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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationen und insbesondere bidirektionale
Kommunikationen unter Verwendung von lediglich einem Kommunikationskanal.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Universelle
asynchrone Empfänger/Sender (UART)
werden für
drahtlose Einzelkanal-Kommunikationen verwendet und sind bereits
beispielsweise aus der EP-A1-0 666 529 und aus der US-A-4 949 333
bekannt. Die EP-A1-0 666 529 beschreibt ein UART, das ein Leistungs-Managementsystem
sowie eine Schaltung und ein Verfahren zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs
beinhaltet. Eine Taktsteuereinheit überwacht das UART und steuert
einen Baud-Generator, und zwar abhängig von verschiedenen Zuständen im
UART. In der US-A-4 949 333 ist ein UART beschrieben, das mit Industriestandards kompatibel
und steuerbar ist, um wahlweise in einem synchronen oder in einem
asynchronen Modus zu arbeiten.
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Ein
bekanntes Problem bezüglich
drahtloser Einzelkanal-Kommunikationen
besteht in einem unerwünschten
Empfang im Empfängerbereich
vom Signal, das durch den Sender der gleichen Vorrichtung beziehungsweise
des gleichen Systems gesendet wird. Ein Lösungsansatz, der verwendet
wurde, um dieses Problem des unerwünschten Empfangs zu vermeiden,
besteht darin, ein Signal in einem Kanal zu senden und eine Antwort
in einem anderen Kanal zu empfangen. Basierend auf der Technologie
ist es jedoch manchmal unpraktisch oder unmöglich, verschiedene Kanäle zum Senden
und Empfangen von Signalen zu verwenden.
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Ein
weiterer Lösungsansatz
zur Verhinderung einer Signalverarbeitung von unerwünschten Empfängen besteht
darin, einen Bereich von Daten zu senden und dann eine äquivalente
Menge an Daten zu löschen,
die sehr kurz nach dem Senden der Daten empfangen wurden. Ein solcher
Lösungsansatz
kann jedoch sehr kompliziert werden, da eine Vorrichtung das Senden
von Daten zeitlich verfolgen muss, so dass sie bestimmen kann, welche
empfangenen Daten ein Löschen
oder ein Räumen
erfordern.
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Die
Verwendung digitaler Signalformate zum Senden von Daten vereinfacht
das Problem des Räumens
von Daten. Der Grund besteht natürlich
darin, dass die genaue Menge an Daten, die gesendet wurde, bekannt
ist, und daher eine äquivalente
Menge gelöscht
werden kann. Beispielsweise kann eine Vorrichtung bestimmen, dass
eine Anzahl von N Bytes gesendet wurde. Folglich, und vor dem Empfang
einer Antwort von einer anderen Vorrichtung, muss eine vorliegende
Vorrichtung die letzten N Bytes löschen, die empfangen wurden.
Wie in diesem Ausführungsbeispiel
gesehen werden kann, ist es einer Vorrichtung erlaubt, die Daten
zu empfangen, die sie sendet, aber durch ein sorgfältiges Daten-Management
können
diese Daten gelöscht
werden, bevor reale Daten von einer anderen Vorrichtung empfangen werden.
Eine Herausforderung bezüglich
der Implementierung dieses Systems besteht jedoch darin, dass die
empfangenen Daten sehr schnell gelöscht werden müssen, so
dass sie den Empfang von aktuellen Signalen nicht stören, die
von einer anderen Vorrichtung gesendet werden.
