专利名称：处理在数据信道上接收的或发射的数据包的装置和方法
技术领域：
本发明涉及处理在数据信道上已经接收或将被发射的数据包的装置和方法，特别是其中包括时限数据，以致使最新数据包的检测是非常有效的。
所用的术语多媒体被认为是当前消费电子产品(高频、视频、音频)和个人计算机一起快速发展的，许多生产商加紧推动实际的多媒体产品的生产。两种产品的结合意味着在不同产品之间的数据交换变得越来越重要。在这个部门的标准化的努力也是显而易见的，其早已经制定出来。特别是所谓的IEEE 1394串行总线是国际标准，并是被广泛接受的总线，用于早已经可用的两种产品组的终端之间的数据交换。上述标准的精确名称是用于高性能串行总线的IEEE标准(IEEE Std 1394-1995，IEEE纽约，1996．8)。IEEE 1394串行总线的规范包括一些列非常重要的标准，其用于消费电子产品部门的产品。
●实际上，自由可选择的总线拓扑(例如，链、树)高到63个终端，●在两个设备之间，具有4个或6个导线的电缆上比特串行数据的传输具有最大距离4．6米，●目前，传输速率为400Mbit／s，●在操作期间，可以连接或断开终端。
为了产生IEEE 1394接口，必须使用硬件实施两层IEEE1394标准他们是物理层和链接层，其可从ISO／IEC-7-层模式了解到。连接到总线由物理层管理，而总线协议的基本部分在链接层中实施。因为物理层和链接层之间的电化分隔提供在IEEE 1394标准中，所以使用分立的IC通常是有效的。
当数据从一个消费电子设备被传输到另一个设备时，需要同步数据转换，在同步转换中，数据量必须在实时条件下被传输，只有当数据在正确的时间到达时，数据的对应应用程序继续处理而没有故障，并可对应地正确处理数据。因此，已经制订出特殊的标准用于这种数据的交换。这个标准在标题IEC-61883中(消费者音频／视频设备-数字接口)。这个标准的精确标题是IEC-61883-1消费者音频／视频设备-数字接口(草案)IEC 1997．9。在该标准中，为数据包提供了一个条款，用于所谓的时间戳。这个时间戳涉及了IEEE 1394串行总线的总线时间，并指定了一个精确的时间，在该时间，数据包在传输之后通过总线将被输出到应用程序。对于实施IEC 61883功能的连接层IC的形成，这意味着必须实施一系列附加的功能。这些功能特别是●在转换数据包到链接层IC期间，产生时间戳，●在通过IEEE 1394串行总线传输数据包之前，检查时间戳(在传输数据包期间“后检查”)，●在时间戳的控制下，接收的数据包被输出到应用程序(在接收数据包期间“后检查”)。
在此，时间戳的产生是三中列举的任务的最简单的一种。这个任务可由简单向IEEE 1394总线时间加一个补偿获得，该总线时间是在链接层IC中的标准上获得的。然后，为数据包形成的当前时间戳被发送，并且，除了数据包的数据以外，该时间戳被存储在链接层控制IC的存储器中。
在通过IEEE 1394串行总线传输之前，检查存储在存储器中数据包中的时间戳，或者在接收之后，数据包被输出到应用程序之前，检查时间戳是非常复杂的。第一个检查的目的是在处理前面的数据包期间，由于延迟，不在正确时间到达目的地系统的数据包不再输出到IEEE1394串行总线。这将不必要地加载总线。在数据包被输出到应用程序之前，第二个检查导致了接收的数据包的同步。
实施上面提到的两个检查使得完成链接层IC的硬件非常复杂。
发明把上面提到的现有技术作为起点，本发明的目的是指定一种处理在数据信道上已经接收或将被发射的数据包的装置和方法，特别是该方法减少了检查最新数据包电路单元的成本，并可以可靠的操作。
