CN1981497A - 波特率检测 - Google Patents

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CN1981497A CNA2005800226524A CN200580022652A CN1981497A CN 1981497 A CN1981497 A CN 1981497A CN A2005800226524 A CNA2005800226524 A CN A2005800226524A CN 200580022652 A CN200580022652 A CN 200580022652A CN 1981497 A CN1981497 A CN 1981497A
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Abstract

一种确定二进制码元数据流的特性的方法，该方法包括：在一预先决定的速率下对该数据流进行采样，其中该速率足以从每个二进制码元中取得至少二个采样；辨识具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；以及基于所辨识出的路程为一个码元长度，分配一码元速率给该数据流。

Description

波特率检测
【发明所属之技术领域】
本发明关于确定一具有时变特性的数据流的特性的方法及装置。
【先前技术】
一般而言，向移动电话提供一通用异步收发机(UART，universalasynchronous receiver/transmitter)移动电话以在RS232链路与一外部装置(如个人计算机)交换数据是常见的实施方式。在移动电话中内建一UART的好处是显而易见的，举例来说，个人计算机能够通过藉由一RS232链路连接一移动电话，而将该移动电话当作一“外接调制解调器”，以透过该移动电话所属的无线通信网络来收发数据。
RS232链路将一数据电路终端设备(DCE，data circuit terminatingequipment)与一数据终端设备(DTE，data terminal equipment)互相连接。其中DTE是用来传送数据到连接线而DCE是用来从连接线接收数据。介于DTE与DCE之间的RS232通信连接线的每一端的速度与传输设定必须被设为相同的数值，但是这样的配置处理对使用者而言是困难的。尤其是当RS232链路的一端(通常是DCE)是设置在简单的消费性电子装置(例如移动电话)时，相关通信设定的调整过程常常是不易熟悉的，需要使用者操作复杂的菜单，而结果是配置设定经常不正确。
安排DCE去自行调整以符合与其形成RS232链路的DTE的通信设定RS232链路是可行的，而使用者不用手动配置RS232链路的通信设定。这需要DCE去分析接收自DTE的数据流，该数据流是由一连串表示二进制码元的正电压与负电压脉冲所构成的。这些脉冲的宽度是依据RS232链路的传输速度而定，而这些二进制码元的数目及安排是依据RS232链路的奇偶性与其它设定来决定。
或许，辨别来自DTE的数据流的传输速率的最简单方式之一是对DCE使用一定时器来测量数据流中脉冲的宽度。然而这样的定时器需要一比RS232链路中预期的最大波特率要高出数倍的频率的时钟。要实现这样的时钟而不使用特殊的硬件是相当困难的，况且这种硬件的使用在一些装置(例如移动电话)的环境中是不受欢迎的，在该装置中期望以软件实现功能以便于使用一标准的微处理芯片来执行这些功能。使用软件来实现这样的时钟将对主处理器造成沉重的实时负载，因为该时钟会在其时钟频率下产生周期性的处理器中断，而在每一次的中断中，处理器将会需要执行数个指令。
【发明内容】
根据一个方面，本发明涉及确定一二进制码元数据流的特性的方法，该方法包括：在一预先决定的速率下对该数据流进行采样，其中该速率足以对每个二进制码元取得至少二个采样；辨识具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；以及基于所辨识的路程为一码元长度，分配一数据速率给该数据流。
本发明也关于一种确定二进制码元数据流的特性的装置，该装置包括：用以在一预先决定的速率下对该数据流进行采样的装置，其中该速率足以对每个二进制码元取得至少二个采样；用以辨识具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程的装置；以及基于所辨识的路程为一码元长度，用以分配一数据速率给该数据流的装置。
就一特定观点而言，本发明提供一种确定RS232格式数据流的波特(Baud)率的方法，该方法包括在一预先决定的速率下对该数据流进行采样；辨识具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；以及基于所辨识的路程为一波特长度下，分配一数据速率给该数据流。本发明亦涉及实现此方法的装置。
