CN1642142A - 使用软件和硬件协议栈的多媒体通信设备及其通信方法 - Google Patents

使用软件和硬件协议栈的多媒体通信设备及其通信方法 Download PDF

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Abstract

提供一种使用软件协议栈和硬件协议栈的多媒体通信设备、其通信方法以及计算机程序产品。该多媒体通信设备包括：使用硬件来处理分组的硬件协议栈；和使用软件来处理分组的软件协议栈。根据该设备和方法，在可减小CPU的开销以提高处理速度的同时，可以以较高的速度传送大量多媒体数据，而不限制可同时支持的信道数目。

Description

使用软件和硬件协议栈的多媒体通信设备及其通信方法
技术领域
本发明涉及使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)的多媒体通信设备，特别涉及使用软件协议栈和硬件协议栈的多媒体通信设备及其通信方法。
背景技术
TCP/IP是提供计算机因特网通信的标准协议，并且如其它网络协议一样被利用多个层形成。这些层被称为协议栈、协议组或协议结构。
更具体地说，协议栈是以两个最重要的协议，即传输控制协议/用户数据报协议(TCP/UDP)和因特网协议(IP)为基础的。TCP/UDP协议用来以分组(packet)为单位传送数据，并且每个分组具有存储控制信息的报头(header)。此报头包括能够区分诸如超文本传送协议(HTTP)、简单邮件传送协议(SMTP)、文件传送协议(FTP)、网络虚拟终端协议(TELNET)的应用协议的端口号码，并且，目的地系统使用此端口号码来确定处理对应分组的应用程序。TCP/UDP协议也被称为第4层协议。
同时，IP协议提供连接物理子网和选择通向目的地IP地址的路由的功能。对此，IP协议分配并解释连接到因特网的大量终端或节点的源和目的地地址。目前，主要使用IP版本4(IPv4)。IP协议也被称为第3层协议。
TCP/IP协议栈连接到作为下层的第2层中的媒体访问控制(MAC)层或第1层中的物理层(PHY)，并连接到作为上层的应用层。
TCP/IP协议栈通常利用软件来实现，这在下文中将被称为软件协议栈。图1是示出使用软件协议栈时TCP/IP开销(overhead)的图。
参考图1，对于每个最大传送单元(MTU)，示出了用于处理软件协议栈的开销，并且可以看到，为了处理TCP/IP协议，存在用于诸如中断、检测和、或存储器复制的操作的很多开销。具体地说，当以较高的速度传送大量多媒体数据、并且只使用软件协议栈时，存在这样的问题，即CPU的处理开销大大增加，并且系统的整个处理速度下降。
同时，为了以较高的速度实时传送多媒体数据，还可以使用专用硬件协议栈(芯片)。然而，使用硬件协议栈的系统具有这样的缺点：用于因特网连接的信道数目存在限制。最近市场上出售的专用因特网协议芯片通常支持2至4个同时连接的信道。然而，通常在普通计算机系统中，各种因特网应用程序同时使用多个信道，因此，当只使用硬件协议栈时，可同时执行的因特网应用程序的数目被限制为仅一个或两个程序。
发明内容
本发明的一方面提供一种使用软件协议栈和硬件协议栈的多媒体通信设备及其通信方法。
也就是说，当减少对CPU的开销以提高处理速度时，本发明的一方面可以以较高的速度传送大量多媒体数据，而不限制同时支持的信道数目。
根据本发明的一方面，提供一种多媒体通信设备，包括：硬件协议栈，使用硬件来处理分组；软件协议栈，使用软件来处理分组；以及套接字(socket)比较和选择单元，其根据所处理的分组种类选择软件协议栈和硬件协议栈之一，并将分组传送给所选择的协议栈。
套接字比较和选择单元可以从分组中提取包括确定应用套接字地址的端口号码的套接字对，将该套接字对与预定的硬件协议栈的套接字对相比较，并且，如果所述套接字对匹配，则将分组传送到硬件协议栈，否则将分组传送到软件协议栈。
该多媒体通信设备还可包括：套接字对寄存器，其存储预定的硬件协议栈的套接字对，使得将要求大容量和/或高速数据传送的多媒体数据传送到硬件协议栈。
该多媒体通信设备还可以包括：仲裁单元，其指定从硬件协议栈和软件协议栈接收的分组的传送优先级，以防止在软件协议栈和硬件协议栈之间发生冲突。
根据本发明的另一方面，提供一种包括该多媒体通信设备的多媒体装置。
该多媒体装置可以是数字电视机、移动装置、数字多用途盘(DVD)再现再现装置、和多媒体服务器中的任意一种。
根据本发明的另一方面，提供一种多媒体通信方法，包括：从所传送的分组中提取套接字对，并确定该套接字对是否与预定的硬件协议栈的套接字对匹配；如果二者匹配，则将分组发送到硬件协议栈；而如果二者不匹配，则将分组发送到软件协议栈。
预定的硬件协议栈的套接字对可以是处理要求大容量和/或高速数据传送的多媒体数据的硬件协议栈的套接字对。
