CN1960365B - 低功率模块及使用者工作站 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种低功率模块，其中包括：一第一MAC模块、一第二MAC模块、一低功率单元、一低功率切换缓存器、一控制缓存器单元、一慢速时序产生器、及一多任务器MUX。该第一MAC模块及该第二MAC模块，各自在正常操作模式及省电模式中控制相关组件传送及接收封包。该低功率切换缓存器切换目前模式至另一模式。该控制缓存器单元，在正常操作模式下由第一MAC模块控制；在省电模式中由低功率单元控制。通过该控制缓存器单元，可控制RF/BB模块及该时序产生器。该慢速时序产生器，产生该第二MAC模块于省电模式中所需的一慢速操作时脉。该MUX根据该控制缓存器单元，周期性地选择该正常操作时脉或该慢速操作时脉作为该第二MAC模块的时脉。

Description

低功率模块及使用者工作站
技术领域
本发明是有关于一种低功率模块，且特别有关于在无线通讯***工作站中使用的一种低功率模块。
背景技术
在网络环境中，广泛地使用各式各样的无线设备，增加了对以低成本提供高数据传输率的无线局域网络(“WLANs”)的需求。不过，这些设备的功耗却往往过高。
发明内容
本发明提供一种用于一无线通讯***的使用者工作站。该无线通讯***包括一存取点(AP)及多个工作站。所述的工作站及该AP之间利用封包沟通。该使用者工作站包括一主机模块、一低功率模块、一RF/BB模块、及一时序产生器。该主机模块控制该工作站的操作。该低功率模块传送及接收低功耗的封包。该RF/BB模块处理封包中不同的模拟及数字信号。该时序产生器提供该工作站一正常操作时脉。该低功率模块包括：一第一媒体存取控制模块，在正常操作模式中控制RF/BB传送及接收封包，在省电模式中则休眠；一第二媒体存取控制模块，在省电模式中控制RF/BB传送及接收封包，在正常操作模式中则休眠；一慢速时序产生器，产生一慢速操作时脉；一多任务器，耦接该时序产生器及该慢速时序产生器，该多任务器周期性地选择该正常操作时脉或该慢速操作时脉；一低功率切换缓存器耦接所述的第一及第二媒体存取控制模块，切换所述的使用者工作站于省电模式及正常操作模式之间；以及一控制缓存器单元耦接所述的低功率切换缓存器，当上述低功率切换缓存器在省电模式控制所述的使用者工作站时，该控制缓存器单元控制所述的RF/BB模块及所述的时序产生器进入休眠以减少功耗；其中所述的多任务器还耦接所述的控制缓存器单元，当所述的控制缓存器单元控制所述的RF/BB模块及所述的时序产生器进入休眠以减少功耗时，该多任务器周期性地选择该正常操作或该慢速操作时脉作为所述的第二媒体存取控制模块的时脉；当所述的第二媒体存取控制模块在省电模式中接收到一特定封包或一特定信标时，发送一唤醒事件至所述的第一媒体存取控制模块以唤醒该第一媒体存取控制模块，并控制所述的低功率切换缓存器使其切换至正常操作模式。
本发明更提供一种用于一工作站的低功率模块。该低功率模块包括一第一媒体存取控制(MAC)模块、一第二MAC模块、一低功率切换缓存器、一控制缓存器单元、一慢速时序产生器、一低功率单元及一多任务器(MUX)。该第一MAC模块运作于正常操作模式中，以及在省电模式中休眠。该第二MAC模块控制正常操作模式及省电模式的切换，以及维持基本连接。该低功率切换缓存器切换控制源于第一MAC及第二模块之间。该控制缓存器单元控制该RF/BB模块及该时序产生器。该慢速时序产生器，产生该第二MAC模块在省电模式中所需的一慢速操作时脉。该MUX根据该控制缓存器单元，周期性地选择该正常操作时脉或该慢速操作时脉作为该第二MAC模块的时脉。当该第二MAC模块在省电模式中接收到一特定封包或一特定信标、或者符合等待逾时的条件下，发送一唤醒事件至该第一MAC模块或主机模块以唤醒该第一MAC模块或主机模块，并且切换至正常操作模式。
本发明更进一步的目标是提供一种应用于无线通讯***中，控制一使用者工作站的方法。该方法包括：进入省电模式；周期性地切换于听取阶段及深层睡眠阶段之间，其中，该低功率单元在听取阶段时等待所需的一信标或一封包，而在深层睡眠阶段时则闲置；当接收到一信标时，为达到最佳化省电，自动地同步该低功率单元及该AP，然后返回正常操作模式。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图标，详细说明如下。