本发明亦包含一种确定RS232格式数据流的特性的方法，该数据流包括一连串的每个都被封装为一帧的字码，该方法包括：在一预先决定的速率下对该数据流进行采样；辨识具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；基于所辨识的路程为一波特长度下，分配一波特率给该数据流；基于所分配的波特率下从该数据流重新取得一个或多个帧；以及确定一个或多个重新取得的帧的奇偶性以估计字码传送时是否带有奇偶位。本发明亦涉及实现此一方法的装置。
在一较佳实施例中，提供一组码元长度范围，每一范围具有一标称数据速率，并且，将由所辨识的路程所提供的码元长度与该范围相比较，使得所辨识的路程所处的范围的标称数据速率是被分配给该数据流的数据速率，在另一实施例中，被分配给数据流的数据速率为所辨识的路程的持续时间的倒数。
在该数据流中的码元可被组织在连续的帧之中，在该情况下可以计算所述数据流的至少一帧的奇偶性以做出关于帧结构的判定。较佳地，该帧结构的估计是基于对多个帧的奇偶估计，以提高帧结构判定正确的可能性。
对移动电话中的基带处理器集成电路而言，集成非专门用于RS232的通用串行输入/输出硬件是很普遍的，该硬件可允许以可编程的速率将串行数据的定时于一移位寄存器，此外该串行移位寄存器的内容可被载入处理器内存中，其通常是由一不会造成严重软件过载现象的直接内存存取(DMA，directmemory access)处理来执行。在某些实施例中，本发明使用此种输入/输出硬件以对待测的数据流进行采样。
较佳地，该采样操作的预定速率至少为该数据流的预期最高数据速率的两倍。
较佳地，但非绝对地，本发明常常被用于确定波特率，且可选择地，确定用于通过RS232链路传送给移动电话的数据信号中的奇偶设定。
本发明亦能以程序来实现，使得数据处理设备能够执行本发明的数据流分析技术。
【图式简单说明】
本发明的实施例仅作为示例，在此参考附图说明如下：
图一是一说明个人计算机与移动电话间的RS232链路的框图；以及
图二说明一通过RS232链路异步接收的典型ASCII字码的波形。
【实施方式】
如图一所示，一个人计算机2通过RS232链路10连接于一移动电话4，移动电话4的架构以简化的形式呈现于图一中，其仅包含描述本发明实施例操作时所需要的组件。
RS232链路10连接个人计算机2到一位于移动电话4中的通用异步收发机20，RS232链路中的数据线8被示出为在个人计算机2及通用异步收发机20之间延伸。至于在个人计算机2及通用异步收发机20间通行的数据信号，其所具有的一般波形被显示于图二中，其中一正电压电平V(一般介于8到14伏特之间)表示逻辑0，并且一标称相等的负电压表示逻辑1，在图二中的波形则表示一单独ASCII的8位字码，其可被转换成一组10个脉冲，其中：
·在第一脉冲11之前，波形维持在负电压电平；
·该第一脉冲11为一起始位，其为逻辑0，作为字码的起始信令；
·用来传送ASCII字码的八位负载区间12则是接着在起始位之后；
·在负载区间12的字码长度为七位的情况下，在其中加入一奇偶位13而形成一完整的负载区间，并强制决定负载区间12为偶或为奇，以符合传输的奇偶设定；
·一逻辑1的停止位14则附加于负载区间12之后，用来指出定义该字码的该组脉冲的结束(停止位实质上定义了最小码间间隙，然而其它码间间隙值也是可允许的，例如1.5波特与2波特)；以及
每个脉冲具有相同的持续时间(表示为15)，该持续时间为波特率的倒数。
个人计算机2被配置为以某一波特率及某一奇偶设定通过RS232链路10传送数据，若个人计算机2所送出的数据要被移动电话4正确地接收，则通用异步收发机20必须被配置为符合这些设定。通用异步收发机20是由移动电话4中的一通用微处理器24所配置和控制的。移动电话中的内存资源包含了一自动侦测软件模块9，其由处理器24来管理以辨别出个人计算机2所采用的波特率及奇偶设定，以便使移动电话4的使用者不需要去手动执行这些设定。处理器24在传入数据流的错误报告(例如，没侦测到起始位、没侦测到停止位或不正确的奇偶性)或控制线(DTR，CTS)的状态改变之后执行自动侦测组件9。因此，自动侦测组件9并不会持续地操作，从而减少了处理器24的处理负担。在一常见的范例中，移动电话4除了包含UART 20之外，还包含一可编程的串行输入/输出电路22，而且自动侦测模块9也会被安排来使用此电路以分析在数据线8上传送至移动电话4的数据。
