TWI735984B - 資料收發裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭露一種資料收發裝置及其操作方法。資料收發裝置用來接收輸入資料並傳送輸出資料。資料收發裝置包含緩衝電路、儲存電路、計時電路及控制電路。緩衝電路用來儲存輸入資料。儲存電路用來儲存輸出資料。計時電路用來根據設定時間產生逾時訊號。控制電路用來處理輸入資料以產生輸出資料，並且將輸出資料儲存至儲存電路，以及用來根據輸出資料門檻值及逾時訊號傳送輸出資料。控制電路根據初始條件及緩衝電路的狀態調整設定時間及/或輸出資料門檻值。

Description

資料收發裝置及其操作方法
本案是關於電子裝置，尤其是關於資料收發裝置及其操作方法。
圖1為習知的電子裝置100的功能方塊圖。電子裝置100包含主機110、資料收發裝置120以及資料傳輸介面130。資料收發裝置120接收輸入資料Din並且透過資料傳輸介面130將輸出資料Dout傳送至主機110。資料傳輸介面130例如是通用序列匯流排（Universal Serial Bus, USB）、C類USB（USB type-C或Thunderbolt）、安全數位輸入/出（secure digital input/output, SDIO）等介面。為了提升傳輸效率（例如資料輸送量（data throughput）），資料收發裝置120常以批次的方式輸出輸出資料Dout。換言之，當輸出資料Dout累積超過門檻值後，或是預設時間到達後（即發生逾時（time-out）），資料收發裝置120才在同一次的傳送中傳送目前已累積的輸出資料Dout。
門檻值及預設時間攸關電子裝置100的效能。太大的門檻值會使主機110無法及時取得資料，而太小的門檻值會降低傳輸效率（即低頻寬利用率）。因為門檻值的決定與主機110的記憶體大小息息相關，且主機110的記憶體大小沒有標準規範，所以在決定門檻值上增加了許多困難度。再者，不同的主機110及資料傳輸介面130（例如USB2.0、USB3.0、USB type-C等 ）也會影響預設時間及門檻值的設定。因此，需要適應性地調整門檻值及預設時間，以提升電子裝置的效能。
鑑於先前技術之不足，本案之一目的在於提供一種資料收發裝置及其操作方法，以提升電子裝置的效能。
本案揭露一種資料收發裝置，用來接收輸入資料並傳送輸出資料，包含緩衝電路、儲存電路、計時電路及控制電路。緩衝電路用來儲存輸入資料。儲存電路用來儲存輸出資料。計時電路用來根據設定時間產生逾時訊號。控制電路用來處理輸入資料以產生輸出資料，並且將輸出資料儲存至儲存電路，以及用來根據輸出資料門檻值及逾時訊號傳送輸出資料。控制電路根據初始條件及緩衝電路的狀態調整設定時間及/或輸出資料門檻值。
本案另揭露一種資料收發裝置的操作方法，資料收發裝置包含緩衝電路及儲存電路。操作方法包含以下步驟：接收輸入資料，並且將輸入資料儲存至緩衝電路；處理輸入資料以產生輸出資料；將輸出資料儲存至儲存電路；根據設定時間產生逾時訊號；根據輸出資料門檻值及逾時訊號傳送輸出資料；以及根據初始條件及緩衝電路的狀態調整設定時間及/或輸出資料門檻值。
本案另揭露一種網路介面卡，用來接收輸入資料並傳送輸出資料。網路介面卡包含緩衝電路、儲存電路、計時電路及控制電路。緩衝電路用來儲存輸入資料。儲存電路用來儲存輸出資料。計時電路用來產生逾時訊號。控制電路用來處理輸入資料以產生輸出資料，並且將輸出資料儲存至儲存電路，以及用來根據逾時訊號傳送輸出資料。控制電路根據初始條件及緩衝電路的狀態調整暫停封包傳送時機參數。
本案之資料收發裝置及其操作方法能夠針對各種環境適應性地調整資料傳送參數，以提高傳輸效率。相較於傳統技術，本案之資料收發裝置及其操作方法能夠自適應地調整，有助電路開發者省下針對各種硬體規格及/或應用環境進行客制化調整所需的人力成本。
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。
本案之揭露內容包含資料收發裝置及其操作方法。由於本案之資料收發裝置所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置實施例之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本案之資料收發裝置的操作方法的部分或全部流程可以是軟體及/或韌體之形式，並且可藉由本案之資料收發裝置或其等效裝置來執行，在不影響該方法實施例之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法實施例之說明將著重於步驟內容而非硬體。