根据本发明的另一方面，提供一种用于使计算机能够实现用来执行多媒体通信方法的操作的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质和在计算机可读介质上的指令，所述操作包括：从所传送的分组中提取套接字对，并确定该套接字对是否与预定的硬件协议栈的套接字对匹配；如果所提取的套接字对与预定套接字对匹配，则将分组发送到硬件协议栈；而如果所提取的套接字对与预定套接字对不匹配，则将分组发送到软件协议栈。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更清楚，其中：
图1是示出使用软件协议栈时的传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)开销的图；
图2是施加根据本发明优选实施例的多媒体通信设备的系统示例的图；
图3是根据本发明示例实施例的多媒体通信设备的分级层的方框图；
图4是解释图3示出的多媒体通信设备的软件协议栈和硬件协议栈之间的相互操作关系的图；
图5是实现软件协议栈和硬件协议栈之间的相互操作关系的多媒体通信设备的方框图；
图6是解释由图5示出的套接字比较选择单元比较的套接字对的结构的图；
图7A和7B示出实现根据本发明的多媒体通信设备的示例的示意图；以及
图8是由根据本发明的多媒体通信方法执行的步骤的流程图。
具体实施方式
现在，将参考示出本发明示例实施例的附图来更充分地描述本发明。
参考图2，数字TV 210或移动装置230可以通过多媒体服务器220接收并再现大量多媒体数据。在每个装置中，包括使用根据本发明的软件协议栈和硬件协议栈的多媒体通信设备211、221和231。
通过使用根据本发明的多媒体通信设备，当数字TV 210或移动装置230传送大量高速多媒体数据时，它可以使用硬件协议栈，而当它传送少量的除多媒体数据之外的数据如多媒体数据的控制数据、或普通因特网应用程序时，使用软件协议栈。
因此，当传送大量多媒体数据时，通过使用硬件协议栈，可以防止处理速度下降，而当传送少量其它数据时，通过使用软件协议栈，可以平稳地进行通信，而没有对信道数目的任何限制。
图2中示出的多媒体服务器220、数字TV 210和移动装置230仅仅是施加本发明的多媒体通信设备的示例。本发明可以以多种方式以及修改施加到DVD再现记录装置、计算机等。
现在，将更详细地解释根据本发明的多媒体通信设备的结构。
图3是本发明示例实施例的多媒体通信设备的分级层的方框图。
参考图3，根据示例实施例的多媒体通信设备包括软件协议栈320和硬件协议栈330。
如上所述，软件协议栈320利用第4层协议栈如TCP或UDP、以及第3层协议栈如IP或IPv6形成。对通过第1层PHY栈300和第2层MAC栈310传送给软件协议栈320的分组进行分析，并将其通过软件套接字应用程序接口(API)340传送给对应于该分组的应用程序360。
如上所述，硬件协议栈330也利用第4层协议栈如TCP或UDP、以及第3层协议栈如IP或IPv6形成。对通过第1层PHY栈300和第2层MAC栈310传送给硬件协议栈330的分组进行分析，并将其通过硬件套接字API350传送给对应于该分组的应用程序370。
这里，连接到硬件协议栈330的应用程序370将通常是处理大量数据如多媒体数据的应用程序，而连接到软件协议栈320的应用程序360将通常是处理少量其它数据的应用程序。
现在将解释这样的结构，其中，在该结构中确定应该通过硬件协议栈330和软件协议栈320之间的哪个栈来处理通过MAC/PHY栈310和300传送的分组。
图4是解释图3示出的多媒体通信设备的软件协议栈和硬件协议栈之间的相互操作关系的图。
参考图4，通过MAC/PHY栈410和400传送的分组首先被传送给硬件协议栈430。除了第4层协议栈如TCP或UDP、和第3层协议栈如IP或IPv6以外，硬件协议栈430还包括套接字比较和选择单元/仲裁单元(预分析器&仲裁器)433以及套接字对寄存器434。
套接字比较和选择单元/仲裁单元(预分析器&仲裁器)433对通过MAC/PHY栈410和400传送的分组进行预分析，提取套接字对，然后将它与存储在套接字对寄存器434中的预定套接字对相比较。如果比较结果表明它与预定套接字对匹配，则将分组传送给硬件协议栈430，否则将其传送给软件协议栈420。
套接字对寄存器434事先存储要求大量/高速传送的多媒体数据的套接字对。从所传送的分组中提取的套接字对被与存储在套接字对寄存器434中的预定套接字对相比较。
据此，要求大量/高速传送的多媒体数据被传送给硬件协议栈，而其它数据被传送给软件协议栈，然后进行处理。
图5是实现软件协议栈和硬件协议栈之间的相互操作关系的多媒体通信设备的方框图。
参考图5，首先将分组通过MAC/CHY栈500传送给比较选择单元(预分析器)511。比较选择单元(预分析器)511分析所接收的分组，提取套接字对，将其与事先确定并存储在套接字对存储器512中的硬件协议栈的套接字对相比较。如果比较结果表明所述对匹配，则将该分组传送给硬件协议栈520，并利用TCP/IP协议进行处理。如果所述对不匹配，则将该分组通过MAC接口513传送给软件协议栈530、并利用TCP/IP协议进行处理。