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Ein
Typ von Vorrichtung, der unter den obigen Problemen leidet, ist
ein Infrarot-Sender/Empfänger,
der nichtkohärentes
Licht erzeugt, nämlich Licht,
das zum Divergieren neigt, statt einem geraden Pfad zu folgen. In
einer Vorrichtung, die ein bekanntes Infrarot-Digital-Signal-Protokoll
verwendet, wie z. B. INFRARED DIGITAL ASSOCIATION (IrDA), erfolgt
das Senden und Empfangen der Signale über den gleichen "Kanal", da Signale, die
in der spektralen Frequenz-Domäne
gesendet werden, nicht so leicht in eine Vielzahl von Kanälen getrennt
werden können,
wie man dies bei anderen elektromagnetischen Signalen aus anderen
Spektren tun kann, wie z. B. VHF oder UHF. Wenn folglich nicht-kohärentes Licht
als ein Signal-Medium verwendet wird, dann wird das gesendete Signal
häufig
von den optischen Filtern des gleichen Systems beziehungsweise der gleichen
Vorrichtung empfangen. Folglich sind Einzelkanal-Infrarot-Systeme
häufig
dazu ausgestaltet, um Daten zu löschen,
die nach jedem Senden empfangen wurden, da das empfangene Signal
das gleiche Signal ist, das gesendet wurde.
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Wie
vorstehend erläutert,
besteht jedoch eine Schwierigkeit bezüglich des Löschens unerwünschter
empfangener Signale, die durch den Infrarot-Sender der gleichen
Vorrichtung gesendet wurden, darin, dass die Antwortzeit zum Löschen von Daten
sehr klein ist, da der Empfänger
bereit sein muss, um eine sofortige Antwort von einer anderen Einheit
zu empfangen.
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Daher
ist bei solchen Systemen, die eine Licht emittierende Diode (LED)
verwenden und die Licht-Detektoren als Empfänger aufweisen, oder bei einem
anderen Typ von drahtloser Einzelkanal-Kommunikation, das Problem
des Empfangens der eigenen Sendung der Vorrichtung real vorhanden.
Was daher benötigt
wird, ist eine Vorrichtung und ein Verfahren, wodurch verhindert
wird, dass der eigene Empfänger
einer Vorrichtung die Signale empfängt, die sie sendet, und zwar
in einer Weise, die weniger Verarbeitungsressourcen benötigt und
die sogar wenig Zeit benötigt,
um implementiert zu werden, wodurch die Gefahr des Verlierens von
einem Anfangsteil von einem Block von Daten reduziert wird, der
als Antwort von einer anderen Vorrichtung gesendet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
sind eine UART-Vorrichtung und eine Logik-Einheit offenbart, mit
Hilfe derer bidirektionale Kommunikationen in einem einzigen Kommunikationskanal
durchgeführt
werden, wodurch eine unnötige
Verarbeitung vermieden und ein effizienterer Datenübertragungsprozess
in einer Einzelkanal-Umgebung ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
enthält
eine Logik-Schaltung, die automatisch den Empfänger-Anschluss vom UART in
einer Weise deaktiviert und aktiviert, die das UART daran hindert,
Daten zu empfangen, die vom eigenen Sender der Vorrichtung gesendet
werden. Durch Verwendung einer solchen Logik-Schaltung werden zumindest
zwei spezielle Vorteile erreicht.
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Erstens,
die Software-Interrupt-Handhabung, die immer dann stattfindet, wenn
Daten vom Empfänger-Teil
von einem UART empfangen werden, und die verarbeitet werden müssen, werden nicht
mehr infolge des unnötigen
Empfangs von Daten erzeugt und verarbeitet, die durch den eigenen Sender
des UART gesendet werden. Dadurch wird die Anzahl unnötiger Software-Interrupts
stark reduziert, die verarbeitet werden müssen. Zweitens, da UARTs ständig bereit
sein müssen,
um eine nahezu unmittelbare Antwort von einem anderen System innerhalb
einer kleinen und endlichen Zeitdauer zu empfangen, ist das Löschen von
unerwünschten
Daten innerhalb realer Zeitbeschränkungen kein Problem mehr,
da es nicht mehr erforderlich ist, solche Daten zu löschen. Die
UART-Vorrichtung und die Logik-Einheit, die hier offenbart sind,
umgehen die Zeitbeschränkungen
von einem Echtzeit-System, im unerwünschte Daten schnell gelöscht werden
müssen, indem
eine Schaltung und ein Verfahren verwendet werden, wodurch der Empfänger automatisch
deaktiviert wird, wenn Sendungen stattfinden, und der Empfänger aktiviert
wird, um dann zu empfangen, wenn keine Sendungen mehr stattfinden.
