專利名稱：一種支持pci接口的wlan網(wǎng)卡芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種支持PCI接口的無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network, WL認(rèn))網(wǎng)
卡芯片，尤其涉及一種硬件支持WEP、 TKIP、 AES、 WPI加密的WLAN網(wǎng)卡芯片。
背景技術(shù)：
在無線局域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，無線網(wǎng)卡設(shè)備和無線接入設(shè)備被廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)各領(lǐng)域， 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。而現(xiàn)今應(yīng)用于無線網(wǎng)卡設(shè)備的核心芯片，從芯片結(jié)構(gòu)上 看，絕大多數(shù)芯片采用SoC結(jié)構(gòu)，依賴于內(nèi)嵌的微控制器(Micro Controller)來完成數(shù)據(jù) 傳輸；從安全支持的角度看，多數(shù)芯片提供WPA (Wi-Fi Protgected Access)和IEEE802. lli 安全規(guī)范的硬件加密功能，支持WEP (Wired Equivalent Privacy)、 TKIP (Temporal Key Integrity Protocol)、 AES (Advanced Encryption Standard)^
采用SoC結(jié)構(gòu)的WLAN網(wǎng)卡芯片具有使用簡單、開發(fā)周期短的優(yōu)點，但亦具有在相同加工 工藝的情況下芯片成本高、無線網(wǎng)卡設(shè)備BOM成本高的弱點。由于芯片內(nèi)部采用微控制器， 為了使該微控制器工作，必須在片內(nèi)或片外設(shè)置適量的程序存儲器以存儲運行在該微控制器 上的程序代碼，對芯片來說，片內(nèi)存儲器將嚴(yán)重影響芯片的成本，程序代碼量越大，成本增 加越多；此外，網(wǎng)卡設(shè)備上電啟動時將會依賴于固化的啟動代碼， 一般而言，網(wǎng)卡設(shè)備的板 卡將會設(shè)置一定容量的非易失性存儲器存儲這樣的代碼，這種設(shè)置必然會增加板卡上器件的 數(shù)量，從而增加板級成本；最后，采用微處理器設(shè)計芯片將不得不考慮微處理器IP核本身的 成本。對于支持PCI接口的WLAN網(wǎng)卡芯片而言，考慮在片內(nèi)設(shè)計簡單的數(shù)據(jù)傳輸處理邏輯， 以替代傳統(tǒng)芯片結(jié)構(gòu)中微處理器從事的數(shù)據(jù)傳輸功能，具有很強的成本優(yōu)勢。
除了國際上的IEEE 802. lli和WPA安全標(biāo)準(zhǔn)之外，我國也提出了無線局域網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn) GB15629. 11，這是目前我國在這一領(lǐng)域惟一獲得批準(zhǔn)的協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)中包含了全新的WAPI(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure)安全機制，這禾中安全機制由WM (WLAN Authentication Infrastructure)禾口 WPI (WLAN Privacy Infrastructure)兩部分組成， WAI和ifPI分別實現(xiàn)對用戶身份的鑒別和對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加密。
