用于局域网唤醒的以太网物理层上的媒体存取控制过滤

摘要

为了改善装置的局域网唤醒WOL功能性，可在所述装置的以太网物理层ePHY块(308)中实施媒体存取控制MAC地址过滤功能(306)。当所述ePHY(308)检测到WOL帧时，所述ePHY(308)中的MAC过滤功能(306)可执行与所述装置(300)相关联的MAC地址与所述WOL帧中含有的MAC地址之间的地址比较。在所述ePHY(308)内执行所述MAC地址比较允许例如主SOC(302)的主系统组件及其它组件保持在待机模式(或睡眠模式)中，直到已确定MAC地址匹配为止。因此，所述主系统组件不需要在每次所述装置(300)接收到WOL帧时重新启动，仅在系统的MAC地址与检测到的WOL包中含有的MAC地址之间存在匹配时才重新启动。

说明书

技术领域

本发明大体上涉及计算机网络连接，且更特定来说，本发明涉及以太网物理层(PHY) 上的媒体存取控制(MAC)过滤的设计。

背景技术

用于连接计算机与外部外围装置的各种接口标准在现今被广泛使用，每一标准旨在 以高速度提供简单连接性。此类标准的实例包含IEEE(电气及电子工程师协会)1394标准 (也称为火线)及通用串行总线(USB)，两者皆为高速串行总线协议。用于在局域网(LAN) 及广域网(WAN)中连接计算机的最广泛使用的网络连接标准为以太网协议。更特定来 说，以太网为IEEE802.3系列标准，其最初基于带冲突检测的载波侦听多址访问 (CSMA／CD)方法，所述方法提供用于两个或两个以上计算机站共享共同布线系统的方 法。CSMA／CD已形成以太网系统的基础，所述系统实现兆位范围内的传送速度(即，M 位／秒范围)。最近的基于交换的及／或基于路由器的以太网系统能够支持G位／秒范围内 的传送速率。以太网在保持低成本的同时，通常有效利用共享的资源，通常易于重新配 置及维护，且提供跨越许多制造商及系统的兼容性。

以太网经由在媒体存取控制(MAC)／数据链路层处的网络存取且经由共同寻址格式 而定义用于物理层(PHY)的若干配线及信号传输标准。在PHY上，以太网允用装置通常 通过传输数据包来通信，所述数据包包括经个别发送及递送的数据块。与其它IEEE802 LAN一样，每一以太网站具有单个48位MAC地址，所述地址用以指定每一数据包的 目的地以及来源。MAC数据通信协议子层为在七层OSI(开放系统互连)模型中指定的数 据链路层的子层(层2)，且用作逻辑链路控制(LLC)子层与网络的物理层之间的接口。所 述子层仿真多点网络中的全双工逻辑通信信道，以提供寻址及信道存取控制机制，所述 机制使得若干终端机或网络节点有可能在多点网络(通常为LAN或WAN)内通信。

局域网唤醒(WOL)为基于以太网的计算机网络连接标准，所述标准经开发以经由网 络包接通或唤醒计算机。唤醒包通常由在同一LAN上的另一计算机上执行的程序进行 传输。在唤醒的计算机正经由Wi-Fi通信时，使用称为无线LAN唤醒(WoWLAN)的补充 标准来远程唤醒计算机。WOL及WoWLAN标准通常由供应商补充，以提供协议透明按 需服务。通常在计算机母板(例如，在BIOS中)及网络接口(固件)上实施WOL支持，且 因此WOL支持独立于操作系统。然而，一些操作系统可经由硬件驱动程序控制WOL 行为。具有支持WOL的嵌入式以太网控制器的母板不需要电缆连接，但如果网络接口 为插入式卡而非母板上的集成式特征，那么插入式卡可能需要由电缆连接到母板。

WOL通过传输为了唤醒计算机的目的而唯一定义的称为“魔术包(magic packet)” 的特殊包来实施。魔术包含有目的计算机的MAC地址，监听计算机可识别所述MAC 地址以辨识出魔术包经寻址到所述地址。在接收到魔术包并辨识出MAC地址之后，目 的计算机即起始系统唤醒。在数据链路层上发送魔术包，并使用网络广播地址将其广播 到所有网络接口控制器(NIC)，所述网络接口控制器(NIC)可为单独接口卡或可内建于母 板上。因此，WOL特征独立于平台。为了使WOL适当地工作，需要网络接口电路的至 少某些部分保持接通以检测魔术包，从而消耗备用功率。如果不需要WOL，那么在关 闭计算机但保持计算机插入电源时，停用WOL可稍微降低功率消耗。