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Ein
UART gemäß der Erfindung
ist durch den unabhängigen
Anspruch 1 definiert. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2–6 definiert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
besseres Verständnis
vom Verfahren und dem System der vorliegenden Erfindung kann durch
Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung der folgenden
bevorzugten Ausführungsbeispiele
erhalten werden, und zwar in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel
von einem UART darstellt.
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2 ein
Blockdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel
von einem UART darstellt, das eine Logik-Schaltung enthält.
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3 eine
Logik-Darstellung ist, die die Logik-Komponenten und ihre Verbindungen eines
Ausführungsbeispiels
der Logik-Schaltung der Erfindung darstellt.
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4 ein
Flussdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel
der logischen Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen, in der ein
Ausführungsbeispiel
von einem UART 100 dargestellt ist, das über einen
Datenbus 102 mit einer CPU 110 gekoppelt ist.
Wie gesehen werden kann, wirkt ein Sende-Datenspeicher 120 als
eine Daten-Warteschlange für
durch den Sender 140 zu sendende Daten. Ein Sende-FIFO 130 ist
zwischen dem Datenspeicher 120 und dem Sender 140 durch
Leitungen 104 bzw. 106 angeschlossen. Das FIFO 130 liefert
an die UART-Verarbeitungseinheit 150 ein
Signal, das angibt, ob das FIFO 130 Daten enthält, die über Leitung 108 gesendet
werden sollen. Immer dann, wenn der Sender 140 ein Signal 160 sendet, wobei
dieses Signal vom Empfänger 170 empfangen wird,
sendet der Empfänger 170 das
Signal über
die Leitung 112 an den Speicher 180. Der Speicher 180 gibt
dann der Verarbeitungseinheit 150 über Leitung 114 an,
dass er einen Datenblock vom Empfänger 170 empfangen
hat. Die Verarbeitungseinheit 150 antwortet dann, indem
der Speicher 180 über
die Leitung 116 aufgefordert wird, diesen Datenblock zu
löschen.
Normalerweise instruiert die Verarbeitungseinheit 150 den
Speicher 180, einen Datenblock immer dann zu löschen, wenn
ein solcher Datenblock als ein Signal empfangen wurde, und zwar
eine sehr kurze Zeit nachdem der Sender 140 ein Signal 160 gesendet
hat. Insbesondere erzeugt der Sender 140 ein Interrupt,
das zu der Verarbeitungseinheit 150 über Leitung 118 jedes
Mal dann gesendet wird, wenn er ein Signal 160 sendet.
Auf ähnliche
Weise erzeugt der Empfänger 170 ein
Interrupt, das er zu der Verarbeitungseinheit 150 über Leitung 122 jedes Mal
dann sendet, wenn er ein Signal 160 empfängt. Wie
gesehen werden kann, muss die Verarbeitungseinheit 150 somit
einen von den Empfänger 170 empfangenen
Interrupt jedes Mal dann verarbeiten, wenn der Sender 140 ein
Signal 160 sendet, da das gleiche Signal vom Empfänger 170 empfangen
wird. Es sei ebenfalls erwähnt,
dass die PU 150 ein Empfänger-Aktivierungs-Flag über Leitung 124 zum
Empfänger 170 sendet,
das es dem Empfänger 170 ermöglicht,
Signale zu empfangen. Allgemein wird dieses Empfänger-Aktivierungs-Flag auf Leitung 124 gesendet,
wenn der Sender 140 sendet, und auch dann, wenn der Sender 140 nicht
sendet, aber das System eingeschaltet ist.