附图说明
图1为显示依据本发明一实施例的一无线通讯***方块图，包括一存取点及一工作站；
图2为显示一波形图，表示由该AP传送至该工作站的多个封包，以及，由该工作站传送至该AP的多个封包；
图3为显示图1中该低功率模块的方块图；
图4为一时序图，为显示在正常操作模式及省电模式之间，该主机模块、一正常时脉、一慢速时脉、及一功率单元的时序关系；
图5为显示依据本发明另一实施例，将一低功率方法运用于一无线通讯***的流程图。
附图标号：
100～无线通讯***；          110～存取点(AP)；
120～工作站；                122～主机模块；
124～低功率模块；            126～RF/BB模块；
128～时序产生器。
具体实施方式
请同时参考图1及图2。图1为显示依据本发明一实施例的无线通讯***方块图100，包括一存取点(AP)110及一工作站120。图2为显示一波形图，表示由该AP 110传送至该工作站120的多个封包PAP，以及由该工作站120传送至该AP 110的多个封包PAP。该AP 110及该工作站120通过一媒体(如空气)彼此传送封包。有各种不同种类的封包，例如单址封包(unicast packets)、广播封包(broadcast packets)、信标(beacon)以及省电轮询(Power Safe-Poll，PS-Poll)。稍后再对这些封包做更详细的说明。因为该AP 110的操作及功能已为擅长此项技艺者所熟知，为求简洁，省略进一步的讨论。该工作站120的操作将进一步地详述如下。
该工作站120包括一主机模块122(如主机中央处理器)、一低功率模块124(如低功率芯片)、一无线射频/基频(RF/BB)模块126(如RF/BB芯片)、以及一时序产生器128(如锁相回路、振荡器、调节器)。该工作站120具有两个模式：正常操作模式及省电模式。正常操作模式中，该工作站120的所有组件为清醒状态所以极度消耗电力。在此模式中，该主机模块122控制着该工作站120与该AP 110之间的沟通。在另一省电模式中，除了该低功率模块124之外，该工作站120的所有组件为休眠状态以减少功耗。在此模式中，该低功率模块124控制该工作站120以维持与该AP 110之间的基本连接。该RF/BB模块126处理封包中不同的模拟及数字信号，而该时序产生器128提供该工作站120一正常时脉CLKnormal。因为该RF/BB模块126以及该时序产生器128的操作及功能已为擅长此项技艺者所熟知，为求简洁而省略进一步的讨论。该低功率模块124的功能与操作详述如下。
请参考图3。图3为显示图1中该低功率模块124的方块图。该低功率模块124包括两媒体存取控制(MAC)模块308及304、一低功率切换缓存器306、一控制缓存器单元308、一慢速时序产生器310、及一多任务器(MUX)312。首先，关于该MAC模块302将详细说明如下。
在正常操作模式中，在该主机模块122(如图1所示)控制之下，该MAC模块302控制RF/BB根据一既定无线通讯规格(如IEEE 802.11)与该AP 1l0(如图l所示)沟通。在省电模式中，该MAC模块302休眠，而部份功能将由该MAC模块304(稍后叙述)所取代。该MAC模块302具有各种不同架构。举例来说，当该MAC模块302没有中央处理器时，该主机模块122将直接控制该RF/BB模块130。再者，当该MAC模块302为一单芯片(嵌入式中央处理器)时，该MAC模块302将直接控制该RF/BB模块130。以下将详细说明该MAC模块304。