WAPI是中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)比較好地解決了無線局域網(wǎng)的 安全問題。目前大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品所采用的都是IEEE802.U傳輸協(xié)議，該協(xié)議由Wi-Fi組 織制定和進行認(rèn)證，它們提供WPA和IEEE802. lli安全規(guī)范的加密功能。WAPI和IEEE802. 11 的主要區(qū)別在于安全加密技術(shù)的不同。無線局域網(wǎng)傳輸速度快、覆蓋范圍廣，這也使它在安全方面非常脆弱。因為數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中都曝露都空中，很容易被別有用心的人截取數(shù)據(jù) 包，雖然， 一些廠商都針對IEEE802. ll制定了一系列的安全解決方案，但總得來說并不盡人 意，而且其核心技術(shù)掌握在外國人手中，在安全方面成了政府和商業(yè)用戶使用WLAN的一大隱 患。WAPI是由我國有關(guān)部門掌握著加密的核心技術(shù)，其加密技術(shù)比IEEE802.il更為先進， 它采用國家密碼管理委員會辦公室批準(zhǔn)的公開密鑰體制的橢圓曲線密碼算法和秘密密鑰體制 的分組密碼算法，實現(xiàn)了設(shè)備的身份鑒別、鏈路驗證、訪問控制和用戶信息在無線傳輸狀態(tài) 下的加密保護。此外，WAPI從應(yīng)用模式上分為單點式和集中式兩種，可以徹底扭轉(zhuǎn)目前WLAN 采用多種安全機制并存且互不兼容的現(xiàn)狀，從根本上解決安全問題和兼容性問題。所以我國 強制性地要求相關(guān)商業(yè)機構(gòu)執(zhí)行WAPI標(biāo)準(zhǔn)能更有效地保護數(shù)據(jù)的安全。
我國是個經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品都擁有巨大的發(fā)展空間，尤其是高科技 產(chǎn)品。但是，在以前，我國在高科技產(chǎn)品方面喪失了很多的機會，由于極少有自主核心技術(shù) 和自己業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，造成了頗為被動的局面。在上述背景下，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 支持國家標(biāo)準(zhǔn)的WIJIN芯片產(chǎn)品對于維護國家安全、國家和杜會經(jīng)濟利益具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種支持PCI接口的無線局域網(wǎng)網(wǎng)卡芯片，此種芯片在安全機制上 不僅支持WPA和IEEE802. lli安全規(guī)范的加密功能，而且支持國家標(biāo)準(zhǔn)GB15629. 11包含的 WAPI安全機制，此外，通過采用命令處理狀態(tài)機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，從而降低芯片規(guī)模，并且 降低由該芯片構(gòu)成的網(wǎng)卡設(shè)備的板級成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn) 的
一種支持PCI接口的無線局域網(wǎng)網(wǎng)卡芯片由PCI橋接器(PCIBridge)、命令處理狀態(tài) 機(CMDFSM)、發(fā)送緩存(Tx—Buff)、接i]i緩存(Rx_Buff)、 802. 11 a/b/g/i MAC、 802. 11 a/b/g BBP、 AD/DA、時鐘和功耗管理(CLKG—PowerMngt)等模塊組成。其中，PCI橋接器在PCI總 線端可以作為PCI Initiator和Target,在片內(nèi)總線端可以作為Master和Slave;命令處理 狀態(tài)機負(fù)責(zé)處理802. 11 a/b/g/i MAC發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸命令；發(fā)送緩存尺寸為2560字節(jié)；接 收緩存尺寸為2306字節(jié)；802.11 a/b/g/i MAC為遵從IEEE802.il a/b/g/i協(xié)議族和 GB15629. 11標(biāo)準(zhǔn)的媒體訪問控制模塊；802. 11 a/b/g BBP為遵從IEEE802. 11 a/b/g協(xié)議的 物理層；AD/DA為10bit的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器時鐘和功耗管理模塊為芯片內(nèi)部邏輯提供時鐘 并對MAC和BBP模塊進行功耗管理。