同时，为了防止软件协议栈和硬件协议栈之间的冲突，仲裁单元(仲裁器)514判决将通过MAC/PHY栈500从软件协议栈和硬件协议栈中的任意一个传送到外部的分组的优先级，并根据该优先级传送分组。分组的优先级可以利用先入先出(FIFO)的方法、或循环法确定。它还可以通过任意其它算法进行仲裁。
因此，可以以较高的速度处理由套接字比较选择单元(预分析器)511传送给硬件协议栈520的分组，使得可以提高大量数据如多媒体数据的传送效率。
图6是解释由图5中示出的套接字比较选择单元(预分析器)511比较的套接字对的结构的图。
参考图6，在左手侧示出了分组600的结构，而在右手侧示出了从分组中提取的套接字对610。
首先，在分组600的结构中，IP或IPv6协议包括源IP地址和目的地IP地址，而TCP或UDP协议包括端口号码，其能够区分在每个分组的报头中的应用程序，例如超文本传送协议(HTTP)、简单邮件传送协议(SMTP)、文件传送协议(FTP)、网络虚拟终端协议(TELNET)。在目的地系统中，此端口号码用来确定处理对应分组的应用套接字。该端口号码可具有对于预定应用确定的在1和255之间(包括1和255在内)的值。标准UNIX服务具有在256和1024之间(包括256和1024在内)的值，而用户应用使用等于或大于1025的值。例如，对于HTTP，号码被预定为80，对于FTP数据为20，对于FTP控制为21，对于TELENT为23，而对于SMTP为25，并且，用户应用可使用等于或大于1025的任意值。
通过提取分组的源IP地址(源IP地址)、目的地IP地址(目的地IP地址)、源端口号码(源端口号码)以及目的地端口号码(目的地端口号码)来产生用来确定向其传送分组并由其处理该分组的应用的地址的套接字对610。通过该套接字对610，可以指定将向其传送分组的目的地节点的地址和要使用该分组的应用程序。
根据本发明的多媒体通信设备从所接收的分组600中提取套接字对610，并将其与套接字对寄存器512中预定的硬件协议栈的套接字对相比较。如果比较结果表明所述对匹配，则将对应的分组600传送到硬件协议栈520并进行处理。如果所述对不匹配，则将对应的分组600传送到软件协议栈530并进行处理。
图7A和7B示出实现根据本发明的多媒体通信设备的示例的示意图。
参考图7A，示出了根据上述实施例的、作为多个具有各个功能的芯片来实现的多媒体通信设备示例。也就是说，可以以多个嵌入在诸如以太网卡的通信卡中、执行各个功能的芯片的形式实现该设备。CPU执行上述软件协议栈的功能，硬件TCP/IP执行上述硬件协议栈的功能，并且MAC+PHY执行MAC/PHY栈的功能。图7A的示例仅仅是利用多个块实现的一个实施例，并且，可以以各种方式实现本发明。
参考图7B，示出了根据上述实施例的、作为将各个功能集成到单个芯片中的一个片上系统(SOC)来实现的多媒体通信设备示例。
也就是说，在一个芯片中实现上述CPU、硬件TCP/IP和MAC+PHY功能。
现在，将基于上述多媒体通信设备的结构解释多媒体通信方法。
图8是由根据本发明实施例的多媒体通信方法执行的步骤的流程图。
参考图8，对于使用软件协议栈和硬件协议栈的多媒体通信，首先，在步骤810，从MAC/PHY栈接收数据分组。在步骤820，从所接收的分组中提取套接字对，并比较它以确定它是否是硬件套接字信道。如果在步骤830比较结果表明它与硬件套接字信道匹配，则在步骤840，将该分组传送给硬件协议栈，否则，在步骤850，将该分组传送给软件协议栈。处理传送给每个栈的分组，使得多媒体数据或普通因特网数据被传送。
本发明也可以作为计算机可读记录介质上的计算机可读代码来实施。计算机可读记录介质是可以存储此后可由计算机系统读取的数据的任意数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备以及载波(例如通过因特网的数据传送)。计算机可读记录介质还可以分布在耦接到计算机系统的网络上，使得以分布式方式存储和执行计算机可读代码。
尽管参考本发明的示例实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节的改变。优选实施例应当被视为仅仅是描述性的，而不是为了进行限制。因此，本发明的范围不是通过对本发明的详细描述进行限定，而是通过所附权利要求进行限定，并且该范围内的所有差别都将解释为包括在本发明中。
根据如上所述的本发明的实施例，提供一种使用软件协议栈和硬件协议栈的多媒体通信设备及其通信方法。也就是说，在减少CPU的开销以提高处理速度的同时，本发明可以以较高的速度传送大量多媒体数据，而不限制同时支持的信道数目。
本申请要求2003年11月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2003-83621号的优先权，其公开内容通过引用而被整体合并于此。