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Die
Verwendung eines digitalen Signalformats vereinfacht das Problem
des Löschens
von Signalen, wie vorstehend beschrieben. Der Grund besteht natürlich darin,
dass die genaue Menge an Daten, die gesendet wird, bekannt ist,
und daher eine äquivalente
Menge gelöscht
werden kann. Beispielsweise kann eine Vorrichtung bestimmen, dass
eine Anzahl von N Bytes gesendet wurde. Folglich, und vor dem Empfang
einer Antwort von einer anderen Vorrichtung, muss eine vorliegende
Vorrichtung die letzten N empfangenen Bytes löschen. Wie bei diesem Ausführungsbeispiel
gesehen werden kann, ist es der Vorrichtung möglich, die Daten zu empfangen, die
sie sendet, aber durch ein sorgfältiges
Daten-Management können
diese Daten gelöscht
werden, bevor reale Daten von einer anderen Vorrichtung empfangen
werden. Eine Herausforderung bei der Implementierung dieses Systems
besteht jedoch darin, dass die empfangenen Daten sehr schnell gelöscht werden
müssen,
um den Empfang von tatsächlichen Signalen
nicht zu stören,
die von einer anderen Vorrichtung gesendet werden.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm von einem UART, das eine Logik-Schaltung beinhaltet.
Insbesondere ist das UART 200 über einen Datenbus 202 und über eine
Betriebsart-Steuerleitung 204 mit
einer externen CPU 210 verbunden. Der Sende-Datenspeicher 220 ist über Leitung 206 mit
dem Sende-FIFO 230 verbunden.
Das Sende-FIFO 230 ist außerdem über Leitung 208 mit
dem Sender 240 verbunden. Wenn folglich das UART 200 Daten
zum Senden von der CPU 210 über den Datenbus 202 empfängt, dann
wirkt der Sende-Datenspeicher 220 anfänglich als eine Daten-Warteschlange
zum Speichern der zu sendenden Daten. Dann sendet der Sende-Datenspeicher 220 die
Daten zum Sende-FIFO 230, die durch den Sender 240 gesendet werden
sollen. Das Sende-FIFO 230, wie er in der Technik bekannt
ist, wirkt zur Unterstützung
der zeitlichen Steuerung von Datensendungen durch den Sender 240.
Wie gesehen werden kann, sendet der Sender 240 immer dann,
wenn er ein Daten-Byte vom Sende-FIFO 230 über Leitung 208 empfängt, ein solches
Daten-Byte als Signal 250. Außerdem sendet der Sender 240,
der über
Leitung 212 auch mit der Verarbeitungseinheit 260 gekoppelt
ist, ein Software-Interrupt über Leitung 212 zu
der Verarbeitungseinheit 260, um anzugeben, dass ein Daten-Byte
gesendet wurde.
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Auf ähnliche
Weise erzeugt der Empfänger 270 immer
dann, wenn er ein Signal 250 empfängt, ein Software-Interrupt,
wobei dieses Software-Interrupt über
Leitung 214 zu der Verarbeitungseinheit 260 gesendet
wird. Der Empfänger 270 sendet
außerdem
das empfangene Signal über
Leitung 216 zum Empfangs-Datenspeicher 280.
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Im
UART aus 1, wie vorstehend diskutiert,
sendet die Verarbeitungseinheit 150 ein Empfänger-Aktivierungs-Flag
zum Empfänger 170 über Leitung 124.
Dieses Empfänger-Aktivierungs-Flag wird
verwendet, um den Empfänger
zu aktivieren oder zu deaktivieren. Allgemein aktiviert der Empfänger das
Flag, um eine logische 1 zu setzen, und zwar unabhängig davon,
ob das UART Signale sendet oder empfängt. Im in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird jedoch das Empfänger-Aktivierungs-Flag über Leitung 218 zu
der Logik-Einheit 290 gesendet, anstatt zum Empfänger gesendet
zu werden, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Die Logik-Einheit 219 empfängt außerdem als
Eingang ein Signal über
Leitung 222, das angibt, ob der Sende-Datenspeicher 220 leer
ist, und ein Signal über
Leitung 224, das angibt, ob das Sende-FIFO 230 leer
ist. Gemäß einem
Logik-Zustand von jedem der Signale, die über Leitungen 222, 224, 218 und über die
Betriebsart-Steuerleitung 204 empfangen
werden, bestimmt die Logik-Einheit 290,
ob der Empfänger 270 über Leitung 226 aktiviert
oder deaktiviert werden soll.
