一种环境感知可重构的移动终端通信处理器的制作方法

专利名称：一种环境感知可重构的移动终端通信处理器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机网络通信以及集成电路领域，具体的说是一种 环境感知可重构的移动终端通信处理器。
背景技术：
目前集成电路的发展非常快，也被越来越多的应用于通信领域。信息
通讯社会正朝着一个环境感知泛在网络AUN (Ambient Ubiquity Network) 的生态环境迈进。亚太、欧盟、北美三个具有代表性的地区，均从国家产 业高度制定了明确的推动政策及发展计划，未来5年是环境感知泛在网络普 及、提升的关键阶段。Ubiquitous (无所不在)源自拉丁语，意为存在于任 何地方(existing everywhere) 。 1991年Xerox实验室的计算机科学家Mark Weiser首次提出"泛在运算"(Ubiquitous Computing)的概念，描述了任何 人无论何时、何地都可通过合适的终端设备与网络进行连接，获取个性化 信息服务的全新信息社会。
Marvel公司Alireza Shirvani等人在文章"A dual-band triple-mode SoC for 802.1 la/b/gEmbedded WLANin90nmCMOS"中提到一种移动终端通信芯 片所示。该方案集成了802.11a/b/g的物理层(Physical简写PHY)、介质访 问控制层(Media Access Control简写MAC)以及用来进行高密度CPU处理的 ARM核，可以支持多种接口协议，是目前最新的应用于移动终端的通信芯 片之一。该芯片在如下几个方面存在不足
1. 芯片无法感知外部环境并对内部结构进行自适应的调整。
2. 只能支持802.11a/b/g协议，无法与广域网其他协议的芯片进行无缝 通信。
3. 芯片仅仅关注了PHY、 MAC,基本没有考虑更高层的协议。4. 频率合成器产生的频率范围太小，无法实现现在宽频域内按照开发 者定义的频谱扫描机制进行扫描。
5. 数模/模数转换器精度和位数不可调整，对于某些需求不高的应用场 合造成了资源的浪费。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种环境感知可重构的移动终端通信处理 器，该处理器能够感知外部的环境并对调制解调方式以及射频放大器进行自 适应调整，可以与广域网其他协议的芯片进行无缝通信，达到移动终端低 功耗的要求。
本实用新型提供的环境感知可重构的移动终端通信处理器，其特征在
于它包括可重构物理层单元、时钟管理单元、定时控制单元、微控制器、 存储器单元、协议与感知处理单元、总线桥接点、边界扫描接口、振荡器、 电源管理电路、可重定义高速接口和总线桥接点；
可重定义高速接口为与外设的连接接口 ，具有相互转换的串行接口和 并行接口；
总线桥接点负责连接内部总线与外部总线； 定时控制单元用于完成定时和中断控制；
存储器单元用于启动时的配置，它与内部以及外部总线之间交换数据， 并予以存储；
振荡器用于产生振荡频率，并提供给时钟管理单元和可重构物理层单
元；
可重构物理层单元接收来自于外部的数据，根据振荡器提供的振荡频 率，对数据进行自适应收发，经过调制解调后将其送入外部总线；当其他 模块处理完以后，数据被送入外部总线经可重构物理层单元发送出去；
时钟管理单元接收来自振荡器的振荡频率，通过外部总线进行时钟管
理；
协议与感知处理单元通过总线桥接点接收来自可重构物理层单元的数据，进行介质访问控制和介质独立切换的处理，完成环境变量的设置，以
及进行安全加密，然后再通过总线桥接点发送给可重构物理层单元；
边界扫描接口作为移动终端通信处理器进行调试以及内部各单元测试 的接口；
微控制器接收来自于协议与感知处理单元的数据，对数据进行MAC层 协议的处理以及MIH层的消息组包与处理，处理包括运行、复位、悬停和 重启个状态；经过总线桥接点对外部总线上连接的可重构物理层单元进行 控制，包括进行采样频率以及位数的配置，并实现对整个芯片的控制、管 理、存储与调试；
电源管理电路负责整个处理器的电源管理。
