CN1886964B

CN1886964B - 可重配置的帧解析器

Info

Publication number: CN1886964B
Application number: CN200480035076.2A
Authority: CN
Inventors: 戴维·约翰斯顿
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: EP1700450A1; EP1700450B1; DE602004011114T2; TW200525967A; DE602004011114D1; TWI280019B; WO2005062576A1; HK1093619A1; US7751440B2; US20050122918A1; CN1886964A; ATE383025T1

Abstract

描述了执行帧解析的方法和装置。

Description

可重配置的帧解析器

背景

通信系统可以以按照给定协议定义的帧的形式传送信息。帧可以具有定义帧内字段和每个字段内信息位置的帧格式。通信协议的不同可以导致帧格式的不同。此外，单个协议可以具有几种类型的帧格式。

通信系统可以使用帧解析器(frame parser)来恢复这些帧信息。然而，帧解析器可能难以从具有不同的帧格式的相同或不同协议中解析帧信息。因此，有必要提高设备或网络中的帧解析技术。

附图简要说明

在本说明书的结论部分，特别指出并清楚地要求保护本发明的主题。然而，当与所述附图一起阅读时，通过参考以下详细描述，这些实施方案关于操作的组织和方法，以及实施方案的目的、特征和优点可以得到最好的理解，其中：

图1示出适合实践一个实施方案的系统；

图2根据一个实施方案示出用于移动台的接收器的框图；

图3根据一个实施方案示出帧解析器的第一框图；

图4根据一个实施方案示出帧解析器的第二框图；

图5根据一个实施方案示出帧解析器的第三框图；以及

图6根据一个实施方案示出帧解析器的第四框图。

具体描述

本文中阐述了大量的具体细节，以提供对本发明的实施方案的透彻理解。但是，本领域的技术人员应该理解，无需这些具体细节就可以实践本发明的实施方案。此外，没有详细描述公知的方法、过程、组件(component)和电路，以免模糊本发明的实施方案。应该认识到本文中所公开的具体的结构细节和功能细节可以是代表性的，并且不一定限制本发明的范围。

在说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着关于该实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，“在一个实施方案中”在说明书中不同地方的出现不一定全是指同一实施方案。

现在详细参照附图，在全部附图中类似的部分用类似的标号指示，图1中示出适于实践一个实施方案的系统。图1是系统100的框图。应该认识到系统100仅仅是以实施例的方式提供的，并且系统100可以以各种拓扑结构包括更多或更少的部件，并且仍然落在本发明的范围内。

在一个实施方案中，系统100可以包括多个网络节点。使用在这里，术语“网络节点”可以指任何能够根据一个或更多个协议进行通信的节点。网络节点的实施例可以包括计算机、服务器、交换机、路由器、网桥(bridge)、网关、个人数字助理、移动设备、呼叫终端等等。使用在这里，术语“协议”可以指用来控制信息如何在通信介质上传送的一组规则或指令。

在一个实施方案中，系统100可以在不同网络节点间传送不同类型的信息。例如，一种类型的信息可以包括“媒体信息”。媒体信息可以指任何代表意图用于用户的内容(content)的数据。内容的实施例可以包括例如来自语音会话、视频会议、流式视频、电子邮件(“email”)消息、语音邮件消息、字母数字(alphanumeric)符号、图形、图像、视频、文字等的数据。来自语音会话的数据可以是例如语言(speech)信息、静默时段、背景噪音、舒适噪声(comfort noise)、音调(tone)等等。其他类型的信息可以包括“控制信息”。控制信息可以指任何代表意图用于自动系统的命令、指令或控制字的数据。例如，控制信息可以被用来通过网络路由媒体信息，或指示网络节点以预先确定的方式处理所述媒体信息。

在一个实施方案中，一个或更多个通信介质可以连接所述节点。使用在这里，术语“通信介质”可以指任何能够承载信息信号的介质。通信介质的实施例可以包括金属导线、半导体材料、双绞线、同轴电缆、光纤、射频(RF)等等。在本文中术语“连接”或“互连”，以及它们的变体可以指物理连接和/或逻辑连接。