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Im
Ausführungsbeispiel
aus 2 aktiviert die Logik-Einheit 290 den Empfänger 270,
ein Signal 250 nur dann zu empfangen, wenn das Empfänger-Aktivierungs-Flag
auf Leitung 218 auf wahr eingestellt ist, und auch dann,
wenn das Signal auf der Betriebsart-Steuerleitung 204 eine
Vollduplex-Betriebsart statt einer Halbduplex-Betriebsart angibt, oder
wenn es eine Halbduplex-Betriebsart angibt, wobei die auf Leitungen 222 und 224 empfangenen Signale
angeben, dass der Sende-Datenspeicher 220 bzw. der Sende-FIFO 230 leer
sind. Wenn daher, anhand eines Beispiels, das auf Leitung 218 empfangene
Empfänger-Aktivierungsflag
auf wahr eingestellt ist und die Betriebsart-Steuerleitung 204 angibt, dass
eine Halbduplex-Betriebsart aktiviert ist, dann wird der Empfänger 270 nur
aktiviert, um ein Signal 250 durch die Logik-Einheit 290 über Leitung 226 zu empfangen,
und zwar immer dann, wenn der Sende-Datenspeicher 220 und das Sende-FIFO 230 beide
leer sind, wie über
Leitungen 222 und 224 angegeben wird. Daher, immer dann,
wenn sich das UART 200 in einer Sende-Betriebsart befindet,
wie entweder durch den Datenspeicher 230 oder das Sende-FIFO 230 angegeben
ist, die Daten zum unmittelbaren Senden enthalten, wird der Empfänger 270 automatisch
deaktiviert, wenn über
Leitung 204 durch die externe CPU 210 eine Halbduplex-Betriebsart
spezifiziert ist.
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Das
UART 200 aus 2 zeigt eine Verarbeitungseinheit 260,
die in der UART 200 enthalten ist. Die Funktionalität einer
solchen Verarbeitungseinheit 260 kann aber auch auf einfache
Weise durch die CPU 210 durchgeführt werden. In einem solchen Ausführungsbeispiel überträgt jede
der Leitungen, die Signale zu der Verarbeitungseinheit 260 übertragen,
lediglich jene Signale zu der externen CPU 210, die durch
diese verarbeitet werden sollen.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, in der eine
Logik-Darstellung
von einem Ausführungsbeispiel
der Logik-Einheit 290 aus 2 gezeigt
ist. Wie gesehen werden kann, enthält die Logik-Einheit 300 aus 3 ein
UND-Gatter 310, ein ODER-Gatter 320 und ein zweites
UND-Gatter 330. Die beiden Eingänge vom UND-Gatter 310 empfangen
die Signale, die auf Leitungen 222 und 224 vom
Sende-Datenspeicher 220 und
dem Sende-FIFO 230 empfangen werden, alle aus 2,
wobei diese Signale angeben, ob der Datenspeicher 220 bzw.
ob das Sende-FIFO 230 leer ist. Ein logischer Ausgang vom UND-Gatter 310 wird über Leitung 312 zu
einem Eingang vom ODER-Gatter 320 gesendet. Das Halbduplex-Betriebsart-Signal,
das in 2 über
Leitung 204 von der CPU 210 zum UART 200 übertragen wird,
wird mit einem Inverter 340 gekoppelt, der den Zustand
des Signals invertiert, bevor das Signal zum zweiten Eingang vom
ODER-Gatter 320 gesendet wird.
Der logische Ausgang vom ODER-Gatter 320 wird
dann zu einem Eingang vom UND-Gatter 330 über Leitung 314 gesendet.
Wie gesehen werden kann, hat das UND-Gatter 330 zwei Eingänge, von denen
der eine der Ausgang vom ODER-Gatter 320 ist, und einen
Eingang auf Leitung 218 aus 2, der das
Rx-Aktivierungs-Flag empfängt.
