基于fpga的流水線型多用戶數(shù)據(jù)流接收裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境下多用戶數(shù)據(jù)流的接收處理。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今，基于802.11協(xié)議的無(wú)線局域網(wǎng)已經(jīng)滲透在我們生活的每個(gè)角落，在家庭、辦公場(chǎng)所、公共場(chǎng)合為我們提供了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接方式。從1997年開始發(fā)展和普及的五代WLAN 標(biāo)準(zhǔn)(801.11,802.1lb,802.1 la/g ,802.11η, 802.1 lac)中，每一代都在大幅度的提升網(wǎng)絡(luò)速率。但是在多接入點(diǎn)多客戶端的密集調(diào)度場(chǎng)景下，現(xiàn)有的WLAN協(xié)議由于MAC效率太低不能被直接使用。下一代WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.1lax將大幅度提升MAC層的協(xié)議效率和有效的用戶數(shù)據(jù)吞吐率，為了達(dá)到這一目的，將引入新的物理層、MAC層技術(shù)，如0FDMA、uplink/downlink MU-MIMO(MultipIe user ΜΙΜΟ)、信道聚合(channel bonding)等。本發(fā)明將以流水線的方式對(duì)物理層在同一時(shí)間接收上來(lái)的多個(gè)用戶的聚合幀進(jìn)行接收和解析，解決了下一代無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議中同時(shí)接收和處理多用戶數(shù)據(jù)流的問題，同時(shí)避免了采用多套接收機(jī)分別接收各用戶時(shí)造成的大量硬件資源的消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于FPGA的流水線型多用戶數(shù)據(jù)流接收裝置，解決下一代無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議中同時(shí)接收和處理多用戶數(shù)據(jù)流的問題，從而提升系統(tǒng)的用戶容量和數(shù)據(jù)吞吐率。
[0004]本發(fā)明的基于FPGA的流水線型多用戶數(shù)據(jù)流接收裝置主要包括調(diào)度模塊I和幀處理模塊2。
[0005]所述的調(diào)度模塊I包括用戶幀處理狀態(tài)機(jī)模塊1.1、幀處理使能控制模塊1.2和預(yù)約表模塊1.3。其中，用戶幀處理狀態(tài)機(jī)模塊1.1表示在某一時(shí)刻用戶正在哪個(gè)功能塊處理數(shù)據(jù);幀處理使能控制模塊1.2輸出各個(gè)用戶對(duì)每個(gè)功能塊的使能信號(hào)，當(dāng)某一個(gè)流水功能塊使能控制模塊同時(shí)接收到了多個(gè)用戶處理請(qǐng)求，該模塊下的狀態(tài)機(jī)就會(huì)根據(jù)用戶ID按照從小到大的順序輪詢處理，依次輸出該模塊控制下流水功能塊的用戶使能信號(hào);預(yù)約表模塊1.3用于控制幀處理狀態(tài)機(jī)的跳轉(zhuǎn)順序。
[0006]所述的幀處理模塊2包括流水線處理模塊2.1和并行處理模塊2.2。其中，流水線處理模塊2.1用于幀預(yù)處理和幀頭、幀尾的處理，共包含7級(jí)流水處理功能塊2.1.1?2.1.7，流水處理功能塊2.1.1?2.1.7的處理時(shí)間相等，均為兩個(gè)時(shí)鐘周期，流水處理功能塊2.1.1、
2.1.2、2.1.4、2.1.5處理兩個(gè)周期的數(shù)據(jù)，流水處理功能塊2.1.6,2.1.7處理一個(gè)周期的數(shù)據(jù)，流水處理功能塊2.1.3根據(jù)具體的幀類型決定處理一個(gè)周期還是兩個(gè)周期的數(shù)據(jù);并行處理模塊2.2包括數(shù)據(jù)幀幀體處理模塊2.2.1、管理幀幀體處理模塊2.2.2、控制幀幀體處理模塊2.2.3和循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(Cyclic Redundancy Check)處理模塊2.2.4，每個(gè)并行處理功能塊處理的時(shí)鐘周期根據(jù)幀長(zhǎng)確定。
[0007]本發(fā)明還提供基于FPGA的流水線型多用戶數(shù)據(jù)流接收裝置的使用方法，具體方法步驟如下:
[0008]步驟1:調(diào)度模塊I檢測(cè)各個(gè)用戶的緩存中是否有數(shù)據(jù)，如果多個(gè)用戶有數(shù)據(jù)，那么每個(gè)用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至功能塊2.1.1處理狀態(tài)，此時(shí)，每個(gè)用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)同時(shí)向幀處理使能控制模塊I.2發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)幀處理使能控制模塊1.2同時(shí)接收到多個(gè)用戶請(qǐng)求時(shí)，會(huì)根據(jù)用戶ID按照從小到大的順序依次對(duì)功能塊2.2.1發(fā)出各用戶的數(shù)據(jù)接收和處理使能；如果只有一個(gè)用戶有數(shù)據(jù)，則幀處理使能控制模塊1.2對(duì)功能塊2.1.1只發(fā)出該用戶數(shù)據(jù)接收和處理使能，各用戶數(shù)據(jù)進(jìn)入功能塊2.1.1后進(jìn)行幀的預(yù)處理，即解析幀間隔符Delimiter，如果解析到Delimiter是正確的，即061;[111；^61'前1613；[1:數(shù)據(jù)的0^8校驗(yàn)結(jié)果與Delimiter中CRC字段中的數(shù)據(jù)相等且接收到的特征簽名字段正確，則從Delimiter字段中提取表征需要接收和處理的802.11幀的幀長(zhǎng)Length信息，設(shè)置預(yù)約表標(biāo)識(shí)為有效，并跳轉(zhuǎn)到步驟2，否則繼續(xù)步驟I的操作；