本發(fā)明具有以下有益效果
1)技術(shù)優(yōu)勢采用自行實現(xiàn)的命令處理狀態(tài)機來實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)傳輸，不依賴于片內(nèi)微控制器，降低了芯片實現(xiàn)的技術(shù)門檻；
2) 安全優(yōu)勢相比于市面提供WPA和IEEE802. lli安全規(guī)范的芯片來說，本發(fā)明除 了提供這些芯片所具有的安全功能以外，還能夠提供無線局域網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)GB15629. 11 的加密功能，片內(nèi)硬件實現(xiàn)WPI，支持全新的WAPI安全機制。
3) 性能優(yōu)勢保密通信時數(shù)據(jù)傳送過程和加密過程并行執(zhí)行，且保證通信不被中斷， 使基于該芯片的網(wǎng)卡設(shè)備具有很高的吞吐率。
4) 成本優(yōu)勢在相同加工工藝的條件下，本發(fā)明不僅在芯片級保證了芯片規(guī)模具有
較強的競爭力，而且在板卡級也能夠保證很好的成本優(yōu)勢。


圖1是支持pci接口的無線局域網(wǎng)網(wǎng)卡芯片結(jié)構(gòu)圖。 圖2是802. 11 a/b/g/i MAC模塊結(jié)構(gòu)圖。 圖3是基于本發(fā)明的無線網(wǎng)卡示意圖。
圖4是總線Master讀操作流程(數(shù)據(jù)從主內(nèi)存流向802. 11 a/b/g/i MAC或Tx—Buff )。 圖5是總線Master寫操作流程(數(shù)據(jù)從802. 11 a/b/g/i MAC或Rx—Buff流向主內(nèi)存)。
具體實施例方式
如圖1所示，1一PCI橋接器、2—時鐘和功耗管理、3—命令處理狀態(tài)機、4一發(fā)送緩存、5 一接收緩存、6—802.11 a/b/g/i MAC (Medium Access Control) 、 7—模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、8 —802.11 a/b/g BBP (BaseBand Proccessor)。本發(fā)明的具體實施方式
是
1、在芯片中使用PCI橋接器來與主機系統(tǒng)進行通信。
從PCI橋接器與主機接口端來看，它可以作為PCIInitiator或Target，支持下列功能-
1) Memory Read禾卩Memory Write;
2) Memory Read Multiple;
3) Memory Read Line;
4) I/O Read和I/O Write;
5) Configuration Read禾卩Configuration Write;
從PCI橋接器與802.11 a/b/g/i MAC和命令處理狀態(tài)機的接口端來看，它可以作為片內(nèi)總線 的Master或Slave 。1) 當(dāng)主機系統(tǒng)通過PCI橋接器訪問802.11 a/b/g/iMAC時，PCI橋接器將通過其片內(nèi)總線 Master接口發(fā)起總線交易(Bus Transaction)，完成寄存器訪問操作；
2) 當(dāng)基于芯片的網(wǎng)卡欲發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，802.11 a/b/g/i MAC將會通過命令處理狀態(tài)機 發(fā)起片內(nèi)總線交易，PCI橋接器將通過其片內(nèi)總線Slave配合命令處理狀態(tài)機完成這個交易。