自动侦测组件9配置输入/输出电路22以对数据线8(如虚拟线3所示)进行采样。由个人计算机2所采用的波特率是选自于一标准范围中的速率，在此范例中的速率为4800、9600、19200、57600、115200与230400Hz，而且自动侦测组件9会配置输入/输出电路22以两倍于个人计算机2可采用的最大波特率(也就是460800Hz)，对数据线8进行采样。自动侦测组件9被被安排为使输入/输出电路22调整采样捕获以从错误之后的数据线8上的起始位开始采样，该错误触发处理器24执行自动侦测组件9。自动侦测组件9会使输入/输出电路22去捕获一采样训练集，该采样训练集足够用于在所能侦测到的最低波特率下捕捉一完整的字码，也就是10个脉冲。在输入/输出电路22的采样速率设定为460800Hz且个人计算机2所使用的最低波特率为4800Hz的假设下，其所获得的采样训练集的长度至少要为960个。此采样处理与常规的UART20数据通信操作是平行发生的，并以目前的波特率与奇偶设定下持续解译通过数据线8到达移动电话4的信号，一直到自动侦测组件9做出改变两个设定中的其中之一或是两个皆改变的决定为止。
自动侦测组件9配置输入/输出电路22将所获得的采样训练集跳过处理器24而直接写入移动电话中内存资源内。以此方式，自动侦测组件9能够捕捉用于波特率和奇偶分析的采样训练集，而不会严重影响处理器24的处理负担。这是非常有利的，因为处理器24随时有可能要忙于其它必须实时完成的运算处理。
一旦自动侦测组件9完成了采样训练集的收集，自动侦测组件9会扫瞄整个训练集以确定出共享相同逻辑状态的采样的最短路程。如此辨识出的路程长度被随后假设为对应于一单个波特率的周期。正如同所有的RS232命令询问是以符号“A”及“T”作为开始，这项假设可能是有效的(“A”为0010000011及“T”为0010101001-包含起始与停止位)。
自动侦测组件9随后通过将最小路程长度与一查询表相比较，把该最小路程长度转换为通过RS232链路到达移动电话4的数据流的波特率。查询表的使用即意味着到达数据流的波特率能够被快速地确定而不须要执行任何计算。同样地，查询表的使用可让个人计算机2的波特率与UART 20的波特率之间的高容许误差限度能够被接受。
在本发明的实施例(自动侦测组件9以460800Hz对数据流进行采样)中所使用的查询表示出如下：
    路程长度范围     标称波特率
    1-2     230,400
    3-5     115,200
    6-9     57,600
    10-13     38,400
    14-19     28,800
    20-28     19,200
    29-40     14,400
    41-72     9,600
    73-144     4,800
    145-288     2,400
    289-960     1,200
    961-2112     300
由自动侦测组件9从采样训练集所确定出的最小采样长度被与查询表中左行所列举的路程长度范围相互比较，在查询表右行中对应包括所测得的最小路程长度的路程长度范围的标称波特率被随后分配给在RS232链路10的数据线8上到达的数据流。
在一替换实施例中，可从由自动侦测组件9所得到采样训练集中扫描出的最小路程长度所包含的时间周期进行倒数计算而推论实际的波特率。在进一步的变化方式中，可通过一软件决策树来处理最小路径长度以指定一波特率。
一旦波特率被分配给数据流后，由数据线进来的位在需要时能够被重建。举例而言，若自动侦测组件9在速率460800Hz下对进来的数据流进行采样，然后在起始位与停止位忽略不计的情况下，以57600bps传送的符号“T”，其接收的形式如下列采样训练集所示：
“0000000011111111000000001111111100000000111111110000000000000000”
假设自动侦测组件9已经正确地确定出单个波特的采样数目，然后自动侦测组件9将简化上述信号训练集为一个二进制序列：
″01010100″
因为这个重新获得的负载区间仅包含三个逻辑1的码元，其具有奇数的奇偶性，因此自动侦测组件9能够推断出此负载区间要么是不包括奇偶位的八位字码，要么就是具有一奇偶位以及七个位的字码，其中该奇偶位是用来提供负载区间奇数的奇偶位。因此自动侦测组件9需要去分析多个连续的重新取得的负载区间，以做出具有一可信程度的关于传入数据流的奇偶设定的确定。举例而言，若数据流接下来的三个负载区间也被自动侦测组件9侦测出具有奇数个奇偶位，自动侦测组件9随后就能够推断出传入数据流包含七个位字码，并伴随有使该负载区间为奇数的奇偶性的奇偶位的数据流；否则自动侦测组件9将能够推断出传入数据流是由包含八个位字码而没有伴随奇偶位的负载区间。
一旦自动侦测组件9已经确定出波特率，且任选地，通过数据线8而到达的数据流的奇偶位，自动侦测组件会使处理器24将这些设定加诸在UART 20上，至此之后，UART 20会使用这些设定来解译传入的数据流。在波特率及奇偶设定其中之一再次改变或一起再次改变时，或是自动侦测组件9估测错误的情况下，自动侦测组件9会被触发以执行另一轮的波特率与奇偶设定的估计处理。