该方法的部分目的是由本发明权利要求1的内容获得的。指定的解决方案使得实施单模是可能的，该模式在时分多模中完成上述两种检查。在接收和发射数据包期间，使用一种单元进行上述的检查。本发明的重要方面是，在检查最新数据包的时间上，在两种类型的检查中，主要确定当前系统时间(总线时间)，根据这个时间，至少将时间轴分成为“正确的时间”和“延迟”区域，然后，进行检查以确定进入数据包线的处理时间(时间戳)的区域。这个解决方案的优点是，必须完成前面解释的检查时间戳的电路部分或模块比没有将时间轴分成区域，并且，同步数据传输的数据包的时间戳必须通过大量的单独比较连同增减以及具有中间步骤的限制值进行检查在硬件成本上节约许多。
这主要是由于该事实，多于实际系统，表示的时间不可能从0到无限(IEEE1394串行总线的总线时间)按照IEC 61883标准，时间是由有限的位数来表示的(即，25位)。当采用25MHz的时钟时，由25位表示的时间期间只是1秒。因此，总线时间必须连续复位和更新。在通过总线传输同步数据期间，工作为发射机设备的应用程序将为每一个数据包指定一个时间戳，该时间戳投射了相对于当前总线时间的将来，并以这种方式确定补偿，以至必须在所有可能性中考虑传输时间，然而，数据包仍然提前到达接收机。但是，信号处理或甚至过渡高地总线装载可能导致延迟。由于这个原因，根据最新数据包的时间戳的检查也必须在接收机进行。在这个处理中，确定当前总线时间，并确定数据包的时间戳仍然距离当前总线时间足够远。如果该时间用足够长的的据字来表达，这个比较可以容易地完成。然而，因为时间只用25位表示，所以就很有可能当前总线时间早已经位于被表示的时间周期的上边缘，数据包具有位于下一个时间周期的时间轴的起点附近的时间戳。因此，用简单的大小比较，不再可能确定数据包是否被更新。必须进行特殊的计算，以考虑在特殊的时间，总线时间已进行了特殊的复位。
当最新数据包被传送到总线时，检查该数据包的情况是类似的。在这种情况中，当总线被重加载时，可能会发现数据包仍然驻留在发射设备的缓冲器中相对长的时间。如果总线为这个设备而保留，则数据包可以被发射，然后，必须再一次检查是否仍然需要传输，或在任何情况中，对目的地系统，该传输是否太迟了。由于这个检查，也可能会出现前面提到的相同的问题。简单的增／减或在被比较的值之间的比较在此是不再可能了。
按照本发明的方法，用25位表示的时间轴的部分被分成为不同的区域。这是在检查时间上根据当前总线时间完成的。因为区域的精确位置和它们的重要性是众所周知的，并可以简化比较操作，就有可能确定数据包是否仍然是最新数据。然后，可以采取适当的反应。
根据从属权利要求公开的内容，进一步该善本方法是可能的。对于正确的数据包的时间传输，如果“延迟的”区域也安排在“正确的时间”区域和当前系统时间之间，这是一个特别的优点。这个“延迟”区域被用于考虑绝对必须的总线传输时间。如果当前总线时间正好在进入数据包的时间戳之前，那么，数据包就不再输出，因为没有足够的传输时间。
为了检查对应用程序的接收的数据包输出，如果“即刻”区域安排在“延迟的”区域和当前系统时间之间，这是一个特别的优点。只要确定当前总线时间位于“即刻”区域，那么，精确的计数器可以直接设置为一个特殊的值，并开始计数，当数据包被输出时，所述的计数器计数距离精确时间剩余的时间。上述优点也被指定在权利要求9和10中。按照权利要求12和13的方法使得灵活地适应区域的限制到网络中的实际情况成为可能。如果实际上只存在较低的总线流通量，如果合适，则允许实际传输时间的区域也可以适当地减小。
根据权利要求14的内容，数据包的检查还可进一步简化。例如，把时间轴分成“正确的时间”、“延迟的”和“即刻”区域的三种可能的设置被区别开来，立刻检测是可能的，而没有进一步比较由于25位字的溢出被分成为两部分的区域。这就澄清了可能用简单的增加和减少或大小比较的操作的区域，用于检查最新的数据包。
按照本发明方法的一个优点，把时间轴分成为前面提到的区域，用于两种前面提到在接收机和发射机中检查类型是相同的，因此，如果两种检查在一种设备中是必须的，可由相同的硬件完成。结果，模块的实施也被简化。