圖2為本案一實施例之電子裝置的功能方塊圖。電子裝置200包含主機210、資料收發裝置220及資料傳輸介面230。資料收發裝置220包含控制電路221、記憶體222、計時電路223、緩衝電路224、儲存電路225及非揮發性記憶體226。圖3為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖。以下的說明同時參閱圖2及圖3。
控制電路221接收輸入資料Din（步驟S310），並且將輸入資料Din儲存至緩衝電路224（步驟S320）。緩衝電路224可以是先進先出（first-in first-out, FIFO）的暫存器或記憶體。接著控制電路221處理輸入資料Din以產生輸出資料Dout（步驟S330）。舉例來說，當資料收發裝置220是一個網路介面卡（Network Interface Card, NIC）時，輸入資料Din可以是含有標頭的網路封包，而輸出資料Dout可以是網路封包的內容；換言之，步驟S330的處理包含於特定標頭位置設定對應之參數或值。產生輸出資料Dout後，控制電路221將輸出資料Dout儲存至儲存電路225（步驟S340）。在一些實施例中，儲存電路225可以由動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory, DRAM）實作。計時電路223用來根據設定時間產生逾時（time-out）訊號（步驟S350），而控制電路221根據輸出資料門檻值及逾時訊號傳送輸出資料Dout至主機210（步驟S360）。設定時間可以儲存在計時電路223的暫存器（圖未示）及/或非揮發性記憶體226中，而輸出資料門檻值可以儲存在記憶體222及/或非揮發性記憶體226中。控制電路221根據初始條件及緩衝電路224的狀態調整設定時間及/或輸出資料門檻值（步驟S370）。
在一些實施例中，初始條件由主機210提供或設定，如圖2的初始條件Cini所示，而資料收發裝置220可以把初始條件Cini儲存在記憶體222或非揮發性記憶體226中。在一些實施例中，初始條件Cini可以跟資料傳輸介面230的種類、資料傳輸介面230上是否有集線器、輸出資料Dout的資料流及/或單位時間內的資料量，及/或輸入資料Din的資料流及/或單位時間內的資料量有關。如果集線器有記憶體，則集線器的記憶體大小也會影響主機210及資料收發裝置220之間的資料傳輸效率。
圖4為圖3的步驟S370的詳細步驟。當控制電路221調整設定時間及/或輸出資料門檻值時，控制電路221可以增加或減少設定時間及/或輸出資料門檻值。在一些實施例中，控制電路221單調增加或單調減少設定時間及/或輸出資料門檻值；換言之，控制電路221以單一方向調整設定時間及/或輸出資料門檻值，以減少電路的複雜度。
圖5為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖。接續圖3之步驟S370，控制電路221於單次調整設定時間及/或輸出資料門檻值後（例如增加或減少一個步進值（step value）），判斷是否需要再次調整設定時間及/或輸出資料門檻值（步驟S510）。在一些實施例中，若調整後不再發生封包遺失（packet loss），則控制電路221判斷不需再做調整（即步驟S510為否）。封包遺失是指緩衝電路224已滿而因此資料收發裝置220無法再接收任何輸入資料Din。在一些實施例中，控制電路221可以將遺失封包的個數儲存在記憶體222中，並且可以根據遺失封包的個數調整設定時間及/或輸出資料門檻值。舉例來說，如果增加（或減少）設定時間及/或輸出資料門檻值後遺失封包的個數變少，則控制電路221於下次調整時繼續增加（或減少）設定時間及/或輸出資料門檻值；相反的，如果增加（或減少）設定時間及/或輸出資料門檻值後遺失封包的個數變多，則控制電路221於下次調整時減少（或增加）設定時間及/或輸出資料門檻值。
在其他的實施例中，步驟S510根據緩衝電路224的剩餘或可用空間的大小來判斷是否需再次調整設定時間及/或輸出資料門檻值。更明確地說，如果增加（或減少）設定時間及/或輸出資料門檻值後緩衝電路224的剩餘或可用空間變大，則控制電路221於下次調整時繼續增加（或減少）設定時間及/或輸出資料門檻值；相反的，如果增加（或減少）設定時間及/或輸出資料門檻值後緩衝電路224的剩餘或可用空間變小，則控制電路221於下次調整時減少（或增加）設定時間及/或輸出資料門檻值。
當步驟S510判斷為否，控制電路221可以將調整後的數值（即調整後之設定時間及/或輸出資料門檻值）儲存在非揮發性記憶體226中（步驟S520），並且將設定時間及/或輸出資料門檻值設定為調整後的數值（步驟S530），然後回到圖3繼續執行步驟S310~S370。