2、 時鐘和功耗管理模塊有兩個方面的作用， 一方面為芯片提供時鐘，另一方面以可編程 門控的方式為芯片提供功耗管理。
本發(fā)明有兩個時鐘源， 一個時鐘源來自PCI總線的總線時鐘，該時鐘供給PCI橋接器模塊， 時鐘頻率為33Mhz或66Mhz;另一個時鐘源來自無線網(wǎng)卡板級晶振，時鐘頻率為44Mhz，該時 鐘將會由片內(nèi)數(shù)字鎖相環(huán)倍頻至120Mhz，再經(jīng)分頻之后形成60Mhz和20Mhz的時鐘，供給 802.11 a/b/g/i MAC、 802.11 a/b/g BBP等模塊。
在PCI橋接器內(nèi)部，提供lbit寄存器，可以用來關(guān)閉片內(nèi)數(shù)字鎖相環(huán)或?qū)⑵渲糜赑owerDown 模式，片內(nèi)數(shù)字鎖相環(huán)關(guān)閉之后，本發(fā)明中除了PCI橋接器之外，其余電路均沒有時鐘供給， 通過這種方式，基于本發(fā)明的無線網(wǎng)卡達(dá)到節(jié)省功耗的目的。當(dāng)然，除了這種方式以外，本 發(fā)明還支持802. ll協(xié)議規(guī)定的功耗管理，以支持無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)能。
3、 命令處理狀態(tài)機位于MAC數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵路徑上，對于其他模塊的正常工作發(fā)揮著至 關(guān)重要的作用。盡管如此，該模塊的功能無外乎根據(jù)Tx一Ctrl和Rx一Ctrl模塊的要求從/往主內(nèi) 存讀取/寫入數(shù)據(jù)。具體說，該模塊根據(jù)Txj:trl和Rx—Ctrl模塊的指示，需要依次完成以下操 作
讀操作命令處理過程如圖4所示。圖4中，TxRd是判斷命令處理狀態(tài)機發(fā)起的命令是否為 發(fā)送讀操作，所謂讀操作，從本發(fā)明的角度看，是指從主機內(nèi)存讀取發(fā)送傳輸描述符和發(fā)送 幀數(shù)據(jù)。TxBD是存儲在主機內(nèi)存中的發(fā)送傳輸描述符。TKIP (Temporal Key Integrity Protocol)是指IEEE802. lli協(xié)議的臨時密鑰完整性協(xié)議。CCMP (Cipher-Block Chaining(CBC) with Message authentication code (MAC)] Protocol)是包裝了AES算法的 加密協(xié)議。EncryptType是本發(fā)明內(nèi)部設(shè)置的加密類型寄存器。TxPN和RxPN分別指存儲在主機 內(nèi)存的發(fā)送PN (Packet Number)和接收PN，對于接收PN，相對當(dāng)前正在處理的幀，是指被成 功解密的上一幀攜帶的PN信息。首先判斷操作類型，如果是讀操作，則需要繼續(xù)判斷哪一個模塊發(fā)起這個讀操作，如果 是Tx—Ctrl模塊，則總線Master在完成TxBD的讀取之后，需要根據(jù)TxBD中的TxFrraAddress域來 確定從何處讀取TxHdr，并執(zhí)行TxHdr和幀體的讀操作，待TxHdr讀取完畢之后，需要暫停讀操 作，轉(zhuǎn)而根據(jù)TxHdr和當(dāng)前MAC是否實現(xiàn)了加密以及實現(xiàn)了哪種類型的加密以判斷是否需要從 密鑰表中讀取密鑰和TxPN，如果必需讀取，則需要根據(jù)無線局域網(wǎng)成員索引表(Member Index Table)來確定從何處獲取密鑰以及獲取哪一套密鑰，在取得密鑰和PN之后，繼續(xù)將前面中斷 的讀操作；如果是Rx—Ctrl模塊發(fā)起了這個讀操作，則在讀取了RxBD之后，讀取密鑰和RxPN 即可。
寫操作命令處理過程如圖5所示。圖5中，TxWr是判斷命令處理狀態(tài)機發(fā)起的命令是否為 發(fā)送寫操作，所謂寫操作，從本發(fā)明的角度看，是指向主機內(nèi)存寫回發(fā)送傳輸描述符。RxBD 是存儲在主機內(nèi)存中的接收傳輸描述符。RxHdr和RxData是指需要寫往主機內(nèi)存的接收幀的幀 頭和幀體數(shù)據(jù)。