魔术包通常为含有六字节的广播帧，所有字节在其有效负载内任何地方皆具有为 255的值(十六进制为FFFFFFFFFFFF)，随后为目标计算机的48位MAC地址的十六次 重复。由于魔术包仅被扫描以获得上述字符串，而不由全协议堆叠来剖析，所以可将魔 术包作为任何网络层及传送层协议来发送。通常将魔术包作为UDP数据报发送到端口7 或端口9，但所述魔术包可将可用端口中的任一端口作为目标。标准魔术包需要目的计 算机MAC地址，所述包不提供递送确认，所述包不可在LAN外工作，且所述包可能需 要目的计算机上的WOL的硬件支持，这是因为WOL实施设计简单且希望用于以最小 的功率要求由NIC电路快速处理。由于WOL在协议层下操作，所以需要MAC地址， 且不可使用IP地址及／或DNS名称来执行WOL。

在将此类现有技术与本文描述的本发明进行比较之后，与此现有技术有关的其它相 应问题对于所属领域的技术人员来说将变得显而易见。

发明内容

在一组实施例中，为了改善局域网唤醒(WOL)功能性，可在以太网物理层(ePHY)上 (例如，在10／100ePHY上)实施媒体存取控制(MAC)地址过滤功能。ePHY上的过滤功能 执行识别给定计算机的MAC地址与传输到LAN连接架构(例如，以太网网络连接)上的 魔术包中含有的传入MAC地址之间的MAC地址比较。举例来说，可将计算机内的芯 片上系统(SoC)上的MAC地址与传入的WOL包帧中含有的MAC地址进行匹配。在 ePHY内执行MAC地址比较允许例如主SOC的主系统组件及其它组件保持在待机模式 (或睡眠模式)中，直到已确定MAC地址匹配为止。因此，不需要每次在装置接收到WOL 帧时重新启动主系统组件，而仅在系统的MAC地址与检测到的WOL包内含有的MAC 地址之间存在匹配时才重新启动主系统组件。

在一组实施例中，网络接口控制器(NIC)上的ePHY内的内部寄存器可存储识别 SOC(或计算机)的MAC地址。在系统启动期间，SOC可将其MAC地址写入到NIC的 ePHY上的内部寄存器中。主SOC及所有外围大规模集成(LSI)电路可进入待机模式(除 了NIC的ePHY之外)，所述模式可保持接通以等待WOL包帧由ePHY接收。ePHY可 检测包帧，并执行MAC地址比较以确定是否存在匹配。当MAC地址与存储在ePHY 的内部寄存器中的MAC地址匹配时，ePHY可产生中断(INT)信号到外部启动处理单元 (例如，外部启动CPU)，以开始启动系统。因为在MAC地址匹配的情况下，ePHY已经 确认WOL是用于给定SOC(或计算机)，因此SOC(计算机)可在无需识别及匹配接收到 的MAC地址的情况下继续进行及重新启动，且如果ePHY已确定魔术包中的MAC地 址不匹配与SOC相关联的MAC地址，那么SOC可保持在待机模式中。

在一些实施例中，具有装置地址的装置可包含一个或一个以上主要装置组件，所述 主要装置组件经配置以在被命令进入低功率模式时进入低功率模式，且所述装置也可包 含网络连接物理层(PHY)块以将所述装置耦合到网络。即使在所述装置的一个或一个以 上主要组件处于低功率模式中时，PHY也可在网络上检测包括目标地址的第一包，其中 所述第一包希望唤醒与所述目标地址相关联的目标装置。所述装置的一个或一个以上主 要组件可包含SOC，所述SOC包含MAC块，其中所述装置地址为MAC地址。PHY块 可为以太网PHY块，所述块包含MAC过滤器模块以比较目标地址与装置地址。PHY 可比较目标地址与装置地址，且在一个或一个以上主要装置组件处于低功率模式中且比 较指示目标地址匹配装置地址的情况下起始命令一个或一个以上主要装置组件退出低 功率模式的过程。