本发明涉及处理在数据信道上已经接收或将被发射的数据包的装置的部分目的通过权利要求16的内容获得。在这方面的进一步优越方法列在从属权利要求17-20中。
附图本发明的实施例显示在附图中，并详细在下面的描述中进行解释。
图1是通过串行总线相互连接的一组设备的例子。
图2是用于IEEE 1394总线的链接层IC的电路方框图。
图3a显示了第一个把时间轴的部分分成为相对于特殊总线时间的各种区域。
图3b显示了第二个把时间轴的部分分成为相对于特殊的不同总线时间的区域。
图3c显示了第三个把时间轴的部分分成为相对于第三个特殊总线时间的区域。
图4显示了用于IEEE 1394总线的链接层IC的第一个电路方框图，在该方框图中，在数据包传输到总线期间，呈现了所有用于检查最新数据包必须的基本部件。
图5显示了用于IEEE 1394总线的链接层IC的进一步电路方框图，在该方框图中，在用于数据包的接收单元中，呈现了所有用于检查最新数据包必须的基本部件。
发明的实施例已经发展的IEEE 1394串行数据总线被用于联网各种家庭的设备。图1显示了这种网络的一个例子，参考数字10表示常规的电视机。参考数字11表示接收电视频道的卫星接收机。参考数字12表示DVD播放机。参考数字13表示录像机，参考数字14表示个人计算机。最后，参考数字15表示也可以连接到录像机的摄像机。有一条链接到每一个设备的总线。在设备11、12、13中，每一个设备有两条线链接到总线。这些设备作为过渡点，而根据数据流量，设备10、14、15作为终端。对于IEEE 1394总线的其它特性(寻址类型、帧格式、可能的总线拓扑、判优方法、详细的总线协议等)，将参考在开始提到的精确参考的标准。本发明的基本点是同步数据包发生时如何进行数据转换。例如，当数据从卫星接收机11被传输到录像机13时，这样的数据流发生。只要必须发射节目或视频的音频／视频数据，同步数据流就会发生。
图2显示了用于IEEE 1394总线的链接层IC的电路方框图。除了到物理层24的标准接口之外，电路有一个并联双向8-位主接口23。可由寄存器编程的IC被启动，其操作通过这个接口控制。此外，在这个单元提供了用于I2C总线的接口。为了把各自的应用程序连接到IEEE1394总线，链接层IC还有一个双向音频／视频接口21。以这样的方式设置该接口，即，使应用程序的特殊时钟与有关的其它IC时钟同步，该接口可以输出或接收8位数据。此外，它为多个视频和音频数据传输格进行格式化，这些格式在IEC61883标准中是标准化的。以这样的方式设置该接口，即，它也适合于发射按照MPEG-2标准格式化的数据。按照数据处理标准格式化的数据也通过这个接口。
本发明的链接层IC的部分是单元22，其包含用于存储器存取的易失形存储器和控制单元，并包括用于检查最新数据包的评价单元。这个评价单元的实施是基于时间模式，该时间模式与使用在IEC61883标准的完整时间范围有关。现参考图3详细解释该时间模式。
在该模式中，当前IEEE 1394总线时间构成一个标记，在该标记上，有效范围被添加在正时间轴的方向。当前总线时间由参考数字33表示。也常称为“正确的时间”区域的有效范围由参考数字32表示。然后，具有特殊宽度的有效范围由“延迟”范围跟随，其由参考数字30表示。如图3a所示，在时间的正方向，这个范围从有效范围的上限延伸到时间范围的边缘(时间范围的边缘由XXXX显示)。此外，它也从时间范围的起点延伸，该起点远离当前总线时间33。在“正确时间”区域32和当前总线时间33之间，也安排了第二个“延迟”区域31。当数据包被传输到总线时，使用这个区域涉及具有高概率的数据包的传输时间。