本实用新型环境感知可重构的移动终端通信处理器支持非异构/异构网 络之间的通信。所谓环境感知是指该处理器能够感知外部的环境并对调制 解调方式以及射频放大器进行自适应调整；所谓可重构是指处理器的物理 层可以根据环境的要求重新配置。本实用新型处理器可以与广域网其他协 议的芯片进行无缝通信，提供了从PHY直到MIH层(Media Independent Handover简写MIH)的集成方案。本实用新型可以适合更多协议的异构网 络之间的通信。由于采用了可重构的单元，在处理器整体性能提高的基础 上，减小了实现的代价。对环境的感知也带来了功耗的下降，这个性能对 于功耗要求甚严的移动终端而言具有重要的意义。


图1为本实用新型环境感知可重构的移动终端通信处理器的结构示意
图2为可重构物理层单元的结构示意图3为时钟管理单元的结构示意图4为定时控制单元的结构示意图5为存储器单元的结构示意图6为协议与感知处理处理单元的结构示意图；图7为介质访问控制协处理器的结构示意图； 图8本实用新型微控制器单元的状态图9本实用新型所述环境感知可重构的移动终端通信处理器应用例结 构图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型移动终端通信处理器包括可重构物理层单元 100、时钟管理单元200、定时控制单元300、微控制器600、存储器单元 400、协议与感知处理单元500、总线桥接点930、边界扫描接口910、振荡 器800、电源管理电路700、可重定义高速接口 920和总线桥接点930。
可重构物理层单元100用于完成数据的自适应收发以及调制解调，它 接收来自于外部的数据RX，并将其送入外部总线；当其他模块处理完以后， 数据被送入外部总线经可重构物理层单元100发送出去。振荡器800为可 重构物理层单元100提供所需要的振荡频率。
时钟管理单元200的主要功能是进行时钟的管理。它接收来自振荡器 800的振荡频率，通过外部总线进行时钟管理。
定时控制单元300用于完成定时、中断控制，以提高系统的抗干扰性。
存储器单元400的主要功能是用来进行启动的配置，它与内部以及外 部总线存储、交换数据。
协议与感知处理单元500的主要功能是主要用来处理介质访问控制层、 介质独立切换层协议、环境变量、以及安全性等。它通过总线桥接点930 接收来自可重构物理层单元100的数据并进行相应的处理，然后再通过总 线桥接点930发送给可重构物理层单元100。
边界扫描接口 910是对整个系统进行调试以及内部单元测试的接口 。
振荡器800的功能是产生稳定的振荡频率。它为时钟管理单元200以 及可重构物理层单元100提供振荡频率。当芯片工作频率低的时候作为芯 片的整体时钟工作。
微控制器600的主要功能是MAC层协议的处理以及MIH层的消息组包与处理，以及对整个芯片的控制、管理、存储与调试。微控制器600的 处理时间主要集中于协议与感知处理单元500。可重构物理层单元100的控 制可通过定时控制单元300来触发，并且定时控制单元300中的定时器和 各个中断的优先级可调，保证微控制器600有足够的时间处理MAC层和 MIH层协议。微控制器600共包括4个状态，运行、复位、悬停和重启， 其状态如图8示。
可重定义高速接口 920可以实现与外设的连接，该接口可以被定义为 串行接口或者并行接口。
总线桥接点930负责连接内部总线与外部总线。当微控制器600对外 部总线上连接的器件进行控制的时候，需要经过总线桥接点930。
接收数据的时候，输入数据RX首先进入可重构物理层单元100，然后 进入外部总线，再经由总线桥接点930进入到内部总线，然后进入协议与 感知处理单元500，最后进入微控制器600;发送数据的时候，数据首先由 微控制器600进入协议与感知处理单元500然后进入内部总线，经由总线 桥接点930进入外部总线，最后进入到可重构物理层单元100成为数据流 TX发送出。
下面举例说明上述各部分的具体构成。