當步驟S510判斷為是，則控制電路221檢查調整後的數值是否已滿足邊界條件（步驟S540）。如果調整後的數值已到達或超過邊界條件，則步驟S540判斷為是，否則步驟S540判斷為否。
在一些實施例中，邊界條件由主機210提供或設定，如圖2的邊界條件Cbdr所示，而資料收發裝置220可以把邊界條件Cbdr儲存在記憶體222或非揮發性記憶體226中。在其他的實施例中，非揮發性記憶體226儲存邊界條件的查找表，控制電路221可以根據資料傳輸介面230的種類，或輸出資料Dout及/或輸入資料Din的資料流及/或單位時間內的資料量，來找出適合當時狀況邊界條件。
在一些實施例中，邊界條件可以跟資料傳輸介面230的種類、資料傳輸介面230上是否有集線器、輸出資料Dout的資料流及/或單位時間內的資料量，及/或輸入資料Din的資料流及/或單位時間內的資料量有關。
如果邊界條件已滿足（步驟S540判斷為是），則控制電路221結束調整設定時間及/或輸出資料門檻值（步驟S550），並且將設定時間及/或輸出資料門檻值設定為原始設定值（default value）或邊界條件（步驟S560）。原始設定值例如是未經過調整的設定時間及/或輸出資料門檻值，而且可以儲存在非揮發性記憶體226中。步驟S560結束後，控制電路221繼續執行圖3的步驟S310~S370。
如果邊界條件未滿足（步驟S540判斷為否），則控制電路221判斷是否應停止自適應調整（步驟S570或S580）。在步驟S570中停止自適應調整是由主機210控制，而在步驟S580中是資料收發裝置220自行決定是否停止自適應調整。在一些實施例中，步驟S580可以在步驟S570之前。在一些實施例中，步驟S570及步驟S580可平行處理。當步驟S570或步驟S580為是，則控制電路221執行步驟S550及步驟S560，然後繼續執行圖3的步驟S310~S370。當步驟S570及步驟S580皆為否，則控制電路221繼續調整設定時間及/或輸出資料門檻值（步驟S370）。主機210可以根據電子裝置200的環境變化（以USB網路介面卡為例，主機210的中央處理單元進入或離開「C state ratio」、網路介面卡是否致能巨型封包（jumbo frame）、或是主機210 進入U1/U2比（U1/U2 ratio）等等）及/或資料傳輸介面230的狀態（例如無線USB WiFi訊號的強度、纜線電池波的干擾程度，或USB 集線器是否支援交易轉譯器（multiple transaction translator, multi-TT）等等）來決定是否控制資料收發裝置220停止自適應調整。控制電路221可以根據資料收發裝置220的電路狀態（例如，若電路狀態已經落至一未預期狀態時、電路狀態已經使得整體系統運作耗電過高/熱度過高，或電路狀態落入無限迴圈無法停止等等）及/或資料傳輸介面230的狀態來決定是否停止自適應調整。
圖6為圖5之步驟S580之一實施例的流程圖。在這個實施例中，控制電路221判斷自適應調整是否已經經過目標時間（步驟S610）及/或環境變化是否滿足預設條件（步驟S620）。當步驟S610及步驟S620中任一者判斷為是，則控制電路221停止資料收發裝置220的自適應調整（即步驟S580判斷為是）。當步驟S610及步驟S620的判斷結果皆為否時，控制電路221繼續執行資料收發裝置220的自適應調整（即步驟S580判斷為否）。在一些實施例中，步驟S620亦可以在步驟S610之前執行。在一些實施例中，步驟S620亦可以與步驟S610平行執行。目標時間可以由使用者任意設定，較短的目標時間可以避免資料收發裝置220在自適應調整上消耗過多電力。環境變化的預設條件可以是資料收發裝置220的狀態（例如熱或耗電參數的變化）、資料傳輸介面230的狀態及/或主機210的狀態（例如休眠狀態、永遠開機且永遠連線 （always on always connected, AOAC）狀態，或電池模式等等）。
圖7為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖。圖7討論資料收發裝置220於自適應調整完成後（亦即圖5之步驟S530或步驟S560結束）判斷是否再次執行自適應調整的數個情境。於自適應調整完成後，資料收發裝置220以調整後的設定時間及/或輸出資料門檻值操作（步驟S710），也就是執行圖3之步驟S310至步驟S370。當以下三種條件的任一者滿足時，控制電路221再次執行圖5的調整程序：（1）資料傳輸介面230改變（步驟S720）；（2）輸出資料Dout及/或輸入資料Din的資料流改變（步驟S730）；或（3）輸出資料Dout及/或輸入資料Din的單位時間內的資料量改變（步驟S740）。舉例來說，條件（1）可以是資料傳輸介面230由某一類的傳輸介面的第一種版本變成第二種版本（例如由USB 2.0變為USB 3.0），或是由某一類的傳輸介面變成另一類的傳輸介面（例如由USB變為SDIO）。條件（2）可以是輸出資料Dout及/或輸入資料Din由大量資料變為小量資料，或是相反。條件（3）可以是輸出資料Dout及/或輸入資料Din的單位時間的資料量發生變化，例如由密集的資料變為疏鬆的資料，或是相反。圖7僅舉出一些實施例，本案重新啟動自適應調整的條件不限於上述三種。步驟S710、步驟S720及步驟S730的順序不限於圖7所示的順序。