[0009]步驟2:各用戶進(jìn)入等待完整的一幀到來(lái)狀態(tài)，并根據(jù)步驟I中得到的幀長(zhǎng)信息，檢測(cè)各自緩存的數(shù)據(jù)是否到達(dá)一幀的長(zhǎng)度，如果緩存區(qū)已經(jīng)存夠一幀則跳轉(zhuǎn)到步驟3，否則繼續(xù)進(jìn)行步驟2的操作；
[0010]步驟3:如果多個(gè)用戶同時(shí)緩存夠完整的一幀數(shù)據(jù)，各用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至功能塊2.1.2處理狀態(tài)，每個(gè)用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)向幀處理使能控制模塊1.2發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，幀處理使能控制模塊1.2按照“用戶先到先處理，同時(shí)到達(dá)則按照ID從小到大順序處理”的原則對(duì)功能塊2.1.2發(fā)出數(shù)據(jù)接收和處理使能，模塊1.2接收第I個(gè)周期的數(shù)據(jù)后進(jìn)行幀類型字段和網(wǎng)絡(luò)配置矢量NAV(Network Allocat1n Vector)值的提取，并將第2個(gè)周期接收到的數(shù)據(jù)與接收端中本地地址寄存器的前32bit數(shù)據(jù)相比較，如果接收數(shù)據(jù)與本地地址前32bit不匹配，設(shè)置預(yù)約表標(biāo)識(shí)為無(wú)效，處理完成后跳轉(zhuǎn)到步驟4;
[0011]步驟4:各用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至預(yù)約表模塊1.3處理狀態(tài)，每個(gè)用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)向幀處理使能控制模塊1.2發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，幀處理使能控制模塊將按照“用戶先到先處理，同時(shí)到達(dá)則按照ID從小到大順序處理”的原則對(duì)模塊1.3發(fā)出數(shù)據(jù)接收和處理使能，各用戶依次進(jìn)入模塊1.3，模塊1.3中包含對(duì)應(yīng)于每個(gè)用戶的預(yù)約表，該表中記錄著每種802.11幀要進(jìn)入哪些處理功能塊接收處理數(shù)據(jù)以及在這些功能塊中接收和處理數(shù)據(jù)的時(shí)間，各用戶根據(jù)步驟I解析出的幀長(zhǎng)度和步驟3解析出的幀類型信息，以查找表的方式對(duì)每個(gè)用戶的模塊處理狀態(tài)寄存器SI以及接收處理時(shí)間寄存器S2進(jìn)行配置，其中，模塊處理狀態(tài)寄存器SI共8位，每一位分別對(duì)應(yīng)功能塊2.1.3?2.1.7和功能塊2.2.1?2.2.3，當(dāng)SI某一位為I時(shí)表示需要進(jìn)入該位對(duì)應(yīng)的功能塊處理數(shù)據(jù)，為O時(shí)表示跳過(guò)該位對(duì)應(yīng)的功能塊，接收處理時(shí)間寄存器S2保存著功能塊2.1.3、功能塊2.2.1、功能塊2.2.2和功能塊2.2.3中接收數(shù)據(jù)的時(shí)鐘周期和處理數(shù)據(jù)的時(shí)鐘周期信息；
[0012]步驟5:各用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)根據(jù)寄存器SI的值跳轉(zhuǎn)至功能塊2.1.3處理狀態(tài)，每個(gè)用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)向幀處理使能控制模塊1.2發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，幀處理使能控制模塊將按照“用戶先到先處理，同時(shí)到達(dá)則按照ID從小到大順序處理”的原則依次處理各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)，由于功能塊2.1.3的接收數(shù)據(jù)使能周期數(shù)不確定，各用戶需要根據(jù)各自對(duì)應(yīng)預(yù)約表中接收處理時(shí)間寄存器S2中的信息，依次輸出功能塊2.1.3的接收數(shù)據(jù)使能和處理數(shù)據(jù)使能信號(hào)，功能塊2.1.3在接收到第I個(gè)周期的數(shù)據(jù)后，對(duì)接收的前16bit與接收端中本地地址寄存器的后16bit數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果兩者不相等則設(shè)置預(yù)約表模塊1.3標(biāo)識(shí)為無(wú)效，如果接收數(shù)據(jù)使能信號(hào)維持2個(gè)周期數(shù)，那么緩存接收的后48bit數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)之前加入8bit用戶ID信息，否則不緩存該模塊處理的后續(xù)數(shù)據(jù)，完成后跳轉(zhuǎn)到步驟6;
[0013]步驟6:各用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)根據(jù)寄存器SI的信息進(jìn)入各自對(duì)應(yīng)的下一個(gè)處理幀的狀態(tài)，每個(gè)用戶的幀處理狀態(tài)機(jī)向幀處理使能控制模塊1.2發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，如果當(dāng)前處理狀態(tài)屬于流水線功能塊2.1，幀處理使能控制模塊1.2根據(jù)“用戶先到先處理，同時(shí)到達(dá)則按照ID從小到大順序處理”的原則輸出對(duì)應(yīng)的功能塊的接收數(shù)據(jù)使能和處理數(shù)據(jù)使能信號(hào)，并在得到的數(shù)據(jù)之前加上Sbit用戶ID信息，若該模塊屬于并行處理功能塊2.2，幀處理使能控制模塊1.2將根據(jù)寄存器S2中的信息，并行輸出對(duì)應(yīng)功能塊的接收數(shù)據(jù)使能和處理數(shù)據(jù)使能信號(hào)，各用戶將同時(shí)處理各自的數(shù)據(jù)，在各用戶控制處理模塊使能時(shí)，首先查看預(yù)約表標(biāo)識(shí)，如果有效，那么同時(shí)輸出FIF0(Firs