如果當(dāng)前操作由Tx—Ctrl模塊發(fā)起，則該模塊已經(jīng)完成了某個單播MPDU的發(fā)送過程且收到 正確的應(yīng)答、或若干次發(fā)送嘗試失敗、或完成某個組播MPDU的發(fā)送過程；如果當(dāng)前操作由 Rx一Ctrl引起，則表示該模塊收到某個MPDU且成功解密，需要將解密后的MPDU保存到主內(nèi)存。 如果是前者，則總線Master需要在寫回TxBD的狀態(tài)字段后，再根據(jù)TxHdr和當(dāng)前MAC是否實現(xiàn) 了加密以及實現(xiàn)了哪種類型的加密以判斷是否需要更新TxPN值；如果是后者，則總線Master 需要連續(xù)向內(nèi)存寫入RxBD的狀態(tài)字段，之后，總線Master需要根據(jù)RxBD中RxFrmAddress域的 值確定往何處寫入RxHdr和RxBuff中的幀體數(shù)據(jù)，并將RxHdr、以及接收緩存中的解密數(shù)據(jù)寫 回，再根據(jù)RxHdr和當(dāng)前MAC是否實現(xiàn)了加密以及實現(xiàn)了哪種類型的加密以判斷是否需要更新 RxPN值，如果必需更新，則需要根據(jù)無線局域網(wǎng)成員索引表來確定往何處更新。
上述操作過程采用硬件實現(xiàn)，其規(guī)模約2000等效邏輯門。
4、發(fā)送緩存和接收緩存。
本發(fā)明將幀內(nèi)容看作是一個相對獨立的對象，根據(jù)其不同字段的分時特性，將幀頭、初 始化向量和幀體分別進行存儲的結(jié)構(gòu)，即，幀頭設(shè)置30字節(jié)的寄存器堆(發(fā)送和接收各一個， 發(fā)送時為TxHdr，接收時為RxHdr)，初始化向量保存在Tx/RxPN (發(fā)送和接收的初始化向量存儲在相同的寄存器Tx/RxPN)中，幀體以T^Buff或Rx—Buff的形式進行存放(發(fā)送時存在 Tx—Buff，接收時存在Rx—Buff)。
Tx—Buff和Rx—Buff用來存儲幀體，依據(jù)802. ll協(xié)議，幀體數(shù)據(jù)不超過2306字節(jié)，因此， 這兩個緩存的尺寸應(yīng)不少于2306字節(jié)。Tx一Buff除了用來存儲幀體，還用來存儲信標(biāo)幀幀體， 依據(jù)IEEE802. 11 a/b/g/i協(xié)議族和GB15629. ll標(biāo)準(zhǔn)，信標(biāo)幀幀體不超過256字節(jié)。為滿足上述 需求，Tx—Buff設(shè)置為2560字節(jié)，Rx—Buff設(shè)置為2306字節(jié)。
為降低芯片面積，Tx—Buff和Rx—Buff在設(shè)計上考慮采用單口RAM。
5、 802. 11 a/b/g/i MAC由成員索引表、RF控制單元、基帶和AFE控制單元、寄存器文件、 發(fā)送幀幀頭存儲單元、接收幀幀頭存儲單元、硬加密模塊、發(fā)送控制模塊、接收控制模塊、 FCS (Frame Check Sequence)校驗?zāi)K組成，其結(jié)構(gòu)圖參見圖2。圖2中，9一成員索引表、 IO—RF控制單元、ll一基帶和AFE控制單元、12—寄存器文件、13—發(fā)送幀幀頭存儲單元、14 一接收幀幀頭存儲單元、15—硬加密模塊、16—發(fā)送控制模塊、17—接收控制模塊、18—FCS (Frame Check Sequence)校驗?zāi)K。
1) 成員索引表假定與基于本發(fā)明的設(shè)備進行通信的STA (站點)都存在特定的加/解密密 碼，而且由該密碼組成的密碼表維護在主存儲器中，MAC硬件依據(jù)對等STA的MAC地址和KeyID
(密鑰標(biāo)識號)對該密碼表進行索引。成員索引表實現(xiàn)了一個MAC地址索引表?；诒景l(fā)明的 設(shè)備得到與之通信的對等STA的MAC地址以后，通過地址匹配得到與對等STA相對應(yīng)的密碼索 引，然后根據(jù)這個索引得到指向該密碼的指針。取回密碼時，Tx—Ctrl或Rx—Ctrl根據(jù)這個指 針向總線Master發(fā)出訪存指示，總線Master在得到密碼以后將會通過特定的信號給予應(yīng)答。