圖8為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖。圖8討論資料收發裝置220於自適應調整完成後（亦即圖5之步驟S530或步驟S560結束）重新啟動的操作。於自適應調整完成後且資料收發裝置220重新啟動前（即步驟S810為否），資料收發裝置220以調整後的設定時間及/或輸出資料門檻值操作（步驟S710）。當資料收發裝置220重新啟動（步驟S810為是），控制電路221判斷是否將設定時間及/或輸出資料門檻值回復為原始設定值（步驟S820）。當步驟S820為是，控制電路221將設定時間及/或輸出資料門檻值回復為原始設定值（步驟S830），然後再次執行圖5的調整程序。當步驟S820為否，控制電路221將設定時間及/或輸出資料門檻值維持在調整後的數值（步驟S840），然後再次執行圖5的調整程序。
在一些實施例中，當資料收發裝置220重新啟動（步驟S810為是），亦可回到圖3的流程，即繼續執行圖3的步驟S310~S370。
在一些實施例中，控制電路221可以是具有程式執行能力的電路或電子元件，例如中央處理器、微處理器或微處理單元，其藉由執行儲存在記憶體222中的程式碼或程式指令來執行圖3至圖8的步驟。在其他的實施例中，本技術領域具有通常知識者可以根據以上的揭露內容來設計控制電路221，也就是說，控制電路221可以是特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit, ASIC）或是由可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）等電路或硬體實作。
控制電路221除了可以在資料收發裝置220處於工作狀態下執行圖5的調整程序，也可以在資料收發裝置220處於休眠（suspend）狀態下執行圖5的調整程序。當資料收發裝置220處於休眠狀態時，控制電路221仍可接收輸入資料Din及傳送輸出資料Dout。而無論主機210處於工作狀態或休眠狀態，控制電路221皆可執行圖5的調整程序。
在一些實施例中，計時電路223是根據電子裝置200的系統時脈操作的計數器，而且當計數值達到目標值時發出逾時訊號並且重置計數值。調整設定時間意謂調整計數器的目標值。
在一些實施例中，當資料收發裝置220是網路介面卡時，控制電路221在圖5的調整程序中是根據初始條件及緩衝電路224的狀態調整暫停封包（pause packet）傳送時機參數，也就是調整暫停封包啟動時機。更明確地說，在自適化的調整過程中，若是設定時間及/或輸出資料門檻值需要加大往往意味著過大的資料流（超過緩衝電路224的容量），換言之，若是設定時間及/或輸出資料門檻值需要被放大且已到達各自的邊界條件，那麼控制電路221就拉長最後之暫停封包傳送對象等待條件去放緩對向傳輸裝置（即發送輸入資料Din的裝置，圖未示）的流速。原始設定若是緩衝電路224已沒有空間收入任何封包則控制電路221就發出暫停封包，而此處若是設定時間及/或輸出資料門檻值已到達邊界條件狀況下，則控制電路221即加長對向收到暫停封包的等待時間。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由本案之裝置實施例的揭露內容來瞭解本案之方法實施例的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法實施例之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本案之用，非用以限制本案。再者，前揭實施例雖以處理網路封包的資料收發裝置為例，然此並非對本案之限制，本技術領域人士可依本案之揭露適當地將本案應用於其它類型的資料收發裝置。
雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100、200   電子裝置 110、210   主機 120、220   資料收發裝置 130、230   資料傳輸介面 Din   輸入資料 Dout   輸出資料 221   控制電路 222   記憶體 223   計時電路 224   緩衝電路 225   儲存電路 226   非揮發性記憶體 Cini   初始條件 Cbdr   邊界條件 S310～S371、S510～S580、S610～S620、S710～S740、S810～S840   步驟