对于该单元的第二个必须的功能，就是说，通过总线接收到数据包之后，同步的输出该数据包到应用程序，另一方面，这个区域也被称为“即刻”区域。如果后面确定，从总线接收的数据包的时间戳在检查时间位于这个区域，在AV接口21中启动精确计数器，在计数器减到0之后，它使得数据包输出到应用程序。下面将详细解释。在时间模式中，前面提到的区域和同样标记为当前总线时间沿着对应当前总线时间前进的时间轴移动。相反，假定所考虑的数据包的时间戳被固定在时间模式中。这个标记由图3中的参考数字35表示。在应用程序中，数据包将被发射到总线上，完成了时间模式的瞬时纪录。如果数据包的时间戳位于有效范围32内，数据包被识别为有效，实现了在总线上的传输。另一方面，如果检测到时间戳位于有效范围外的“延迟”区域之一，则对应的数据包不再通过总线发射。
按如下方法进行检查。首先，确定当前总线时间。然后，根据总线时间将时间轴分成前面提到的区域。为此目的，在总线时间和“正确时间“区域的下限34之间指定了间隔的第一个补偿被加到总线时间。此外，指定了”正确时间“区域的上限的第二个补偿被加到当前总线时间。存储对应的限定数值。然而，在增加期间，必须确保时间轴只构成一个限定时间周期。因此，必须以这样的方式增加，即，在算法操作期间存在一个溢出，余数被加到0值上，因此，存储这个值作为时间限定的值。当完成把时间轴分成区域时，只读取数据包的时间戳，并与限定值进行比较。在此区别了三种不同的情况。如图3a-3c所示，事实上，可以发现第一个“延迟”区域30已经由溢出分成为两段，或分成为“正确时间”区域32(见图3b)，或第二个“延迟”区域31(见图3c)。在此应当注意，在图3c中，不同地选择第二个“延迟”区域31的取值范围，所以，可以容易地看出基本的特点。另外，“延迟”区域必须表示的比较窄。
完成把时间轴分成区域之后，然后，确定应用图3所示的三种情况的哪一种。为此目的，如图3a所示，检查“正确时间”区域的两个限定是否大于当前总线时间的值，或如图3b所示，只是下限值大于而上限值小于当前总线时间，或如图3c所示，两个限定值都小于当前总线时间。在确定应用三种情况的哪一种之后，在补偿增加期间，立刻就会清楚上面提到的哪一个区域由溢出分为两段。例如，在图3a的情况中，如果数据包的时间戳小于当前总线时间，立刻就会清楚数据包被延迟了。但是，如果时间戳大于当前总线时间，则应用“延迟”31、“正确时间”32或“延迟”30之一，必须完成与“正确时间”区域的存储时间限定的单独比较。在图3b的情况中，在每一种情况中必须比较精确地分析，以确定数据包的时间戳位于哪一个区域。另一方面，在图3c的情况中，如果数据包的时间戳大于当前总线时间，立刻就会清楚数据包被延迟了。如果该时间戳小于当前总线时间，必须再一次与存储的时间限定进行单独的比较。对于所有三种情况，存在不同的算法，根据偏爱的算法，可能确定数据包的时间戳位于哪一个区域。例如，在图3a的情况中，首先检查时间戳是否小于当前总线时间。如果小于当前总线时间，就清楚数据包被延迟了。如果大于当前总线时间，检查时间戳是否大于“正确时间”区域的下限值。如果不是，就清楚数据包被延迟了。如果是，附加地检查数据包的时间戳是否大于“正确时间”区域的上限值。如果是，也清楚数据包被延迟了；如果不是，就清楚数据包处于正确的时间。对于图3b和3c采取对应的算法，而不需要分别的解释。
图4再一次显示了在设备中检查将被发射的最新数据包的基本部件。与图2相同的参考数字表示相同的部件。参考数字40表示完成各种比较操作的评价单元。参考数字42表示缓冲器(RAM)。参考数字41表示存储器存取控制单元。参考数字44表示完成逻辑“和”操作的读取单元。参考数字43表示中断寄存器。
AV接口21写入数据包，该数据包是希望通过总线输入到存储器42。在处理中，所述的接口21已经输入数据包由补偿附加确定的时间戳。这也再一次发生在有关的当前总线时间，当前总线时间对AV接口也是可用的。评价单元40通过总线请求数据传输，该传输是由总线与IEEE1394接口23共同完成的。如果总线对用户站是可用的，评价单元40从存储器42读出将被发射的数据包，并完成前面论述的最新数据包的检查。如果在此确定发射数据包是太迟了，则评价单元40产生一个对应的信号，并传递该信号到存储器存取控制单元41。作为响应，排队将被发射的下一个数据包从存储器42读出。如果在此检查的结果是数据包的时间戳位于“正确时间”区域，对应的信号被传递到存储存取控制单元41，并在此释放，用于读取处理。数据包被传递到IEEE1394总线接口，并通过总线发射。给出一个连续延迟的数据包的特殊数目，通过评价单元40在中断寄存器43中设置一个位。结果，完成了系统和／或故障恢复的重新设置。