一个实施方案可以被实现为有线或无线通信系统的一部分。出于图示说明的目的，将在无线通信系统的环境(context)中描述一个实施方案。但是，应该认识到，实施方案也可以被实现在有线系统中。在这方面实施方案不受限制。

如图1中所示，系统100可以包括无线通信系统。无线通信系统可以具有一个或更多个通过通信介质连接的网络节点，所述通信介质包括用于无线网络(如蜂窝或移动系统)的RF频谱。例如，在一个实施方案中，系统100可以包括移动台(MS)102以及多个基站106、108和110。尽管图1示出有限数量的网络节点，但是应该认识到在系统100中可以使用任意数量的网络节点。

在一个实施方案中，网络100可以包括MS 102。MS 102可以是任何能够在无线通信介质上传送信息的移动设备，例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、移动计算机等等。MS 102可以包括连接到全向天线的无线收发器。MS 102还可以包括适当的接口来传送例如语音或数据信息的媒体信息。例如，语音信息可以包括分别用电路交换网络或分组(packet)网络传送的模拟或数字语音信息。电路交换网络的实施例可以包括公共交换电话网(PSTN)。分组网络的实施例可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网、语音分组(VOP)网等等。数据信息可以包括任何以分组或帧格式传送的非语音信息。

在一个实施方案中，MS 102可以被配置为与多个不同的基站通信。每个基站可以包括连接到全向天线的无线接收器。此外，每个基站可以具有适当的接口，以在无线通信介质上与MS 102通信。每个基站可以根据不同的协议传送信息。

例如，在一个实施方案中，系统100可以包括蜂窝网络的一部分，所述蜂窝网例如遵循第三代伙伴计划(3GPP)3GTS规范系列(“UMTS标准”)的通用移动电话系统(UMTS)网络。MS 102可以包括UMTS用户设备(UE)。基站106可以包括陆地无线电接入网(UTRAN)域的一部分。更具体地，基站106可以包括UMTS B节点系统。UE 102和B节点106可以用宽带码分多址(W-CDMA)作为层1(L1)空中接口来进行通信，尽管在这方面实施方案不受限制。

尽管出于图示说明的目的仅示出UE 102和B节点106，但是应该认识到UMTS网络可以包括任意数量的额外的组件。例如，B节点106可以被连接到一个或更多个无线电网络控制器(RNC)和/或其他的B节点系统。RNC可以进一步被连接到一个或更多个移动服务交换中心(MSC)和/或其他RNC。MSC还可以被连接到其他网络，例如分组网络或电路交换网络。UMTS网络还可以包括服务GPRS支持节点(SGSN)。在这方面中实施方案不受限制。

在一个实施方案中，系统100可以包括无线LAN的一部分，例如遵循电气与电子工程师学会(IEEE)802.11无线LAN规范系列(“802.11标准”)的802.11网络。802.11标准规定了通用介质访问控制(MAC)层，MAC层提供多种支持基于802.11的无线LAN的操作的功能。一般来说，MAC层管理和维护多个802.11站之间的通信。802.11站的实施例可以包括配置有一个或更多个无线电网络卡的MS 102，以及被配置成工作为无线接入点(WAP)的基站108。MAC层通过协调对共享无线电信道的访问以及利用增强无线介质上的通信的协议来管理MS 102和WAP 108之间的通信。802.11MAC层使用诸如802.11b或802.11a的802.11物理(PHY)层来完成载波侦听、传输和接收802.11帧的任务。