如图2所示，可重构物理层单元100包括频率合成器106、模数/数模 转换器101、上变频器103、下变频器102、可变低噪放大器105、可变低 噪放大器104、可重构编码/调制器107、直接内存访问器108、可重构解码 /解调器109、射频发射缓存IIO、射频接收缓存lll、无线环境变量配置器 112、天线转换器114、宽带天线113。其工作流程是接收的时候，RX首先 进入宽带天线113，经过天线转换器114进入可变低噪放大器105，然后进 入下变频器102，经过模数/数模转换器101再进入射频发射缓存110，进入 可重构解码/解调器109后进入外部总线；发射数据的时候数据由外部总线 进入可重构编码/调制器107，然后进入射频发射缓存110，在模数/数模转 换器101中进行相应的转换之后进入上变频器103，然后进入可变低噪放大 器104，经过天线转换器114和宽带天线113成为发射数据TX。频率合成器106是一种可调制宽频带频率合成器，该频率合成器可以 实现低于1MHz的调制步长，输出频率调制范围大于10GHz。为调制器及 解调器提供精确的频率。具体而言频率合成器106采用3个频率合成器， 由控制逻辑根据需要分别控制合成MHz频段信号及GHz频段信号，然后 合成出具有较宽频段，分辨率高，并且转换速率快的输出时钟信号。频率 合成器106具有良好的可扩展性，可以根据应用环境的要求灵活改变输出 频率。它接收外部总线的控制信号，调整相应的输出频率fc。 fc为上下变 频器提供变换频率。振荡器800为频率合成器106提供参考频率。
模数/数模转换器101是一种可重构自适应的流水线结构数模/模数转换 器，该转换器可以根据输入信号频段范围的不同，来自动地选择采样频率 的大小以及分辨率的位数，并可以降低芯片的面积和功耗。具体而言模数/ 数模转换器101通过一个频段检测控制电路来自动的检测出输入模拟信号 的频段，然后根据频段来自动的配置采样频率的大小及分辨率的位数。根 据需要，模数/数模转换器101可以直接连到802.3的中频上。它接收来自 下变频器102的信号经过模数转换后发给射频接收缓存111;它接收来自射 频发射缓存110的信号经过数模转换后发给上变频器103。微控制器600可 以通过总线桥接点930对模数/数模转换器101进行采样频率以及位数的配 置。
上变频器103的功能是把射频信号线性的搬移到一个较低的频带，传 到基带中，便于基带处理。上变频器103的结构也是在两个混频器上分别 并联开关，在混频器的本振频率输入端分别串联开关，通过射频信号控制 开关的关断实现不变频、 一次上变频、二次上变频三种变频方式来把基带 中信号搬到一个较高的频带。它接收来自模数/数模转换器101的信号并将 其发送到可变功率放大器104。
可变功率放大器104在规定温度范围内使发射器功率保持稳定，具有 开机保护功能，避免开机冲击电流对发射器的损伤。可变功率放大器104 通过运放对参考电压和反馈电压进行比较放大，来控制偏置电流的大小， 以实现发射器功率的控制。该电路中的耦合电容作用十分重要，它的作用 是消除运放输出电压的纹波，所以它是保持激光器偏置电流稳定性的关键。它接收来自上变频器103的数据并将其发送到天线转换器114。
下变频器102的功能是把基带中的较低的频带信号线性搬移到一个较 高频带的模拟信号便于模拟部分的处理。下变频器102的结构是在两个混 频器上分别并联开关，在混频器的本振频率输入端分别串联开关，通过射 频信号控制开关的关断实现不变频、 一次下变频、二次下变频三种变频方 式来把射频信号搬到一个较低的频带。他接收来自可变低噪放大器105的 信号并将其发送到模数/数模转换器101。
可变低噪放大器105满足多种协议对低噪声放大器的性能要求，包含 多个可变增益功率放大单元，各自具备不同的饱和输出功率电平，根据环 境参数配置与控制器所给模式切换信号通过输入开关阵列将其中一个功率 单元置有效。
通过射频开关阵列的切换，来用于高输出功率模式的高输出功率放大 可变增益单元或者来用于低输出功率模式的低输出可变增益功率单元的输 出信号实现了在高和低输出功率模式下的效率改进。其频率通过输入阻抗 匹配网络和增益的调节使得其可工作于0 11G的宽频率范围。并设计了自 动增益控制反馈环路，使可变低噪放大器105的非线性和增益达到了良好的 折衷，并可随时控制调节。同时避免了级联可变增益放大器的使用，降低 了系统噪声。对于输出阻抗，采用标准的50欧姆，方便了后续级联电路的 设计同时避免了过多的电容电阻的使用，节省了电路面积，降低了成本。 它接收来自天线转换器l 14的信号并将其发送到下变频器102。
