组件，所述组件包括：

无线收发器；和

低层基带控制器，所述控制器具有只与基带的一部分而不是基带的所有部分相关联的逻辑，用以根据无线通信协议操作所述无线收发器，所述基带的部分足以使所述组件获得联邦通信委员会的有限模块批准。

2.如权利要求1所述的组件，进一步包括用于至主计算机系统的相互连接的、被缓冲的、外部可访问的输入-输出端口。

3.如权利要求2所述的组件，进一步包括耦合到所述电子输入-输出端口的柔性电缆。

4.如权利要求1所述的组件，其中没有被集成到所述组件中的、基带的其余部分将被集成到所述主计算机系统中。

5.如权利要求1所述的组件，其中将根据如下的多个无线通信协议操作所述组件，所述多个无线通信协议共享所述基带的部分的至少一段。

6.如权利要求1所述的组件，其中将根据由所述主计算机系统选择的多个无线通信协议中的一种协议来操作所述组件。

7.如权利要求6所述的组件，其中所述多个无线通信协议包括蓝牙、SWAP、和IEEE 802.11。

8.如权利要求6所述的组件，其中所述基带的部分包括链接管理协议。

9.如权利要求8所述的组件，其中所述链接管理协议的部分是依照蓝牙无线通信规范的。

10.如权利要求1所述的组件，进一步包括基准振荡器、天线、射频屏蔽、和电源调节器。

11.一种方法，包括：

为移动的、单处理器计算机系统提供高层基带控制器，用以确定多个无线通信协议中的一种协议，以便根据该协议进行无线通信；

将无线电模块耦合到所述计算机系统上，所述无线电模块包括低层基带控制器和无线收发器，以便能够根据所述多个无线通信协议进行无线通信，所述模块符合联邦通信委员会的有限模块批准；和

通过将相应的软件程序安装在与主计算机系统相耦合的并可由机器访问的介质上，使所述计算机系统能够根据所述多个无线通信协议之一操作所述无线电模块。

12.如权利要求11所述的方法，其中给所述计算机系统提供高层基带控制器包括：将一芯片组并入到包括所述高层基带控制器的计算机系统中。

13.如权利要求11所述的方法，其中给所述计算机系统提供高层基带控制器包括：将键盘控制器并入到包括所述高层基带控制器的计算机系统中。

14.如权利要求11所述的方法，其中将所述无线电模块耦合到所述计算机系统上包括：通过如下的柔性电缆将所述无线电模块的输入-输出缓冲器耦合到所述计算机系统，所述柔性电缆使所述无线电模块可位于所述计算机系统的盖子里。

15.一种方法，包括：

使计算机系统可以在第一段时间期间根据第一无线通信协议来操作无线电模块，所述无线电模块符合联邦通信委员会的有限模块批准，并独立于所述计算机系统；和

使所述计算机系统可以在第二段时间期间根据第二无线通信协议操作所述无线电模块。

16.如权利要求15所述的方法，其中使所述计算机系统操作所述无线电模块包括：使得信号能够通过如下柔性电缆在所述计算机系统和所述无线电模块之间加以传输，所述柔性电缆在一端被耦合到所述计算机系统的主板上，在另一端被耦合到附在计算机系统的盖子上的所述无线电模块。

17.如权利要求15所述的方法，其中使所述计算机系统根据第一无线通信协议操作所述无线电模块包括：使和第一无线通信协议相关联的基带处理的第一部分能够由所述计算机系统加以执行，并使和第一无线通信协议相关联的基带处理的第二部分能够由所述无线电模块加以执行。

18.如权利要求17所述的方法，其中第一无线通信协议是蓝牙协议，基带处理的第二部分是依照蓝牙链接管理协议的。

19.如权利要求18所述的方法，其中第二无线通信协议是IEEE802.11或SWAP协议。

20.如权利要求17所述的方法，其中使和第一无线通信协议相关联的的基带处理的第一部分能够由所述计算机系统加以执行包括：为计算机系统配备具拥有集成的基带控制器的芯片组。

21.如权利要求15所述的方法，其中使计算机系统根据第二无线通信协议操作无线电模块包括：为计算机系统配备具有集成的基带控制器的键盘控制器，用以执行和第二无线通信协议相关联的基带处理的第一部分，以及使和第二无线通信协议相关联的基带处理的第二部分能够由所述无线电模块加以执行。

22.一种移动的、单处理器计算机系统，所述系统被编程以执行权利要求15所述的方法。

23.一种可由机器访问的媒体，所述媒体包括可由机器访问的指令，当所述指令由计算机系统执行时，能促使所述计算机系统执行如权利要求15所述的方法。

24.如权利要求23所述的介质，进一步包括可由机器访问的如下指令，当所述指令由计算机系统执行时，引发所述计算机系统进一步执行权利要求17所述的方法。

25.如权利要求23所述的介质，进一步包括可由机器访问的如下的指令，当所述指令由计算机系统执行时，引发所述计算机系统进一步执行权利要求19所述的方法。

26.一种移动的、单处理器计算机系统，包括：

无线电模块，所述模块包括被缓冲的输入-输出端口、低层基带控制器、和无线电收发器，用于能够根据多个无线通信协议进行无线通信，所述模块符合联邦通信委员会的有限模块批准；

高层基带控制器，所述控制器耦合到所述无线电模块的输入-输出端口，以根据多个无线通信协议中被选出的一个来操作所述无线电模块。

27.如权利要求26所述的计算机系统，进一步包括如下的柔性电缆，所述柔性电缆在一端被耦合到所述高层基带控制器，而在另一端被耦合所述无线电模块的端口。

28.如权利要求27所述的计算机系统，进一步包括如下的铰链式盖子，所述无线电模块被固定到在所述铰链式盖子中，所述柔性电缆延伸通过所述无线电模块和所述高层基带控制器之间的铰链。

29.如权利要求26所述的计算机系统，进一步包括如下的芯片组，所述高层基带控制器被并入到所述芯片组中。

30.如权利要求26所述的计算机系统，进一步包括如下的键盘控制器，所述高层基带控制器被并入到所述键盘控制器中。

31.如权利要求26所述的计算机系统，其中所述多个无线通信协议包括蓝牙、SWAP、和IEEE 802.11。

32.如权利要求26所述的计算机系统，其中所述低层基带控制器包括和链接管理协议相关联的基带部分。

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