在一个实施方案中，系统100可以包括各种其他的无线网络基站。网络节点110可以代表被配置为根据任意数量的不同协议或标准进行工作的基站。例如，网络节点110可以代表遵循蓝牙(Bluetooth)规范系列(“蓝牙标准”)的蓝牙网络设备。蓝牙标准可以包括动态标准，其中设备可以自动地寻找彼此、建立连接，并在事先未做准备的情况下(onad hoc basis)发现容量(capability)。例如，在一个实施方案中，MS 102和网络节点110可以都包括蓝牙使能(enable)设备。因此，MS 102和网络节点110可以都包括至少三个基本部件，以包括运行更高级别蓝牙协议栈的处理器、管理核心蓝牙处理的基带链路控制器以及实现2.4吉赫兹(GHz)空中接口的无线电。所述处理器可以实现各种软件模块，例如包括了部分蓝牙应用程序接口(API)库及蓝牙逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)的软件模块。基带链路负责建立和解码分组、编码和管理错误纠错、针对安全通信进行加密和解密、计算无线电传输频率模式、保持同步、控制无线电以及实现蓝牙通信所必需的所有其他低级别细节。例如，无线电收发器可以使用高斯频移键控(GFSK)调制将数字基带数据转换为2.4GHz模拟信号，或是将2.4GHz模拟信号转换为数字基带数据。

尽管可以以实施例的方式参考各种无线网络来描述系统100，但是应该认识到所述实施方案可以在其他无线网络中实现，例如在全球移动通信系统(GSM)和/或全球发展的增强型数据率(EDGE)无线网络中。在这方面所述实施方案不受限制。

在一个实施方案中，系统100可以在MS 102和基站106、108及110间以如所给定的协议定义的分组或帧的形式传送信息。术语“帧”一般是指开放系统互连(OSI)层2的封装数据。封装数据的实施例可以包括目的地址、用于流量控制的控制位(bit)、数据或有效载荷(payload)、用于错误校验的循环冗余校验(CRC)数据等等。术语“分组”一般是指OSI层3的封装数据。使用在这里，术语分组、帧和信元(cell)可以互换地使用。

一般来说，应该根据预定义的帧格式安排帧内的信息。术语“帧格式”可以定义帧内的字段和每个字段内信息的位置。例如，帧可以包括目的地址字段、长度字段、纠错码(ECC)字段或CRC字段、加密初始化向量、数据有效载荷、用于标识分组的开始和结束的头或尾等等。使用在这里，术语“分组格式”、“帧格式”和“信元格式”通常是同义的。关于分组格式的信息在这里可以被共同称为“帧格式信息”。帧格式信息的实施例可以包括字段类型和偏移位，其中偏移位指示给定字段的长度。

在一个实施方案中，系统100可以利用使用了多种不同帧格式的相同或不同协议。如上面所示，系统100可以根据多个不同的体系结构和协议，例如UMTS标准、802.11标准和蓝牙标准在MS 102与基站106、108以及110之间传送信息。每个协议可以使用不同的帧格式。一些协议可以具有多个帧格式，例如在蓝牙标准中所发现的那样。因此，系统100可以使用帧解析器来为接收的帧恢复帧信息。帧解析器可以解析帧来识别帧格式信息，例如帧内字段的位置和类型，从而可以通过MS 102的适当的部件(element)来处理所述字段。例如，帧解析器可以为每个接收的信息帧识别每个字段的字段类型和长度，以及其他期望的信息。

由于诸多原因，用于执行帧解析的常规技术可能不令人满意。例如，可以针对每个受支持的协议实现基于硬件的分立的帧解析器。在另一个实施例中，可以实现单个复合的帧解析器来处理多种帧格式。但是，这两种选择都可能显著地增加MS102的复杂性，并且因此增加开发时间和成本。此外，可以使用基于软件的帧解析器来处理多个帧格式。但是，基于软件的帧解析器可能不能承受高速通信系统(例如针对系统100给出的实施例)的处理负荷。此外，所有这些解决方案可能需要大量的重新设计(significant reengineering)来支持目前还没有定义的协议。