可重构编码/调制器107提供了实现编码和调制所需要的各种基本逻辑 单元(比如寄存器、加法器等等)，通过控制器对这些基本逻辑单元进行配 置，可实现多种编码调制方式。它接收来自外部总线的数据并将其发送到 射频发射缓存110.并且它还可以通过直接内存访问器108实现与可重构解 码/解调器109之间的直通。
直接内存访问器108用来实现可重构解码/解调器109与可重构编码/ 调制器107之间的直通。直接内存访问器108是内部总线的仲裁者，根据 应用的优先权，可以分配总线使用的优先级别。
可重构解码/解调器109提供了实现解码和解调所需要的各种基本逻辑单元(比如寄存器、加法器、存储单元等等)，通过控制器对这些基本逻辑 单元进行配置，可实现多种解码解调的算法。它接收来自射频接收缓存lll
的数据并将其发送到外部总线。并且它还可以通过直接内存访问器108实 现与可重构编码/调制器107之间的直通。
射频发射缓存110连接模数/数模转换器101和可重构编码/调制器107。 其作用是实现模数/数模转换器101和可重构编码/调制器107之间的同步。
射频接收缓存111连接模数/数模转换器101和可重构解码/解调器109。 其作用是实现模数/数模转换器101和可重构解码/解调器109之间的同步。
无线环境变量配置器112主要功能是将QOS要求、环境状况和资源信 息传递给目标节点进行配置，按照环境感知协处理器560的算法要求为合 适的调制机制分配资源。它接收来自协议与感知处理单元500的信息并进 行相应的处理。
天线转换器114用来选择天线是处于发送还是接收模式。发送的时候 它接收来自可变功率放大器104的信号并发送到宽带天线113;接收的时候 信号从宽带天线113过来进入可变低噪声放大器105。
宽带天线113采用的结构是电介质衬底-覆盖层结构，采取平面型获得 了小尺寸。通过GA和MoM方法的结合来实现了天线性能的综合和优化。 它是可重构物理层单元IOO与外部空间的无线接口。
如图1所示，时钟管理单元200包括图4中的时钟产生器220、锁相环
210。
时钟产生器220可以实现多个时钟的使用，通过使用门控时钟，每个 单元都可以实时关断；当工作频率低的情况下可以单独关断锁相环210的 电源并将芯片整体时钟切换到外部振荡器单元800的低速时钟进一步降低 功率。
锁相环210的功能是实现相位跟踪和锁定。它接收来自振荡器800的 振荡频率并发送数据到时钟产生器220。
电源管理电路700采用电路结构简单，高性能低功耗的嵌入式LDO电 路来做SOC芯片的电源单元。在传统的LDO电路理论基础上，我们增加了反馈环路，实现了LDO双环路结构。电源管理电路700负责整个芯片的 电源管理，在设计中使用门控时钟，每个单元都可以实时关断，能支持单 节，两节，三节AAA电池和单节锂/镍镉电池供电。
定时控制单元300包括图5中的看门狗电路301、定时器302、中断 控制器303。
看门狗电路301的功能是防止微控制器600因受外界干扰而导致死机 的现象，提高系统抗干扰性。
定时器302的振荡频率的稳定性对芯片的性能有重要的影响，采用外 部晶振配合芯片内部电路作为时钟产生电路，其振荡频率主要取决于石英 晶体。该时钟产生电路的等效Q值很高，杂散参数对振荡频率的影响很小， 因此该时钟频率的稳定性可以很高。为了去除时钟的毛刺，在振荡器的输 出部分增加了施密特触发器对时钟信号进行整形。
中断控制器303的功能是使微控制器600与其他单元同时工作。中断 的相应过程有三个阶段:即中断相应、中断处理和中断返回。
如图5所示，存储器单元400包括图6紧密随机存储器401、只读存储 器402、随机存储器403。
紧密随机存储器401的功能是当其中一套总线被DMA占用，CPU可 以使用另外一套总线进行数据或命令的处理，并将处理的结果存放在紧密 RAM中。当前一套总线重新被CPU占用，从紧密RAM中读取数据进行后 续处理。目的是可以提高CPU的使用效率。
只读存储器402的功能是放置系统启动的程序。
随机存储器403的功能是做为执行程序的空间，可以当作内存使用。
协议与感知处理单元500的主要功能是主要用来处理介质访问控制层、 介质独立切换层协议、环境变量、以及安全性等，它包括图7中的