在图5中，相同的参考数字分别表示与图2和图4相同的部件。图5解释了在设备中检查从串行总线接收数据，然后，检查是否在正确的时间接收了数据，如果是，则在正确的时间传递有关的数据包到应用程序。为此目的，计数器单元46也提供在AV接口21中。在总线接口21上接收的数据包被写入存储器42。存储器存取控制单元41串行的读出数据包，并传递它们到评价单元40。在评价单元40中，它被检查是否在正确的时间接收到数据包。检查的方式已经在前面解释过了。如果确定各自数据包的时间戳位于“延迟”区域30，清除存储器42中的对应数据包。如果确定数据包位于“正确时间”区域，数据包留在存储器但不传递到应用程序。在随后检查期间，如果确定数据包的时间戳位于“即刻”区域，在AV接口21中的精确计数器单元46只用精确值设置，该值对应当前总线时间和数据包的时间戳之间的差。同时，启动计数器。然后，输出到应用程序的数据包由计数器单元46控制。如果计数器终止，即，数据包的时间戳已经到达，对应的信号被发射到读取单元45，因此，数据包被传递到应用程序。通过计数器单元46触发该动作具有高精度和高时间分辨率。以这种方式，所有接收的数据包被串行处理。
理论上讲，数据包留在存储器中相对长的时间周期，并在总线时间复位之后再一次变为有效是可能的。由于用25位表示IEC61883时间戳和25MHz的时钟，如果数据包被缓存超过1秒钟，这个状态可能发生。该状态等效于故障状态，因为在这种情况中，中断了IEEE 1394串行总线上的数据流。
在传输MPEG-2数据的IEC 61883标准中，对缓存数据提供了最小尺寸为3264位的缓存器。在此的问题是所使用的存储器模块的带宽要求，并且，由于技术的原因，该模块值工作在使用最新技术的43MHz的时钟频率(O．5微米CMOS标准技术)。按照IEC 61883标准的AV接口、链接-物理接口、报头产生和主机接口，有四种不同的源并汇集在芯片上，所有的源都用不同的带宽要求同时存取缓冲器。一方面，带宽要求由IEEE1394规格产生，另一方面，由AV接口的规格产生。由于高效区域实施的原因，没有使用双端口或四端口RAM。相反，各种单元的带宽要求由组织具有16位字长的存储器模块和为各种源和汇集分隔存取可能性的时间来满足。在此，对每一个源和汇集允许的存取可能性的特殊数目是按照固定的方案在IC时钟的16个周期内。
所述实施例的各种修改是可能的。例如，区域的宽度可以设计的适合于在统计的控制下，该统计是在评价单元40中产生的。
已经解释的时间模式也可以修改，并分成为其它的／进一步的区域。
本发明也可用在无线总线系统和其它的接线范围总线系统。
权利要求
1．一种处理在数据信道上已经接收或将被发射的数据包的方法，与在系统中已知的一系统时间相关的一处理时间被分配给数据包，在进一步处理之前，检查最新数据包，其特征在于在该时间，当检查最新数据包时，根据当前系统时间，时间轴的部分至少被分成为“正确时间”区域(32)和“延迟”区域(30、31)，并且进行一检查以确定数据包的处理时间所位于的区域(30、31、32)，并完成进一步的对应处理。
2．按权利要求1所述的方法，其特征在于在当前系统时间(33)之前，按顺序排列“延迟”区域(3)。
3．按权利要求1或2所述的方法，其特征在于在当前系统时间(33)之后，按顺序排列“正确时间”区域(32)
4．按权利要求1至3所述的方法，其特征在于“延迟”区域(31)被排列在“正确时间”区域(32)和当前系统时间(33)之间。