Claims (10)

1.一种多媒体通信设备，包括：
硬件协议栈，使用硬件来处理分组；
软件协议栈，使用软件来处理分组；以及
套接字比较和选择单元，其根据所处理的分组类型选择软件协议栈和硬件协议栈之一，并将分组传送给所选择的协议栈。
2.如权利要求1所述的多媒体通信设备，其中，套接字比较和选择单元从分组中提取包括确定应用套接字地址的端口号码的套接字对，将该套接字对与预定的硬件协议栈的套接字对相比较，并且，如果所述套接字对匹配，则将该分组传送给硬件协议栈，否则将该分组传送给软件协议栈。
3.如权利要求2所述的多媒体通信设备，还包括：
套接字对寄存器，其存储预定的硬件协议栈的套接字对，使得要求大容量和/或高速数据传送的多媒体数据被传送到硬件协议栈。
4.如权利要求1所述的多媒体通信设备，该包括：
仲裁单元，其指定从硬件协议栈接收的分组的传送优先级，以防止软件协议栈和硬件协议栈之间的冲突。
5.一种包括权利要求1的多媒体通信设备的多媒体装置。
6.如权利要求5所述的多媒体装置，其中，该多媒体装置是数字电视机、移动装置、数字多用途盘(DVD)再现记录装置和多媒体服务器中的任意一种。
7.一种多媒体通信方法，包括：
从所传送的分组中提取套接字对，并确定该套接字对是否与预定的硬件协议栈的套接字对匹配；
如果确定所提取的套接字对与预定的套接字对匹配，则将分组传送给硬件协议栈；以及
如果确定所提取的套接字对与预定的套接字对不匹配，则将分组传送给软件协议栈。
8.如权利要求7所述的多媒体通信方法，其中，预定的硬件协议栈的套接字对是处理要求大容量和/或高速数据传送的多媒体数据的硬件协议栈的套接字对。
9.一种用于使计算机能够实现用来执行多媒体通信方法的操作的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质和计算机可读介质上的指令，所述操作包括：
从所传送的分组中提取套接字对，并确定该套接字对是否与预定的硬件协议栈的套接字对匹配；
如果所提取的套接字对与预定的套接字对匹配，则将分组传送给硬件协议栈；以及
如果所提取的套接字对与预定的套接字对不匹配，则将分组传送给软件协议栈。
10.如权利要求9所述的计算机程序产品，其中，预定的硬件协议栈的套接字对是处理要求大容量和/或高速数据传送的多媒体数据的硬件协议栈的套接字对。
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