高级加密算法协处理器510、介质访问控制协处理器520、介质独立桥 接点540、介质独立切换协处理器550、环境感知协处理器560。
高级加密算法协处理器510的算法逻辑如下16个8比特的S盒完成字节替换，然后进行128比特的行移位变换，再经过4个32比特的列混合 变换，最后与扩展出来的密钥进行异或。其功能是提高芯片的安全性，有 效防止时间攻击、能量攻击，特别是高级加密算法差分功耗攻击。
介质访问控制协处理器520的主要功能是包括冲突管理；自动应答
ACK产生；系统多周期定时器；可编程的加解密处理和帧校验。它包括图
8中的物理层接口521、发射先入先出缓存528、接收先入先出缓存522、 功耗管理器531、冲突管理器529、加密签名器527、解密认证器523、发 射缓冲器526、接收缓冲器524、随机数产生器532、多周期定时器533、 微处理器接口 525。其工作流程为，数据接收过程接收的数据由物理层接 口 521进入接收先入先出缓存522，然后经过解密认证器523进入接收缓冲 器524，最后进入微处理器接口 525;数据发送过程发送的数据由微处理 器接口 525进入发射缓冲器526，经过加密签名器527之后进入发射先入先 出缓存528，最后进入物理层接口 521。
物理层接口 521用来做物理层与介质访问控制层的接口。它是冲突管 理器529、发射先入先出缓存528、接收先入先出缓存522与内部总线的接 CI。
发射先入先出缓存528用来实现物理层与介质访问控制层的同步。它 接收来自加密签名器527的数据，在冲突管理器529的控制下将数据发送 到物理层接口 521。
接收先入先出缓存522用来实现物理层与介质访问控制层的同步。它 接收来自物理层接口 521的数据，在冲突管理器529的控制下将数据发送 到解密认证器523。
功耗管理器531能根据应用指定或者系统需要进行时钟门控，关闭不 工作的单元，从而节省能耗，特别是从睡眠模式到工作模式的转换。
冲突管理器529完成参数可选的冲突检测算法，实现信道访问，冲突 避免。它接收来自微处理器525的数据并控制冲突管理器529、加密签名器 527、解密认证器523、发射缓冲器526、接收缓冲器524、发射先入先出缓 存528、接收先入先出缓存522。加密签名器527是基于高级加密算法的分组加密操作，由专门的高级 加密算法协处理器辅助完成。它接收来自发射缓冲器526的数据并将其发 送到发射先入先出缓存528。
解密认证器523是基于高级加密算法的分组解密操作，由专门的高级 加密算法协处理器辅助完成。它接收来自接收先入先出缓存522的数据并 将其发送到接收缓冲器524。
发射缓冲器526的功能是实现微控制器600与加密签名器527之间的 同步。它接收来自微处理器接口 525的数据并将其发送到加密签名器527。
接收缓冲器524的功能是实现微控制器600与解密认证器523之间的 同步。它接收来自解密认证器523的数据并将其发送到微处理器接口 525。
随机数产生器532的功能是用来产生随机数进行介质访问控制层数据 的加密。
多周期定时器533能产生系统不同工作状态所需的多种分频时钟。 微处理器接口 525的功能是实现介质访问控制层与微控制器600的连接。
图6中的介质独立桥接点540能够在自组织网络中起到路由的作用。 这时MIH将不工作。
介质独立切换协处理器550是终端为了满足在不同的网络环境下自主 完成网络的接入与切换功能而重新设立的一个管理层，位于MAC之上，IP 层之下，链路层的一部分，也可以称之为LL2.5，其功能包括
PDU管理、连接管理、交换策略管理、交换管理、介质独立切换、环 境感知、信交换、信息服务。
PDU管理是从上层接收协议数据转给本层介质访问控制协处理器520， 根据协议的需要打成介质访问控制层的数据包MPDU。
连接管理是选择是面向连接还是面向非连接的方式。
交换策略管理是选择所采用的交换策略。
交换管理决定系统是采用软切换还是硬切换。
介质独立切换是在终端与目标BS/AP进行关联操作时，在关联请求中 携带资源预留申请。环境感知是根据环境认知协处理器的要求对MIH层进行相应的配置。 信息交换是动态改变链接属性、链接状态和链接质量。 信息服务是为信息交换器提供必须的信息。
