[发明专利]基于数据描述符的MAC软硬件交互方法及其硬件实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)网络通信领域中媒体访问层(Medium Access Control，MAC)的设计及实现技术领域，尤其涉及一种采用软硬件协同工作，并利用数据描述符机制进行软硬件任务指令控制与数据传输的MAC软硬件交互方法及其硬件实现装置。

背景技术

无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)正以惊人的速度日益普及并深入到日常生活和工作的各个领域。作为实现数据无线传输的关键功能模块——媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)协议——也涌现出大量的种类繁多的实现方式。

与有线传输相比，IEEE 802.11MAC协议有如下一些特点：(1)包含一些时序约束性任务，其中包括接收数据后要在短帧间距后(SIFS)作出响应(ACK)、CRC的校验、产生需要与帧的收发同步等；(2)时间精度较高，例如MAC控制器中需要以1μs的精度维持本站点的时间同步功能计数器(TSF)。采用纯软件实现的MAC控制器无法维持高精度的站点时间同步功能或带来较大功耗，同时软件实现的整体性能较弱无法完成强时序约束性任务。因此，将MAC协议中对时序要求和时间精度要求较高的部分功能模块采用硬件实现，其余非时序约束性任务仍由软件实现，采用软硬件协同工作的方式既实现了较高的系统性能又保持了很好的灵活性。

文献[1][2]对采用软硬件协同工作的MAC控制器实现方式进行了分析和整体性能对比，文献[3][4]分别给出了两种较为成熟的MAC控制器实现方案。其中，文献[3]提出了一种采用片外共享存储地址空间，主机与MAC硬件控制器采用中断方式使用外部存储空间的指令和数据的方式，此种方式的弱点在于中断方式响应缓慢、效率较低，且其操作也比较复杂，帧的收发控制均需等待较长的时间；文献[4]是一个完整的片上系统芯片(SoC)，其MAC控制器硬件部分作为整个系统的功能模块挂载于系统总线上，软硬件通讯方式通过片内高速总线直接进行，虽然具有较高的效率，然而对于常规软硬件协同开发和嵌入式系统开发不具有普适性。

针对软硬件交互存在的实现方法和效率问题，本文提出了一种基于数据描述符的MAC软硬件交互方法和硬件实现装置。本发明的主要贡献是软件部分采用规范化的数据描述符数据格式，完成对帧发送和接收过程的控制，硬件部分以开放的发送/接收寄存器堆的形式完成对发送、接收过程状态信息的反馈，传递至上层软件控制部分。具有简单灵活和操作高效的特点，适用于符合IEEE 802.11协议软硬件协同工作的MAC控制器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明主要目的在于提供一种基于数据描述符的MAC软硬件交互方法及其硬件实现装置，该方法使得软件部分能够灵活高效地完成对硬件逻辑的数据收发控制操作并可以实时监控硬件单元的收发状态信息，以便及时响应进一步的数据操作。解决了单一使用中断控制而造成的响应缓慢、操作复杂等弊端。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于数据描述符的MAC软硬件交互方法，该方法包括：

软件部分将本次发送或待接收的帧数据信息及其控制信息组成发送或接收数据描述符(Tx/Rx Descriptor)，并发送给硬件部分完成对本次帧数据发送或接收的控制操作；

在硬件架构设计中开放系统控制/状态寄存器堆(Sys_Ctrl/Sys_StaRegister Banks)与发送/接收状态寄存器堆(Tx/Rx Status Register Banks)，以分别实现软、硬件之间的常规收发控制以及本次数据传输的控制及状态反馈；

发送/接收描述符缓存控制器(Tx/Rx_DescBuff)完成对描述符的解析，并对协议控制单元(PCU)的数据收发操作进行控制。

上述方案中，所述数据描述符包括发送描述符(Tx Descriptor)和接收描述符(Rx Descriptor)，其中发送描述符至少包含有一个ID字段、一个Buff_Len字段、一个Buff_Ptr字段、一个Frame_Len字段、一个FrameType字段、一个Link_Ptr字段和若干发送控制字段；接收描述符至少包含一个ID字段、一个Buff_Len字段、一个Buff_Ptr字段和一个Link_Ptr字段。