该MAC模块304包括一低功率单元410及一时序同步功能(TSF)计时器420。在省电模式中，该低功率单元4l0根据一既定无线通讯规格与该AP 110(如图1所示)沟通。该TSF计时器420(一64位计时器)计算一周期性唤醒时间TTSF，使该低功率单元410周期性地休眠与清醒。在省电模式中，除了该MAC模块304之外，该工作站120的所有组件休眠以减少功耗。该低功率单元410周期性地休眠(省电模式的深层睡眠阶段)与清醒(省电模式的听取阶段)，以根据该TSF计时器420的该唤醒时间TTSF，听取来自该AP 110的特定封包(如信标或所需的封包)。该低功率单元410休眠于省电模式的深层睡眠阶段。在省电模式的听取阶段，该MAC模块304清醒以听取特定封包。而当错过几次信标封包时，该MAC模块304通过传送一无效封包(NULL)以维持与该AP 110的基本连接。当所需的封包被接收或一编程逾时发生时，该低功率单元410发送一事件EVENTWAKE以唤醒该工作站120的所有休眠组件，离开省电模式并且进入正常操作模式。又或，该工作站120的其它组件保持休眠，而该MAC模块304周期性地清醒。兹于下面提供组件306及组件308的详细说明。
主机模块利用该低功率切换缓存器306切换目前模式至另一模式。举例而言，当该工作站120在正常操作模式时，该低功率切换缓存器306可将该工作站120由正常操作模式改变至省电模式。或者，当该工作站120在省电模式时，该低功率切换缓存器306可将该工作站120由省电模式改变至正常操作模式。该控制缓存器单元308，在省电模式下由该低功率切换缓存器306所控制；在正常操作模式下由第一MAC模块控制，被利用来控制该工作站120中各组件(如RF/BB模块、锁相回路、振荡器、调节器)的不同操作。在正常操作模式中，该控制缓存器单元308唤醒不同的组件(如RF/BB模块)并且正常操作。在省电模式中，该控制缓存器单元308由低功率单元控制不同组件(如RF/BB模块)休眠以减少功耗，并且控制该MUX 312在两组相异时脉中，周期性地择一作为操作时脉CLK。以下将详细说明组件310及312。
该慢速时序产生器310提供一慢速时脉CLKslow(相对于由该时序产生器128所提供的正常操作时脉CLKnormal而言)至该MAC模块304。当在听取阶段时，该MUX 312选择正常操作时脉CLKnormal作为该MAC模块304的操作时脉CLK，而在深层睡眠阶段时，则选择另一慢速时脉CLKslow作为该MAC模块304的操作时脉CLK。
请参考图4。图4为显示一时序关系图，包括：来自于该主机模块122的一主机驱动器DRVHOST、一正常时脉CLKnormal、一慢速时脉CLKslow、以及从该AP 110所收到多个封包402～408的一低功率单元活动ACTlow_power_unit。在(T0～Tsleep)期间，该工作站120在正常操作模式中，所有组件均清醒并且操作正常。在(Tsleep～Twake)期间，该工作站120由正常操作模式改变至该休眠模式。除了该MAC模块304、该MUX 312、该控制缓存器单元308、以及该RF/BB模块126在(T1～T1+ΔT)、(T2～T2+ΔT)、及(T3～Twake)期间之外，该工作站120的所有组件一直保持休眠到时间Twake为止。在Twake时，该工作站120再由休眠模式改变至正常操作模式，然后该工作站120的所有组件将清醒并且继续操作。在(Tsleep～Twake)期间，该主机模块122的通讯驱动器活动DRVHOST也中止。在(Tsleep～Twake)期间，该低功率单元410周期性地改变阶段(深层睡眠阶段及听取阶段)。在(T1～T1+ΔT)、(T2～T2+ΔT)、及(T3～Twake)期间，该低功率单元410为听取阶段以听取特定封包、该时脉CLKnormal为主动，以提供该低功率单元410操作时脉、以及该时脉CLKslow为休眠。在(Tsleep～T1)、(T1+ΔT～T2)、及(T2+ΔT～T3)期间，该低功率单元410为深层睡眠阶段，除了休眠不做任何事、该时脉CLKnormal为休眠、以及该时脉CLKslow为主动，以提供该低功率单元410操作时脉。在(Tsleep～Twake)期间，该低功率单元410周期性地在该听取阶段中从该AP 110接收多个特定封包，而在深层睡眠阶段中则不做任何事。该阶段转变周期时间TTSF由该TSF计时器420计算。当接收信标封包402及404时，该低功率单元410发觉信标封包中并无指示，所以继续再休眠等待下次唤醒。如果从来自AP 110的信标封包中发现缓冲单址的指示、或者伴随所需封包的缓冲广播指示(如ARP)，该低功率单元410离开该休眠模式以及唤醒整个工作站120。当遗失几次信标封包时，该低功率单元410切换MAC模块304以传送一无效封包，并且等待维持基本连接的响应信号。