环境感知协处理器560通过一种代价函数来执行相应的自适应算法。 在传输中的节点总是要通过自适应的调制机制最小化代价函数并且最小化 BER。首先考虑网络的吞吐量优先于BER和能量的情况。如移动网络发现 进入者，服务器希望得到更多的视频数据。这样的应用有一些预先定义的 最小化BER。因此，环境感知协处理器560对于目标BER和给定信噪比选 择最大化数据传输速率的系统配置。对于这种应用，最大化数据传输速率 可以最小化代价函数；对于考虑能量的传感器网络，最小化每比特的传输 能量。这样的网络只输出满足最小QOS要求的能量。环境感知协处理器560 通过选择调制机制更进一步减少能量花费。
由于采用通常的单一总线架构较大的数据流量和运算量会导致响应时 间过长，无法适应高速数据传输，所以本实用新型中采用双总线结构。
运算量大的介质访问控制协处理器520，介质独立桥接点540和介质独 立切换协处理器550挂接于独立的内部总线，并通过DMA单元直接将接受 和发送的数据传输到对应位置，外部总线负责控制模拟单元和各种外围单 元。
如图9示，该本实用新型处理器应用的实例为在无线局域网中，由 本实用新型和上位机CPU、键盘、显示器组成了移动终端；在城域网中， 由本实用新型、上位机CPU、显示器和键盘组成了移动终端。两个移动终 端的键盘均是采用的索爱T168的键盘，显示器均是采用的诺基亚3510i的 显示器。上位机CPU都是32位ARM核，其功能均是用来处理介质独立切 换层以上的高层协议。在无线局域网与无线城域网组成的异构网络中，两 个移动终端可以进行实时、质量良好的通信，并且功耗低。本说明虽然是 选的一个优化实施例，但是本专业的技术人员应该了解，本实用新型不局 限于上述例子，而是适合多种异构网络之间通信的情况。
权利要求1、一种环境感知可重构的移动终端通信处理器，其特征在于它包括可重构物理层单元(100)、时钟管理单元(200)、定时控制单元(300)、微控制器(600)、存储器单元(400)、协议与感知处理单元(500)、总线桥接点(930)、边界扫描接口(910)、振荡器(800)、电源管理电路(700)、可重定义高速接口(920)和总线桥接点(930)；可重定义高速接口(920)为与外设的连接接口，具有相互转换的串行接口和并行接口；总线桥接点(930)负责连接内部总线与外部总线；定时控制单元(300)用于完成定时和中断控制；存储器单元(400)用于启动时的配置，它与内部以及外部总线之间交换数据，并予以存储；振荡器(800)用于产生振荡频率，并提供给时钟管理单元(200)和可重构物理层单元(100)；可重构物理层单元(100)接收来自于外部的数据，根据振荡器(800)提供的振荡频率，对数据进行自适应收发，经过调制解调后将其送入外部总线；当其他模块处理完以后，数据被送入外部总线经可重构物理层单元(100)发送出去；时钟管理单元(200)接收来自振荡器(800)的振荡频率，通过外部总线进行时钟管理；协议与感知处理单元(500)通过总线桥接点(930)接收来自可重构物理层单元(100)的数据，进行介质访问控制和介质独立切换的处理，完成环境变量的设置，以及进行安全加密，然后再通过总线桥接点(930)发送给可重构物理层单元(100)；边界扫描接口(910)作为移动终端通信处理器进行调试以及内部各单元测试的接口；微控制器(600)接收来自于协议与感知处理单元(500)的数据，对数据进行MAC层协议的处理以及MIH层的消息组包与处理，处理包括运行、复位、悬停和重启状态；经过总线桥接点(930)对外部总线上连接的可重构物理层单元(100)进行控制，包括进行采样频率以及位数的配置，并实现对整个芯片的控制、管理、存储与调试；电源管理电路(700)负责整个处理器的电源管理。