一个实施方案使用可重配置的、基于硬件的帧解析器来解决这些问题以及其他潜在的问题。基于硬件的帧解析器的部件可以被实时地重配置，以在具有不同的帧格式的帧上执行帧解析。在这方式下，可重配置的、基于硬件的帧解析器可以具有通常与基于软件的解析器相关联的灵活性，同时又具有与高速通信系统保持步调所需的处理速度。此外，可重配置的、基于硬件的帧解析器可以根据需要进行更新，以支持新的协议和新的帧格式。

图2根据一个实施方案示出用于移动台的接收器的框图。图2可以示出接收器200。接收器200可以被实现为例如MS 102的移动台的一部分。接收器200可以包括一个或更多个模块。例如，在一个实施方案中，接收器200可以包括功率放大器202、RF/IF转换器/合成器204、IQ模块206、基带处理器208和介质访问控制(MAC)210。MAC 210可以进一步包括寄存器212和存储器214。尽管为了方便描述而关于“模块”描述了实施方案，但是一个或更多个电路、组件、寄存器、处理器、软件子例程(subroutine)或任何它们的组合都可以替换这些模块中的一个、几个或者全部。

在操作中，接收器200可以通过MS 102的天线从基站接收RF信号。功率放大器202将所接收的信号放大，并将放大的信号输出到RF/IF转换器(或合成器)204。RF/IF转换器204将经过放大的所述接收的RF信号下采样(down sample)为中频(IF)信号。IF信号被输入到IQ模块206。IQ模块206可以包括IQ调制器-解调器。IQ模块206可以分离同相(I)信号和正交(Q)信号，并将它们输出到基带处理器208。基带处理器208将信号转换为基带信号。模数(A/D)转换器(未示出)可以将基带信号从模拟信号转换为表示所述模拟信号振幅随时间的变化的数字字(word)流(stream)。数字字流可以被发送到MAC 210。

在一个实施方案中，MAC 210可以为接收器200完成分组或帧的处理。MAC 210可以接收信息帧。MAC 210可以将帧解析器实现为帧处理级(stage)的一部分。帧解析器可以识别帧内字段的位置和类型，从而相应地处理所述字段。不同的字段通常需要MAC210的不同部分进行处理。帧解析器可以让MAC 210的不同处理级知道要在帧内的哪些字段上进行操作。将参考图3-6具体讨论帧解析器。

图3根据一个实施方案示出帧解析器的第一框图。图3可以示出帧解析器300。例如，在一个实施方案中，帧解析器300可以包括配置模块304和解析模块302。尽管为帧解析器300仅示出了有限数量的部件，但是应该可以认识到帧解析器300可以包括更多或更少的部件，并且仍然落入所述实施方案的范围内。

在一个实施方案中，帧解析器300可以被实现为MAC 210的一部分。但是，应该可以认识到帧解析器300也可以被实现在接收器200或MS 102的其他部分中。在这方面所述实施方案不受限制。

在一个实施方案中，帧解析器300可以包括可以基于解析模块302的当前配置来解析帧格式的可重配置的、基于硬件的帧解析器。帧解析器300可以被动态地配置，从而使得对具有不同帧格式的帧的解析能够进行。例如，帧解析器300可以接收信息帧。信息帧可以接收自例如接收器200。解析模块302可以包括用于确定与所述信息帧相关联的帧格式的控制逻辑。所述控制逻辑可以通过检查帧的内容来确定帧格式。解析模块302可以被重新配置来解析信息帧。然后，解析模块302可以解析所述帧以获得帧格式信息，所述帧格式信息例如由偏移位所指示的字段类型和字段长度。

在一个实施方案中，可以用来自配置模块304的配置信息来重新配置解析模块302。使用在这里，术语“配置信息”可以指用来重新配置解析模块302的一个或更多个硬件部件以解析与给定协议相关联的具体帧格式的指令和数据。例如，解析模块302的控制逻辑可以被配置为获取与所确定的帧格式相对应的配置信息。例如，所述配置信息可以用配置模块304来存储。控制逻辑可以根据所获取的配置信息重新配置解析模块302。