2) RF控制單元依據(jù)PCI橋接器的傳遞過來的指令生成RF芯片的SPI接口控制信號的時序邏 輯，SPI接口服從SPI規(guī)范。
3) 基帶和AFE控制單元依據(jù)PCI橋接器傳遞過來的指令對BBP和AD/DA進行管理，包括對BBP 的控制條件的寫入和狀態(tài)信息的讀出、對AD/DA工作狀態(tài)進行控制。
4) 寄存器文件維護了MAC硬件模塊中需要用到的控制、狀態(tài)、操作統(tǒng)計寄存器。本發(fā)明為 了寄存器編址的統(tǒng)一性和異步處理的簡潔性，考慮將下文提到的Tx—BD、 Rx—BD、 Tx—Hdr、 Rx—Hdr、成員索引表、TxPN、 RxPN等內(nèi)容與功能寄存器一起統(tǒng)一編址，這樣，這些寄存器既 可以被總線Slave訪問，也可以被總線Master訪問。5) 發(fā)送幀幀頭存儲單元Tx一Hdr，通過總線Master模塊從BD指向的緩存內(nèi)取得MPDU的幀頭 部分存放在這個位置。
6) 接收幀幀頭存儲單元，從BBP接收到的MPDU的幀頭部分存放在這個位置。
7) 硬加密模塊包括WEP模i央、WPI模塊、CCMP模塊，是本發(fā)明在安全上特有的支持，上述 WEP、 WPI、 CCMP也是本發(fā)明安全結(jié)構(gòu)的核心。WEP模塊封裝了RC4算法。為了支持IEEE 802. lli 協(xié)議的TKIP， WEP模塊需要增加密鑰混合功能，以便生成WEP種子，工作在TKIP加密模式下的 RC4算法就是使用這種臨時的WEP種子來生成密碼流的。WPI模塊封裝了SMS4分組力n/解密算法， 遵從GB15629. ll標(biāo)準(zhǔn)。CCMP模塊封裝了AES加密算法。Tx—Buff和Rx—Buff在加密前分別存儲著 加密和解密的對象、在加密后分別存儲加密了的密文和解密了的明文；為了能夠?qū)咏饷軐?象進行加解密操作，需要密鑰和初始化向量，這些密鑰或初始化向量存儲在片外內(nèi)存的密鑰 表中，讀取密鑰使用了指向密鑰的指針，即指向單播密鑰表的指針(UKeyTableAddr)和指向 組播密鑰表的指針(MKeyTableAddr);此外，為了能夠確定Tx—Buff和Rx—Buff中的數(shù)據(jù)是否 需要加解密、加解密的類型以及需要使用的密鑰類型，本結(jié)構(gòu)設(shè)置了EncryptType、 TxHdr、 RxHdr寄存器。
8) 發(fā)送控制模塊在發(fā)送的數(shù)據(jù)關(guān)鍵路徑上發(fā)揮協(xié)調(diào)與控制功能，內(nèi)含Beacon幀發(fā)送、AT頂 幀發(fā)送、非Beacon非ATIM的管理幀發(fā)送、控制幀發(fā)送、數(shù)據(jù)幀發(fā)送等控制模塊，此外，退避 功能也在該模塊中完成。是否加密、如何加密由管理幀發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)幀發(fā)送模塊確定。
9) 接收控制模塊用來實現(xiàn)協(xié)議規(guī)定的同步功能、信道評估、以及接收過程中的差錯控制。 該模塊對于幀類型作出解析，如果是控制幀，則判斷是否是RTS和Ps-Poll，否則將正確接收 的信號傳遞到Tx一Ctrl模塊；如果是Beacon幀，則由專門的模塊加以解析；如果是其他管理幀 或數(shù)據(jù)幀，則分離其幀頭和幀體，幀頭存放在寄存器中，幀體存放在Rx—Buff中。該模塊還決 定是否對接收到的數(shù)據(jù)幀進行解密，并操縱解密的流程。
10) FCS校驗?zāi)K，對于發(fā)送幀，對Tx—Ctrl處理后送往BBP的字節(jié)數(shù)據(jù)進行校驗；對于接 收幀，對BBP送往Rx—Ctrl的字節(jié)數(shù)據(jù)進行校驗。兩種情況下的校驗均用CRC32算法的并行實現(xiàn) 方法進行。