附图说明

通过结合附图阅读时参照以下详细描述，可更加完整地理解本发明的上述以及其它 目标、特征及优点。

图1展示耦合具有局域网(LAN)唤醒(WOL)能力的多个装置的局域网的一个实施例 的高阶系统图；

图2展示可执行WOL功能的计算机的一个实施例的功能框图；

图3展示可在无需在接收到魔术包时唤醒主系统的情况下执行WOL功能的计算机 的一个实施例的功能框图；

图4展示说明在接收到WOL包帧时图2中示范的装置的操作的流程图；

图5展示说明在接收到WOL包帧时图3中示范的装置的操作的流程图；以及

图6展示突出在以太网物理层(ePHY)中执行媒体存取控制(MAC)地址过滤的益处的 表。

虽然本发明易具有各种修改及替代形式，但本发明的特定实施例在图式中作为实例 展示，且所述特定实施例将在本文进行详细描述。然而，应理解，本发明的图式及详细 描述并不希望将本发明限于所揭示的特定形式，而是相反，本发明将涵盖属于由所附权 利要求书界定的本发明的精神及范围内的所有修改、等效物及替代物。请注意，标题仅 用于组织目的，且并不希望用以限制或解释所述描述或权利要求书。另外，请注意，在 本申请案全文中以许可意义(即，有可能、能够)而非强制意义(即，必须)使用词“可”。 术语“包含”及其派生词意味“包含，但不限于”。术语“耦合”意味“直接或间接连 接”。

具体实施方式

局域网唤醒(WOL)为在系统待机期间用于功率节省的数字电视(DTV)、数码录像机 (DVR)、打印机及其它消费型电子(CE)产品中的强制功能。如本文所使用，系统待机模 式或睡眠模式指代任何低功率模式，装置在被命令进入低功率模式时可进入所述低功率 模式，以节约能量及功率。此外，系统待机或装置待机指代系统／装置的主系统块及／或 相关联组件驻留于低功率模式中，同时系统／装置内的选定(但极少)组件可保持操作。举 例来说，当除了以太网物理层(ePHY)块及／或次要(启动)处理单元之外，打印机内的所有 组件皆驻留于低功率模式时，可认为所述打印机处于完全睡眠模式中。

通常，WOL使得能够在待机模式中使主芯片上系统(SOC)及其它外围大规模集成 (LSI)电路及计算机中的其它组件或其它与LAN相连的装置断电，仅需要对网络接口控 制器(NIC)(例如，以太网控制器)经供电并监视WOL包的以太网连接，所述连接可起始 对处于待机模式中的系统的部分的重新启动。图1展示建立于基于以太网的网络连接102 及连接到网络连接102的装置周围的LAN100的一个实施例。所连接的装置可包含个人 计算机104、网络路由器106、打印机108、数字电视(DTV)110及蓝光／DVD播放器112。 为了说明的目的展示LAN100，且在替代实施例中，可将较少或额外装置连接到网络连 接102。此外，网络连接102也可为无线连接或WiFi连接，或为适于将若干装置一起连 接到网络或LAN中的任何连接。

为了启用LAN100中的装置中的WOL功能性，支持WOL功能性的每一装置可包 含媒体存取控制(MAC)地址块及物理(PHY)块，以用于检测在网络连接102上作为WOL 传输的部分而传输的魔术包、辨识所述魔术包并确定WOL指令希望用于哪个装置。举 例来说，个人计算机104可产生希望唤醒打印机108的魔术包并将所述包传输到网络连 接102上。打印机108内的PHY块可执行WOL包帧的检测，且打印机108内的MAC 块可执行地址比较以确定其MAC地址与传入的WOL包中的MAC地址是否相同。一旦 MAC地址已匹配，打印机108即可继续进行以从睡眠模式唤醒。

MAC块通常可集成到所连接的装置／计算机的主SOC或处理块中。因此，所述装置 中的主SOC可能需要在接收到魔术包时唤醒，或者从待机模式重新启动以便检测WOL， 并将其MAC地址与WOL包中含有的MAC地址进行比较，以确定所述魔术包希望用于 哪个装置。虽然WOL特征希望允许主SOC进入睡眠模式以节省功率，但SOC在支持 WOL的情况下不能一直保持在睡眠模式中。更特定来说，每当将魔术包传输到LAN网 络连接102时，每一装置中的主SOC需要退出睡眠模式以确认所述包，且进行MAC地 址比较。应注意，虽然本文明确论述的实施例提及装置内的SOC，但是SOC通常意指 给定装置内的主电路及／或系统电路。换句话说，SOC可指代SOC或在母板上与其它电 路组合的SOC或者在不使用时(即，在未被唤醒时)驻留于降低功率模式(例如，睡眠模 式)的任何其它主要系统电路。

如上文所提及，在连接到网络连接102且支持WOL的装置中的每一装置内的以太 网物理层(ePHY)接收到魔术包时，所述装置需要辨识及处理魔术包。换句话说，在所述 装置内的ePHY接收到魔术包时，不管所述魔术包目标在于所附接装置中的哪一装置， 每一装置内的相应SOC皆需要唤醒。解决此问题的一种可能方法为通过并入与主SOC 分离(即，与系统的主CPU分离)的启动CPU，具有中断(INT)接脚，以及经由此中断接 脚发信号到所述启动CPU以向所述启动CPU通知所述ePHY已接收到WOL包帧。图2 中展示此类装置的一个实施例的部分框图。