在一个实施方案中，可重配置的、基于硬件的帧解析器300可以用很多不同的方式来实现。例如，帧解析器300可以被实现为使用可更新的表来驱动表驱动式硬件解析器。在另一个实施例中，帧解析器300可以被实现为使用微码来编程微序列式硬件解析器。但是，应该可以认识到这些实现仅仅是以实施例的方式给出的。任何类型的可重配置的硬件部件都可以用于按照此处描述的技术进行修改的帧解析器300。可以参考图4和5更详细地讨论这些具体的实施方案。

图4根据一个实施方案示出帧解析器的第二框图。图4示出帧解析器400。帧解析器400可以是例如帧解析器300的代表性实现。在一个实施方案中，帧解析器400可以包括解析模块402、状态表模块404、转移(transition)表406、映射模块408和栈410。尽管为帧解析器400示出有限数量的部件，但是应该可以认识到帧解析器400可以包括更多或更少的部件，并且仍然落入所述实施方案的范围内。

在一个实施方案中，帧解析器400可以被实现为非确定下推有限自动机(NPDA)。解析模块402可以包括表驱动式NPDA。状态表模块406可以为解析模块402存储转移信息。栈410可以是先进先出(FIFO)结构。解析模块402分别可以将信息推入或弹出栈410。映射模块408可以为解析模块402将状态映射到字段类型。

在一个实施方案中，可以用分别来自状态表模块404和转移表模块406的状态信息和转移信息来配置解析模块402。可以用状态信息和转移信息来重新配置解析模块402的一个或更多个硬件部件，以解析与给定协议相关联的具体帧格式。例如，解析模块402的控制逻辑可以被配置为获取与所确定的帧格式相对应的适当的状态和转移信息。控制逻辑可以根据所述状态和转移信息来重新配置解析模块402。

图5根据一个实施方案示出帧解析器的第三框图。图5示出帧解析器500。帧解析器500可以是例如帧解析器300的代表性实现。在一个实施方案中，帧解析器500可以包括解析模块502、微码模块504和延迟线(delay line)模块506。尽管为帧解析器500示出有限数量的部件，但是应该可以认识到帧解析器500可以包括更多或更少的部件，并且仍然落入所述实施方案的范围内。

在一个实施方案中，帧解析器500可以被实现为微序列发生器(sequencer)，其中由掩码(mask)数据和比较数据驱动分支(branching)。通过检查最后N个接收的数据元(data element)的数据中的位字段，帧解析器500可以使用所述掩码数据和比较数据来解码字段类型。例如，解析模块502可以是具有掩码和比较分支逻辑的微序列发生器。微码模块504可以包括微码信息，例如掩码数据、比较数据、分支地址、字段类型等等。延迟线模块506可以被配置为具有长度N，其中N代表最后接收元的数量。

在一个实施方案中，可以用来自微码模块504的微码信息来重新配置解析模块502。可以用微码信息来重新配置解析模块502的一个或更多个硬件部件，以解析与给定协议相关联的具体帧格式。例如，解析模块502的控制逻辑可以被配置为获取与所确定的帧格式相对应的适当微码信息。控制逻辑可以根据获取的微码信息重新配置解析模块402。

图6根据一个实施方案示出帧解析器的第四框图。图6可以示出帧解析器600。帧解析器可以与帧解析器300类似。例如，帧解析器600也可以包括配置模块604和解析模块602。此外，帧解析器600还可以包括延迟线模块606和复用器(MUX)608。尽管为帧解析器600示出有限数量的部件，但是应该可以认识到帧解析器600可以包括更多或更少的部件，并且仍然落入所述实施方案的范围内。