6、并行處理本發(fā)明在不同情況下分別啟動其它功能子模塊對其進行并行處理。對于發(fā)送幀，在 Tx—Buff對應(yīng)的幀體被加密以及相應(yīng)的幀頭被修改的過程中，在加密過程結(jié)束之前，Tx—Ctrl 可以允許已經(jīng)加密的數(shù)據(jù)和已經(jīng)修改的幀頭被BBP取出進行發(fā)送處理。對于接收幀，在接收幀 幀頭被BBP填充好以后，Rx一Ctrl可以啟動WEP或WPI模塊對其進行解密，在解密過程結(jié)束時， Rx—Ctrl可以根據(jù)解密結(jié)果和FCS校驗結(jié)果確定是否將接收到的內(nèi)容傳送到主內(nèi)存，如果確定 上傳，則啟動總線Master將解密完畢的MSDU傳送到內(nèi)存。這樣可以做到三個環(huán)節(jié)的并行處理， 以提高芯片的工作效率。
1)發(fā)送過程的流水和并行操作。
為提高發(fā)送過程效率，本發(fā)明遵循如下規(guī)則
A) 總線Master數(shù)據(jù)讀取過程不依賴于退避規(guī)程。只要發(fā)送允許、且當(dāng)前Tx—Ctrl空 閑(即，當(dāng)前幀發(fā)送成功或系統(tǒng)初次允許發(fā)送)，則Tx—Ctrl便指示總線Master 讀取下一幀的TxBD及其描述的MSDU。
B) 在取得當(dāng)前幀幀頭之后，Txj:trl方可進入退避規(guī)程，參與信道競爭。
C) 取回幀頭后，Tx—Ctrl就可以判斷當(dāng)前幀是否需要加密。如果需要加密，則取得 密鑰后就可以啟動加密過程。
D) 在上述過程正在進行的過程中，只要退避成功即可允許BBP開始發(fā)送數(shù)據(jù)。
E) 在發(fā)送FCS時，需要判斷當(dāng)前幀或當(dāng)前分段是否從內(nèi)存中成功讀取，如果沒有取 至IJ，則在發(fā)送FCS時，需要有意制造FCS校驗錯誤，以便讓接收方或網(wǎng)內(nèi)其他STA 認(rèn)為當(dāng)前幀沒有發(fā)送成功。(注意如果當(dāng)前幀支持保密通信，該原則是多余的， 因為在當(dāng)前幀沒有準(zhǔn)備完整時，BBP將會按照固定的步調(diào)將不完整的幀發(fā)送給接 收方，而接收方將會將這個不完整的幀當(dāng)作加密幀處理，盡管FCS校驗是正確的， 但是完整性校驗必然錯誤；但是，對于非保密通信而言，由于沒有完整性校驗， 接收方則會誤認(rèn)為FCS校驗正確而將其作為正確的幀予以接納，在這種情況下， 上述考慮是必需的)。
第1個原則保證了物理媒體上相鄰兩幀之間的DIFS時間內(nèi)，在參與退避之前能夠從內(nèi)存取 得下一幀的Tx—BD及其描述的MSDU的部分或全部內(nèi)容，以便為DIFS計時結(jié)束時能夠參與退避準(zhǔn) 備條件，該條件是至少取得MSDU的幀頭。能夠以此作為參與退避的條件，其根本原因在于已經(jīng)得到的信息能夠提供幀類型和Duration，這就可以在取得物理媒體的使用權(quán)時，能夠讓 網(wǎng)絡(luò)中的其他STA更新各自的NAV、能夠讓目的STA確定接收的幀類型及是否需要解密。如果在 發(fā)送FCS時，由于PCI總線擁塞，造成了幀或分段沒有讀取過程延緩，甚至沒有成功，則第5 個原則保證了MAC協(xié)議級的正確傳輸。這就從MAC協(xié)議級保證了最大限度地、可靠地競爭有限 的物理信道的使用權(quán)，從而使本STA具備良好的性能。
按照上述5個原則來進行發(fā)送保證了三種操作的并行執(zhí)行數(shù)據(jù)搬移過程與加密過程的并 行、加密過程與數(shù)據(jù)發(fā)送過程的并行、以及數(shù)據(jù)搬移過程與數(shù)據(jù)發(fā)送過程的并行。
2)發(fā)送過程中的數(shù)據(jù)斷流故障處理
對于需要發(fā)送的幀，在Tx一Ctrl模塊得到發(fā)送啟動的指示后，首先將需要發(fā)送的幀從內(nèi)存 取到Tx—Buff中， 一旦幀頭取回，便可以通過退避機制競爭信道，退避成功即可發(fā)送數(shù)據(jù)，而 無需等到所有內(nèi)容取回。原因在于協(xié)議支持重試。即使本次發(fā)送不成功，那么，只要Affi總線 不死鎖，那么在重試最大的次數(shù)沒有超過之前，總線Master總可以把所有內(nèi)容取回。