Der Ausgang vom UND-Gatter 330, ein Rx- Aktivierungs-Signal, wird auf Leitung 226 in 2 zum
Empfänger 270 gesendet,
um den Empfänger 270 zu
aktivieren oder zu deaktivieren. Wie gesehen werden kann, wird der Empfänger 270 nur
durch die Logik-Einheit aktiviert, die in 3 dargestellt
ist, und zwar gemäß dem folgenden
logischen Ausdruck:
Rx-Aktivierung = ((Datenspeicher_leer UND
Sende-FIFO_leer) ODER Halbduplex_deaktiviert) UND Rx-Aktivierungs-Flag
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Es
soll natürlich
verstanden werden, dass der obige Ausdruck, wie auch die Schaltung
aus 3, viele logische Äquivalente haben kann, um zu ähnlichen
Resultaten zu führen.
Beispielsweise ist ein Halbduplex-Deaktivierungs-Signal gleich dem Gegenteil
von einem Halbduplex-Aktivierungs-Signal. Für einen Fachmann ist die hier
gelehrte Erfindung leicht verständlich,
und es ist offensichtlich, wie äquivalente
logische Schaltungen und Ausdrücke
abgeleitet werden können.
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Es
wird nun auf 4 Bezug genommen, in der eine
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verfahren
gezeigt ist. Schritt 410 beinhaltet das Bestimmen, ob das
Rx-Aktivierungs-Flag gesetzt ist. Falls nicht, wie in Schritt 420 gezeigt,
wird der Empfänger
deaktiviert. Wenn die Rx-Aktivierungs-Flag gesetzt ist, dann beinhaltet
Schritt 430 das Bestimmen, ob die Halbduplex-Betriebsart
spezifiziert ist. Falls nicht, wird der Empfänger aktiviert, wie in Schritt 440 gezeigt.
Wenn eine Halbduplex-Betriebsart spezifiziert ist, dann beinhaltet
das erfindungsgemäße Verfahren
jedoch das Bestimmen, ob der Sende-Datenspeicher leer ist, wie in
Schritt 450 gezeigt. Wenn der Sende-Datenspeicher nicht
leer ist, dann wird der Empfänger
in Schritt 460 deaktiviert. Wenn jedoch der Sende-Datenspeicher
leer ist, dann beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren das Bestimmen, ob
das Sende-FIFO leer ist, wie in Schritt 470 gezeigt. Wenn
das Sende-FIFO nicht leer ist, dann wird der Empfänger deaktiviert,
wie in Schritt 460 gezeigt. Wenn das Sende-FIFO leer ist,
dann wird jedoch der Empfänger
aktiviert, wie in Schritt 440 gezeigt. Wie für den Fachmann
offensichtlich ist, können
jedoch die obigen Schritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden,
ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann der Schritt 470 dem Schritt 450 vorausgehen.
In einem anderen Beispiel kann der Schritt 410 zum Schluss
durchgeführt
werden.
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Basierend
auf dem Vorstehenden versteht der Fachmann nun vollständig, dass
die vorliegende Erfindung eine UART-Vorrichtung und eine Logik-Einheit zur
Verfügung
stellt, mit Hilfe derer die Software-Interrupt-Verarbeitung signifikant
reduziert und die Arbeitsbelastung des Prozessors vermindert wird.
Die Vorteile der Erfindung, basierend auf dem Vorstehenden, umfassen
außerdem
eine schnellere UART-Bereitschaft zum Empfangen einer Antwort von
einem anderen System und daher eine geringere Wahrscheinlichkeit,
dass eingehende Signale nicht empfangen werden.
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Obwohl
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
von der Logik-Einheit
und der UART-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellt und in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung
beschrieben sind, soll verstanden werden, dass die Erfindung nicht
auf das offenbarte Ausführungsbeispiel
beschränkt
ist, sondern dass zahlreiche andere Anordnungen, Modifikationen
und Ersetzungen möglich
sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der durch die
folgenden Ansprüche
beansprucht und definiert ist.