2、根据权利要求1所述的环境感知可重构的移动终端通信处理器，其 特征在于可重构物理层单元(100)包括频率合成器(106)、模数/数模转换器 (101)、上变频器(103)、下变频器(102)、可变低噪放大器(105)、可 变低噪放大器(104)、可重构编码/调制器(107)、直接内存访问器(108)、 可重构解码/解调器(109)、射频发射缓存(110)、射频接收缓存(111)、 无线环境变量配置器(112)、天线转换器(114)、宽带天线(113);频率合成器(106)接收外部总线的控制信号，调整相应的输出频率， 为上、下变频器提供变换频率；模数/数模转换器(101)接收来自下变频器(102)的信号，根据输入 信号频段范围的不同，检测出输入模拟信号的频段，然后根据频段来自动 的配置采样频率的大小及分辨率的位数；经过模数转换后发给射频接收缓 存(111);它接收来自射频发射缓存(110)的信号经过数模转换后发给上 变频器(103);上变频器(103)接收来自模数/数模转换器(101)的射频信号，提高 其频率，并将其发送到可变功率放大器(104);可变功率放大器(104)接收来自上变频器(103)的数据，通过运放 对参考电压和反馈电压进行比较放大，控制偏置电流的大小，并将其发送 到天线转换器(114);可变低噪放大器(105)包含具备不同的饱和输出功率电平的多个可变 增益功率放大单元，用于满足多种协议对低噪声放大器的性能要求，根据 环境参数配置与控制器所给模式切换信号通过输入开关阵列将其中一个功 率单元置有效；接收来自天线转换器(114)的信号，进行处理后将其发送 到下变频器(102);下变频器(102)用于将基带中的较低的频带信号线性搬移到一个较高 频带的模拟信号，它接收来自可变低噪放大器(105)的信号，处理后将其 发送到模数/数模转换器(101);可重构编码/调制器(107)用于实现编码和调制，它接收来自外部总线 的数据并将其发送到射频发射缓存(110)，还通过直接内存访问器(108) 实现与可重构解码/解调器(109)之间的直通；直接内存访问器(108)用于内部总线的管理，根据应用的优先权，分 配总线使用的优先级别，实现可重构解码/解调器(109)与可重构编码/调 制器(107)之间的直通；可重构解码/解调器(109)用于实现解码和解调，它接收来自射频接收 缓存(111)的数据并将其发送到外部总线；它通过直接内存访问器(108) 实现与可重构编码/调制器(107)之间的直通；射频发射缓存(110)连接模数/数模转换器(101)和可重构编码/调制 器(107)，实现模数/数模转换器(101)和可重构编码/调制器(107)之间 的同步；射频接收缓存(111)连接模数/数模转换器(101)和可重构解码/解调 器(109)，实现模数/数模转换器(101)和可重构解码/解调器(109)之间 的同步；无线环境变量配置器(112)用于将QOS要求、环境状况和资源信息 传递给目标节点进行配置，按照环境感知协处理器(560)的算法要求为合 适的调制机制分配资源，它接收来自协议与感知处理单元(500)的信息并 进行相应的处理；天线转换器(114)用来选择天线是处于发送还是接收模式；发送的时 候它接收来自可变功率放大器(104)的信号并发送到宽带天线(113);接 收的时候信号从宽带天线(113)过来进入可变低噪声放大器(105);宽带天线(113)为可重构物理层单元(100)与外部空间的无线接口。
3、根据权利要求1所述的环境感知可重构的移动终端通信处理器，其 特征在于时钟管理单元(200)包括时钟产生器(220)、锁相环(210);锁相环 (210)用于实现相位跟踪和锁定，它接收来自振荡器(800)的振荡频率 并发送数据到时钟产生器(220);时钟产生器(220)通过使用门控时钟，当工作频率低的情况下单独关 断锁相环(210)的电源，并将芯片整体时钟切换到外部振荡器单元(800) 的低速时钟。
4、 根据权利要求1所述的环境感知可重构的移动终端通信处理器，其 特征在于定时控制单元(300)包括看门狗电路(301)、定时器(302)和中断 控制器(303);看门狗电路(301)用于防止微控制器(600)因受外界干扰而导致死 机的现象；定时器(302)用于提供时钟信号；中断控制器(303)用于控制微控制器(600)与其他单元同时工作。
5、 根据权利要求1所述的环境感知可重构的移动终端通信处理器，其 特征在于-存储器单元(400)包括紧密随机存储器(401)、只读存储器(402) 和随机存储器(403);紧密随机存储器(401)用于当其中一套总线被DMA占用，CPU使用 另外一套总线进行数据或命令的处理时存放其处理结果；只读存储器(402)用于放置系统启动的程序；随机存储器(403)作为执行程序的空间。