上面采用的發(fā)送策略存在一定的風(fēng)險在PCI總線擁塞的時候，有可能出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，如 果某個MSDU讀取的過程中出現(xiàn)這種擁塞，而信道競爭獲得成功，此時，BBP將會勻速從Tx—Buff 中取出數(shù)據(jù)發(fā)送到物理媒體，而不管總線Master是否能在下一個階段將需要發(fā)送的另一部分 數(shù)據(jù)成功地從內(nèi)存搬移到Tx—Buff。本文稱這種風(fēng)險為斷流故障。
為了避免這種風(fēng)險，本發(fā)明考慮在上述斷流故障發(fā)生時有意制造一個FCS校驗錯誤。也就 是在故障發(fā)生時，BBP發(fā)送FCS域時，MAC不提供真實的FCS校驗結(jié)果，而給出一個錯誤的值， 如全零值。對于接收方而言，在收到這種帶有錯誤FCS校驗結(jié)果的幀后，將會丟棄這個幀，且 不回應(yīng)ACK。在ACK超時時間過后，MAC將會考慮重傳剛剛發(fā)送的幀。如果在重傳次數(shù)達(dá)到重傳 上限，那么，MAC將會通過中斷向系統(tǒng)報錯。
基于本發(fā)明的網(wǎng)卡設(shè)備如圖3所示，其中，19—電源轉(zhuǎn)換芯片、20—串行EEPR0M芯片、21 一基于本發(fā)明的ASIC芯片、22—RF芯片。從圖3中可以看出，以本發(fā)明為核心設(shè)計無線網(wǎng)卡， 僅需在板卡上設(shè)置電源芯片、串行EEPROM (容量256字節(jié))、RF芯片，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
以上公開的僅為本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的 技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種支持PCI接口的WLAN網(wǎng)卡芯片，其特征在于，芯片由PCI橋接器、時鐘和功耗管理、命令處理狀態(tài)機、發(fā)送緩存、接收緩存、802.11a/b/g/i MAC、AD/DA、802.11a/b/gBBP等模塊組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種支持PCI接口的WLAN網(wǎng)卡芯片，其特征在于，所述802. 11 a/b/g/i MAC模塊為硬件支持WEP、 TKIP、 AES、 WPI加密。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種支持PCI接口的WLAN網(wǎng)卡芯片，其特征在于保密通信 時數(shù)據(jù)傳送過程和加密過程并行執(zhí)行，且保證通信不被中斷。
4、如權(quán)利要求1所述的一種支持PCI接口的WLAN網(wǎng)卡芯片，其特征在于，所述命令處 理狀態(tài)機為純邏輯實現(xiàn)，不依賴于微控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持PCI接口的WLAN網(wǎng)卡芯片，由PCI橋接器(PCI Bridge)、時鐘和功耗管理(CLKG_PowerMngt)、命令處理狀態(tài)機(CMD FSM)、發(fā)送緩存(Tx_Buff)、接收緩存(Rx_Buff)、802.11 a/b/g/i MAC、AD/DA、802.11 a/b/g BBP等模塊組成，具有芯片裸片面積小、功耗低、性能高、兼容性和可靠性好、安全協(xié)議支持全面等優(yōu)勢；基于該發(fā)明而建立的無線局域網(wǎng)可以為家庭用戶、政府用戶提供高度安全的保密通信服務(wù)。
文檔編號H04L12/02GK101465740SQ200710303729
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者梅張雄 申請人:北京中電華大電子設(shè)計有限責(zé)任公司