Claims (18)

1.一种确定二进制码元数据流的特性的方法，该方法包括：
在一预先决定的速率下对该数据流进行采样，其中该速率足以从每个二进制码元中取得至少二个采样；
辨识出具有相同逻辑电平之采样的最短连续路程；以及
基于所辨识出的路程为一个码元长度，分配一码元速率给该数据流。
2.如权利要求1所述的方法，其中分配一码元速率给该数据流包括：
将所辨识出的路程的长度与一组范围相比较，其中每一范围是与一码元速率相关；以及
分配与所辨识出的路程的长度所处的范围相关的码元速率。
3.如权利要求1所述的方法，其中分配一码元速率给数据流包括对所辨识出的路程的持续时间取倒数。
4.如权利要求1所述的方法，其中分配一码元速率给数据流包括透过一软件决策树对所辨识出的路程进行处理。
5.如权利要求1项所述的方法，其中所述预先决定的速率至少是该数据流的最高期望符号率的两倍。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
基于所分配的码元速率，从该数据流重新取得一个或多个的码元帧；以及
决定所述一个或多个重新取得的帧的奇偶性以估计字码传送时是否带有奇偶位。
7.一种确定二进制码元数据流的特性的设备，该设备包括：
用以在一预先决定的速率下对该数据流进行采样的装置，其中该速率足以从每个二进制码元中取得至少二个采样；
用以辨识出具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程的装置；以及
基于所辨识出的路程为一个码元长度，用以分配一码元速率给该数据流的装置。
8.如权利要求7所述的设备，其中用以分配一码元速率给该数据流的装置包括：
用以将所辨识出的路程的长度与一组范围相比较的装置，其中每一范围与一符号率相关；以及
用以分配与所辨识出的路程的长度所处的范围相关的码元速率的装置。
9.如权利要求7所述的设备，其中用以分配一码元速率给该数据流的装置包括用以对所辨识出之路程的持续时间取倒数的装置。
10.如权利要求7所述的设备，其中用以分配一码元速率给该数据流的装置包括透过一软件决策树用以对所辨识出的路程进行处理的装置。
11.如权利要求7至10中任一项所述的设备，其中该预先决定的速率至少为该数据流的最高期望符号率的两倍。
12.如权利要求7至11中任一项所述的设备，更包括：
基于所分配的码元速率，用以从该数据流重新取得一个或多个码元帧的装置；以及
用以决定一个或多个重新取得的帧的奇偶性以估计字码传送时是否带有奇偶位的装置。
13.一种用于确定RS232格式数据流的波特率的方法，该方法包括：
在一预先决定的速率下对该数据流进行采样；
辨识出具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；以及
基于所辨识出的路程为一个波特长度，分配一波特率给该数据流。
14.一种确定RS232格式数据流的特性的方法，所述数据流包括在一连串的字码，每个字码封装在一帧中，该方法包括：
在一预先决定的速率下对该数据流进行采样；
辨识出具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；
基于所辨识出的路程为一个波特长度，分配一波特率给该数据流；
基于所分配的波特率，从该数据流重新取得一个或多个帧；以及
确定一个或多个重新取得的帧的奇偶性以估计字码传送时是否带有奇偶位。
15.一种用于确定RS232格式数据流的波特率的设备，该设备包括：
用以在一预先决定的速率下对该数据流进行采样的装置；
用以辨识出具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程；以及
基于所辨识出的路程为一个波特长度，用以分配一波特率给该数据流。
16.一种确定RS232格式数据流的特性的设备，所述数据流包括一连串的字码，每个字码封装在一帧中，该设备包括：
用以在一预先决定的速率下对该数据流进行采样的装置；
用以辨识出具有相同逻辑电平的采样的最短连续路程的装置；
基于所辨识出的路程为一个波特长度，用以分配一波特率给该数据流的装置；
基于所指派的波特率，用以从该数据流重新取得一个或多个帧的装置；以及
用以确定一个或多个重新取得的帧的奇偶性以估计字码传送时是否带有奇偶位的装置。
17.一种确定数据流的特性的方法，该方法大体上如前，参照附图所述。
18.一种确定数据流的特性的设备，该设备大体上如前，参照附图所述。
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