6、 根据权利要求1至5中任一所述的环境感知可重构的移动终端通信 处理器，其特征在于协议与感知处理单元(500)包括高级加密算法协处 理器(510)、介质访问控制协处理器(520)、介质独立桥接点(540)、介 质独立切换协处理器(550)和环境感知协处理器(560);高级加密算法协处理器(510)通过加密处理提高芯片的安全性，防止 时间攻击、能量攻击，特别是高级加密算法差分功耗攻击；介质访问控制协处理器(520)用于进行冲突管理，产生自动应答，可 编程的加解密处理和帧校验，并具有系统多周期定时器的功能；介质独立桥接点(540)用于在自组织网络中完成路由的功能；介质独立切换协处理器(550)用于在不同的网络环境下自主完成网络 的接入与切换功能而重新设立的一个管理层；环境感知协处理器(560)用于对于目标误比特率和给定信噪比选择 最大化数据传输速率的系统配置，通过选择调制机制减少能量花费。
7、根据权利要求6所述的环境感知可重构的移动终端通信处理器，其 特征在于介质访问控制协处理器(520)包括物理层接口 (521)、发射先入先出 缓存(528)、接收先入先出缓存(522)、功耗管理器(531)、冲突管理器 (529)、加密签名器(527)、解密认证器(523)、发射缓冲器(526)、接 收缓冲器(524)、随机数产生器(532)、多周期定时器(533)、微处理器 接口 (525);物理层接口 (521)用来做物理层与介质访问控制层的接口，它是冲突 管理器(529)、发射先入先出缓存(528)、接收先入先出缓存(522)与内 部总线的接口；发射先入先出缓存(528)用来实现物理层与介质访问控制层的同步， 它接收来自加密签名器(527)的数据，在冲突管理器(529)的控制下将 数据发送到物理层接口 (521);接收先入先出缓存(522)用来实现物理层与介质访问控制层的同步， 它接收来自物理层接口 (521)的数据，在冲突管理器(529)的控制下将 数据发送到解密认证器(523);功耗管理器(531)用于根据应用指定或者系统需要进行时钟门控，关 闭不工作的单元；冲突管理器(529)用于完成参数可选的冲突检测算法，实现信道访问，冲突避免；它接收来自微处理器(525)的数据并控制冲突管理器(529)、 加密签名器(527)、解密认证器(523)、发射缓冲器(526)、接收缓冲器 (524)、发射先入先出缓存(528)、接收先入先出缓存(522);加密签名器(527)接收来自发射缓冲器(526)的数据，分组加密操 作后发送到发射先入先出缓存(528);解密认证器(523)接收来自接收先入先出缓存(522)的数据，分组 解密操作后发送到接收缓冲器(524);发射缓冲器(526)接收来自微处理器接口 (525)的数据，实现微控 制器(600)与加密签名器(527)之间的同步，并将处理后的数据发送到 加密签名器(527);接收缓冲器(524)接收来自解密认证器(523)的数据，实现微控制 器(600)与解密认证器(523)之间的同步，并将处理后的数据发送到微 处理器接口 (525);随机数产生器(532)用于产生随机数，进行介质访问控制层数据的加密；多周期定时器(533)用于产生系统不同工作状态所需的多种分频时钟； '微处理器接口 (525)用于实现介质访问控制层与微控制器(600)的 连接。
专利摘要本实用新型公开了一种环境感知可重构的移动终端通信处理器，包括可重构物理层单元、时钟管理单元、定时控制单元、微控制器、存储器单元、协议与感知处理单元、总线桥接点、边界扫描接口、振荡器、电源管理电路、可重定义高速接口和总线桥接点。可重构物理层单元接收来自于外部的数据，根据振荡器提供的振荡频率，对数据进行自适应收发，经过调制解调后送入外部总线；处理后的数据被送入外部总线经该单元发送出去。本实用新型能够感知外部的环境并对调制解调方式以及射频放大器进行自适应调整，支持非异构/异构网络之间的通信，可以与广域网其他协议的芯片进行无缝通信，在处理器整体性能提高的基础上，减小了实现的代价。
文档编号H04L29/08GK201150078SQ20072008890
公开日2008年11月12日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年12月10日
发明者张科峰, 梦 蔡, 邹雪城 申请人:华中科技大学