请参考图5，为显示依据本发明另一实施例，将一低功率方法运用于一无线通讯***的流程图。兹详述如下。
步骤502：工作站通知一AP，该工作站将改变至省电模式。
步骤504：该驱动器设定指令(唤醒及操作序列)至一低功率单元，该低功率单元是一指令结构，能以不同的省电位准编程。该指令包括：唤醒一主机模块的等待封包类型的信息、信标所需的一计时器、一锁相回路开/关时序、及一RF/BB控制序列。
步骤506：该驱动器通过设定该低功率切换缓存器，切换整个工作站控制(除了由该驱动器所完全控制的该低功率切换缓存器之外)至该低功率单元。该驱动器也能通过重置该低功率切换缓存器随时取回控制。
步骤508：得到该工作站控制及进入一省电模式之后，该低功率单元周期性地切换于该听取阶段及该深层睡眠阶段之间。在该省电模式期间，该低功率单元独立操作以等待所需的信标或封包(如ARP封包)。通过该驱动器编程所需封包的样式。
步骤510：该主机模块保持休眠直至被该低功率单元唤醒。
步骤512：当在BSS接收一信标时，该低功率单元，为达到最佳化省电，自动地同步该TSF计时器及该AP。
步骤514：当接收到一所需的信标或封包，或是等待逾时情况下，该低功率单元保留此封包并且发出一唤醒事件以唤醒该主机模块。
步骤516：该唤醒事件触发该主机模块后，该主机模块清除(重置)该低功率切换缓存器以取回该工作站的控制。
与相关技术相比较，根据本发明而应用于一工作站的该低功率模块能够节省更多电力。当该工作站休眠时，该低功率模块周期性地清醒以听取所需的封包或信标。当接收到该所需的封包时，该低功率模块产生一事件以再次唤醒该工作站(主机模块)。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种使用者工作站，适用于一无线通讯***，该无线通讯***包括一存取点及多个工作站，所述的工作站及所述的存取点之间利用封包沟通，所述的使用者工作站包括：
一主机模块控制所述的使用者工作站的操作；
一低功率模块，耦接所述的主机模块，传送/接收所述的使用者工作站的低功耗封包；
一RF/BB模块，耦接所述的主机模块及所述的低功率模块，处理封包中的不同信号；以及
一时序产生器，耦接所述的主机模块、所述的低功率模块及所述的RF/BB模块，提供所述的使用者工作站一正常操作时脉；
其中，所述的低功率模块包括：
一第一媒体存取控制模块，在正常操作模式中控制RF/BB传送及接收封包，在省电模式中则休眠；
一第二媒体存取控制模块，在省电模式中控制RF/BB传送及接收封包，在正常操作模式中则休眠；
一慢速时序产生器，产生一慢速操作时脉；
一多任务器，耦接所述的时序产生器及所述的慢速时序产生器，所述的多任务器周期性地选择所述的正常操作时脉或所述的慢速操作时脉；
一低功率切换缓存器耦接所述的第一及第二媒体存取控制模块，切换所述的使用者工作站于省电模式及正常操作模式之间；以及
一控制缓存器单元耦接所述的低功率切换缓存器，当上述低功率切换缓存器在省电模式控制所述的使用者工作站时，该控制缓存器单元控制所述的RF/BB模块及所述的时序产生器进入休眠以减少功耗；
其中所述的多任务器还耦接所述的控制缓存器单元，当所述的控制缓存器单元控制所述的RF/BB模块及所述的时序产生器进入休眠以减少功耗时，该多任务器周期性地选择该正常操作或该慢速操作时脉作为所述的第二媒体存取控制模块的时脉；当所述的第二媒体存取控制模块在省电模式中接收到一特定封包或一特定信标时，发送一唤醒事件至所述的第一媒体存取控制模块以唤醒该第一媒体存取控制模块，并控制所述的低功率切换缓存器使其切换至正常操作模式。
2.如权利要求1所述的使用者工作站，其中所述的主机模块为一中央处理器或一微处理器。
3.如权利要求1所述的使用者工作站，其中所述的时序产生器为一锁相回路或一振荡器。