5．按权利要求1至4中所述的方法，其特征在于“即刻”区域(31)被排列在“正确时间”区域(32)和当前系统时间(33)之间。
6．按权利要求5所述的方法，其特征在于“即刻”区域(31)等于在“正确时间”区域(32)和当前系统时间之间的“延迟”区域(31)。
7．按权利要求1至6所述的方法，其特征在于如果确定数据包的处理时间位于“正确时间”区域，则在数据信道上为传输释放数据包。
8．按权利要求1至7所述的方法，其特征在于在检查时间，如果确定数据包的处理时间位于“延迟”区域(30、31)，则在数据信道上为传输阻塞数据包。
9．按权利要求5至8所述的方法，其特征在于在检查时间，如果确定数据包的处理时间位于“即刻”区域，则释放接收的数据包，并传递到应用程序。
10．按权利要求9所述的方法，其特征在于当释放数据包，并传递到应用程序时，用一个值设置计数器(46)，该值指定剩余时间等于发生的处理时间，启动计数器，当计数器(46)终止时，产生的信号使得数据包被传递到应用程序。
11．按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于特别是25位的指定长度的数据字被用于表示系统时间，在每一种情况中，只在某些段中由对应数据字的长度的可能的数目表示时间轴。
12．按权利要求11所述的方法，其特征在于预先确定“正确时间”、“延迟”和“即刻”区域的尺寸。
13．按权利要求12所述的方法，其特征在于设置“正确时间”、“延迟”和“即刻”区域的区域限制，并使其可编程。
14．按权利要求11至13所述的方法，其特征在于把时间轴分成为“正确时间”、“延迟”和“即刻”区域，区别多个可能的设置，表明哪一个设置被呈现在检查时间的信息被存储，以便简化分析，确定处理时间位于哪一个区域。
15．按权利要求14所述的方法，其特征在于为表示系统时间，区别三个可能的设置，取决于“正确时间”区域或“延迟”区域或“即刻”区域是否已经被分成为两个区域，该分区是数据字溢出的结果。
16．按照前述权利要求之一完成该方法的装置，具有用于数据新到的接口(24)、用于应用程序的接口(21)、数据包被缓存的存储器(42)，其特征在于提供了评价单元(40)，根据当前系统时间，其把时间轴分成为“正确时间”、“延迟”区域，确定处理时间位于哪一个区域，并完成对应的进一步处理。
17．按权利要求16所述的装置，其特征在于提供了读取装置(44)，如果在检查时间确定数据包的处理时间位于“正确时间”区域，则读取装置为在数据信道上传输释放数据包。
18．按权利要求16或17所述的装置，其特征在于提供了转换装置(44)，如果在检查时间确定数据包的处理时间位于“延迟”区域，则该转换装置阻塞数据包在数据信道上传输。
19．按权利要求16至18所述的装置，其特征在于提供了读取装置(45)，如果在检查时间确定数据包的处理时间位于“即刻”区域，则该读取装置释放数据包到应用程序。
20．按权利要求19所述的装置，其特征在于提供了计数装置(46)，当释放数据包并传递到应用程序时，用一个值设置计数装置，该值指定剩余时间等于发生的处理时间，启动计数装置(46)，当计数装置终止时，产生的信号使得数据包被传递到应用程序。
全文摘要
本发明涉及执行所谓为“后”检查的方式,按照IEC61883标准,由于花费较低,其适于IEEE1394串行总线的链接层IC。根据本发明,在检查最新数据包期间,通过与当前总线时间进行比较,所用的特殊时间模式基本上也简化了必须的比较操作,通过有限位长度的数据字只表示时间轴的段是可能的。
文档编号H04L29/06GK1292124SQ99803455
公开日2001年4月18日 申请日期1999年2月25日 优先权日1998年3月2日
发明者托马斯·布吕内, 克劳斯·格特克, 西格弗里德·施魏德勒 申请人:德国汤姆森-布兰特有限公司