实现可重配置的、基于硬件的帧解析器的一个优点在于提高帧解析器的处理速度。但是，也存在帧解析器的时钟速度并不显著地比接收数据元的到达速率快的情况。在这样的情况下，可能期望缓冲和延迟通过帧解析器的数据元。延迟的长度应该足够长，以便从给定帧中解析出字段类型信息，并在与接收数据元到达时刻相同的时刻将所述字段类型信息发送到MAC的剩余部分。同步接收数据元的发送和解析的字段类型的发送，可以简化例如MAC中的其他逻辑。

因此，帧解析器600可以包括延迟线模块606和MUX 608。延迟线模块606可以具有长度N，其中N是最后接收的元的数量。接收的帧可以被存储在用延迟线模块606实现或由延迟线模块606控制的缓冲区中。一旦解析模块602从接收的帧中解析出字段类型，则解析模块602可以向MUX 608发送选择输出数据信号。MUX 608可以根据所述选择输出数据信号输出数据元。

虽然如本文中所描述的示出了本发明的实施方案的一些特征，但是本领域技术人员将会想到因此，应该理解所附权利要求书意图要覆盖所有这些落在本发明的实施方案的真实精神内的修改和改变。

Claims

1.一种用于解析帧的装置，包括：

用于存储微码信息的微码模块，所述微码信息包括重新配置一个或多个硬件部件的指令，所述微码模块包括用于存储掩码数据、比较数据、分支地址和字段类型的微码存储器；以及

连接到所述微码模块的基于硬件的解析模块，所述解析模块包括微码序列发生器，所述微码序列发生器被配置成使用掩码和比较数据来解码收到的信息帧中的字段类型以确定与所述信息帧相关联的帧格式，获取与所述帧格式相对应的微码信息，并基于从所述微码模块获取的微码信息重新配置一组硬件部件来解析所述帧。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述解析模块输出所述信息帧的字段类型。

3.如权利要求1所述的装置，还包括用于在所述帧解析期间缓冲所述信息帧的延迟线模块。

4.一种用于解析帧的系统，包括：

至少一个使用多种不同帧格式来传送信息帧的基站；以及

用于接收所述信息帧的移动台，所述移动台包括用于接收和处理所述帧的接收器，所述接收器接收并处理所述帧，所述接收器包括可重配置的、基于硬件的帧解析器，所述帧解析器包括用于存储微码信息的微码模块，其中所述微码信息包括重新配置一个或多个硬件部件的指令，所述微码模块包括存储掩码数据、比较数据、分支地址和字段类型的微码存储器，以及连接到所述微码模块的解析模块，所述解析模块包括微码序列发生器，所述微码序列发生器被配置成使用掩码和比较数据来解码收到的信息帧中的字段类型以确定与所述信息帧相关联的帧格式，获取与所述帧格式相对应的微码信息，并根据所述不同的帧格式和从所述微码模块获取的微码信息，重新配置一组硬件部件来解析所述信息帧以获得帧格式信息。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述接收器包括：

功率放大器；

连接到所述功率放大器的RF/IF转换器；

连接到所述RF/IF转换器的IQ模块；

连接到所述IQ模块的基带处理器；以及

连接到所述基带处理器的介质访问控制器。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述介质访问控制器包括所述可重配置的、基于硬件的帧解析器。

7.如权利要求4所述的系统，还包括用于在所述帧解析期间缓冲所述信息帧的延迟线模块。

8.一种执行帧解析的方法，包括：

接收信息帧；

通过使用掩码和比较数据解码所述帧的字段类型，确定与所述信息帧相关联的帧格式；

从微码模块检索与所述帧格式对应的微码信息，所述微码信息包括重新配置一个或多个硬件部件的指令，且所述微码模块包括存储掩码数据、比较数据、分支地址和字段类型的微码存储器；

使用来自所述微码模块的所述微码信息重新配置包括微码序列发生器的解析模块，来解析所述信息帧；以及

使用所述重新配置的解析模块解析所述信息帧，以获得帧格式信息。

9.如权利要求8所述的方法，还包括延迟所述信息帧直到所述帧格式信息被解析。