4.如权利要求1所述的使用者工作站，其中所述的无线通讯***为一802.11通讯***，而所述的工作站为一802.11工作站。
5.如权利要求1所述的使用者工作站，其中，当所述的第一媒体存取控制模块为一没有中央处理器的媒体存取控制模块时，在正常操作模式中，所述的RF/BB模块由所述的主机模块直接控制。
6.如权利要求1所述的使用者工作站，其中，当所述的第一媒体存取控制模块包括一嵌入式中央处理器时，在正常操作模式中，所述的RF/BB模块由该第一媒体存取控制模块直接控制。
7.如权利要求1所述的使用者工作站，其中，所述的第二媒体存取控制模块更包括：
一低功率单元，在省电模式时控制RF/BB听取阶段传送/接收封包，而在省电模式的深层睡眠阶段则不做事；及
一时序同步功能计时器，计算一既定唤醒时间，使所述的低功率单元在省电模式中能自动地切换听取阶段及深层睡眠阶段。
8.如权利要求7所述的使用者工作站，其中，所述的多任务器在听取阶段时，选择所述的正常操作时脉作为所述的第二媒体存取控制模块的时脉，而在深层睡眠阶段时，根据所述的既定唤醒时间，选择所述的慢速操作时脉作为该第二媒体存取控制模块的时脉。
9.如权利要求1所述的使用者工作站，其中，所述的低功率切换缓存器可由所述的主机模块的一驱动器重置，以随时动态地切换目前操作模式。
10.一种用于一工作站的低功率模块，所述的工作站应用于一无线通讯***，该无线通讯***包括一存取点及多个工作站，所述的工作站及该存取点之间利用封包沟通，所述的低功率模块包括：
一第一媒体存取控制模块，在正常操作模式中控制RF/BB传送及接收封包，在省电模式中则休眠；
一第二媒体存取控制模块，在省电模式中控制RF/BB传送及接收封包，在正常操作模式中则休眠；
一低功率切换缓存器耦接所述的第一及第二媒体存取控制模块，切换所述的使用者工作站于省电模式及正常操作模式之间；
一控制缓存器单元耦接所述的低功率切换缓存器及第一媒体存取控制模块间，当所述的低功率切换缓存器控制所述的使用者工作站为省电模式时，所述的控制缓存器单元控制所述的RF/BB模块及所述的时序产生器进入休眠以减少功耗；
一慢速时序产生器，产生所述的第二媒体存取控制模块在省电模式中所需的一慢速操作时脉；以及
一多任务器耦接所述的控制缓存器单元、所述的正常操作时序产生器及所述的慢速时序产生器，当该控制缓存器单元控制所述的RF/BB模块及所述的时序产生器进入休眠以减少功耗时，该多任务器由低功率单元控制周期性地选择该正常操作或该慢速操作时脉作为所述的第二媒体存取控制模块的时脉；
其中，当所述的第二媒体存取控制模块在省电模式中接收到一特定封包或一特定信标时，发送一唤醒事件至所述的第一媒体存取控制模块以唤醒该第一媒体存取控制模块，并控制所述的低功率切换缓存器使其切换至正常操作模式。
11.如权利要求10所述的用于一工作站的低功率模块，其中，当所述的第一媒体存取控制模块为一没有中央处理器的媒体存取控制模块时，在正常操作模式中，所述的RF/BB模块由所述的主机模块直接控制。
12.如权利要求10所述的用于一工作站的低功率模块，其中，当所述的第一媒体存取控制模块包括一嵌入式中央处理器时，在正常操作模式中，所述的RF/BB模块由该第一媒体存取控制模块直接控制。
13.如权利要求10所述的用于一工作站的低功率模块，其中，所述的第二媒体存取控制模块更包括：
一低功率单元，在省电模式下控制RF/BB听取阶段传送/接收封包，而在省电模式的深层睡眠阶段则不做事；及
一时序同步功能计时器，计算一既定唤醒时间，使所述的低功率单元在省电模式中能自动切换所述的听取阶段及深层睡眠阶段。
14.如权利要求13所述的用于一工作站的低功率模块，其中，所述的低功率切换缓存器可由所述的主机模块的一驱动器重置，以随时动态地切换目前操作模式。
15.如权利要求13所述的用于一工作站的低功率模块，其中，所述的多任务器在低功率单元控制听取阶段时，选择所述的正常操作时脉作为所述的第二媒体存取控制模块的时脉，而在深层睡眠阶段时，根据所述的既定唤醒时间，选择所述的慢速操作时脉作为该第二媒体存取控制模块的时脉。
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