圖1為習知的電子裝置的功能方塊圖； 圖2為本案一實施例之電子裝置的功能方塊圖； 圖3為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖； 圖4為圖3的步驟S370的詳細步驟； 圖5為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖； 圖6為圖5之步驟S580之一實施例的流程圖； 圖7為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖；以及 圖8為本案一實施例之資料收發裝置的操作方法的流程圖。
S510～580   步驟

Claims (10)

  1. 一種資料收發裝置，用來接收一輸入資料並傳送一輸出資料，包含： 一緩衝電路，用來儲存該輸入資料； 一儲存電路，用來儲存該輸出資料； 一計時電路，用來根據一設定時間產生一逾時（time-out）訊號；以及 一控制電路，用來處理該輸入資料以產生該輸出資料，並且將該輸出資料儲存至該儲存電路，以及用來根據一輸出資料門檻值及該逾時訊號傳送該輸出資料； 其中該控制電路根據一初始條件及該緩衝電路的狀態調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料收發裝置，其中該控制電路更依據一邊界條件決定是否停止調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之資料收發裝置，其中當該設定時間及/或該輸出資料門檻值到達該邊界條件時，該控制電路停止調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之資料收發裝置，其中該控制電路使用一原始設定值（default value）作為該設定時間及/或該輸出資料門檻值，而在該控制電路停止調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值後，該控制電路將該設定時間及/或該輸出資料門檻值設為該原始設定值。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之資料收發裝置，其中在該控制電路停止調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值後，該控制電路以該邊界條件設定該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之資料收發裝置，其中該資料收發裝置係透過一資料傳輸介面耦接一主機，而當該資料傳輸介面改變時，該控制電路根據該初始條件及該緩衝電路的狀態調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之資料收發裝置，其中當該輸出資料、該輸入資料的資料流及單位時間內的資料量中該至少一者改變時，該控制電路根據該初始條件及該緩衝電路的狀態調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之資料收發裝置，其中該控制電路使用一原始設定值（default value）作為該設定時間及/或該輸出資料門檻值，而當該資料收發裝置重新啟動後，該控制電路將該設定時間及/或該輸出資料門檻值回復成該原始設定值，並根據該初始條件及該緩衝電路的狀態調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之資料收發裝置，其中當該控制電路完成調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值時，該設定時間及/或該輸出資料門檻值為一調整後的數值，而當該資料收發裝置重新啟動後，該控制電路係根據該初始條件、該緩衝電路的狀態及該調整後的數值再次調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
  10. 一種資料收發裝置的操作方法，該資料收發裝置包含一緩衝電路及一儲存電路，該操作方法包含： 接收一輸入資料，並且將該輸入資料儲存至該緩衝電路； 處理該輸入資料以產生一輸出資料； 將該輸出資料儲存至該儲存電路； 根據一設定時間產生一逾時（time-out）訊號； 根據一輸出資料門檻值及該逾時訊號傳送該輸出資料；以及 根據一初始條件及該緩衝電路的狀態調整該設定時間及/或該輸出資料門檻值。
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