图2中所示的装置200可表示耦合到网络连接102的装置中的任一装置，如图1中 所示。装置200可经由RJ45连接器210耦合到网络连接102，RJ45连接器210经由磁 性耦合208与ePHY层206介接。ePHY层与主SOC202内的MAC层204介接。在检 测到从(例如)网络连接102接收到的魔术包时，ePHY层可经由启动CPU212的INT接 脚将中断传输到启动CPU212。在检测到中断时，启动CPU212可命令主SOC202执行 MAC地址比较，以确定传入的魔术包是否含有识别装置200的MAC层204中的MAC 地址，所述MAC地址将指示WOL希望用于装置200。如果传入的包帧中的MAC地址 与MAC层204中的MAC地址匹配，那么SOC202可保持在操作模式中。如果传入的 包帧中的MAC地址与MAC层204中的MAC地址不匹配，那么SOC202可进入待机 模式，且可最终返回到睡眠模式，而ePHY206保持在唤醒状态中(即，在操作模式中)。

上文描述的解决方法仅为了使MAC204中的MAC地址与所接收到的魔术包中含有 的MAC地址匹配的目的而不仅需要用于主SOC202的启动序列，而且需要整个装置通 电。举例来说，如果装置200表示图1中的DTV102，那么整个DTV102可能需要通电 以仅执行MAC地址比较。每当DTV102内的ePHY层检测到WOL帧(即，其接收并检 测到魔术包)时，DTV102必须唤醒以在确认WOL是否确实希望用于DTV102之前检查 WOL帧。此外，如果MAC地址比较指示WOL希望用于另一装置，那么DTV102必须 断电且再次进入待机／睡眠模式。这可能导致DTV102频繁地唤醒及断电以进行WOL检 测，从而除了将额外软件要求强加于DTV102之外，还导致了额外功率消耗。

为了减轻上文描述的问题中的一些问题，可在ePHY层206中包含MAC过滤功能， 以执行SOC202内的MAC层204中的MAC地址与传入的WOL包帧中含有的MAC地 址之间的MAC地址比较。图3中展示此类装置的一个实施例的部分框图。图3中所示 的装置200可表示耦合到网络连接102的装置中的任一装置，如图1中所示。装置300 可经由RJ45连接器312耦合到网络连接102，RJ45连接器312经由磁性耦合310与ePHY 层308介接。ePHY层308与主SOC302内的MAC层304介接。如图3中所示，ePHY 层308可将SOC的MAC地址存储在MAC过滤块(MFB)306内的内部寄存器中。在系 统启动期间，SOC302可将其MAC地址写入到ePHY层308内部的MFB306内的内部 寄存器中。除了ePHY308之外，装置300内的主SOC302及所有外围LSI电路可进入 待机模式(或睡眠模式)，ePHY308可保持操作以检测WOL包帧或魔术包。在检测到从(例 如)网络连接102接收到的魔术包时，ePHY308内部的MFB306可执行MAC地址比较， 且如果魔术包中的MAC地址与MFB306中存储的MAC地址匹配，那么可仅产生中断 到启动CPU314。因此，将命令装置300中的主SOC302及外围LSI电路仅在ePHY308 已确认通过检测到的魔术包传输的WOL希望用于装置300的情况下才唤醒。

图2中装置200所示范的装置在接收到WOL包帧(或魔术包)时的操作可通过图4 中的流程图400中所示的序列来表征。装置内的ePHY块(例如，ePHY206)可检测魔术 包或WOL帧402。在检测到WOL帧时，ePHY块断定(assert)中断信号到启动CPU404。 响应于接收到中断请求，启动CPU(例如，启动CPU212)命令主SOC(例如，主SOC202) 自身重新启动，且因此也重新启动可存储在主SOC内的固件406。主SOC(及固件)随后 重新启动408，且主SOC中的MAC块执行MAC地址比较410。如果所述比较指示主 SOC的MAC地址与WOL帧中的MAC地址匹配(412的“是”分支)，那么执行系统范 围重新启动，且整个系统进入操作模式414。另一方面，如果比较指示主SOC的MAC 地址与WOL帧中的MAC地址不匹配(412的“否”分支)，那么主SOC返回到待机(睡 眠)模式416。

相比之下，图3中装置300所示范的装置在接收到WOL包帧(或魔术包)时的操作 可通过图5中的流程图500中所示的序列来表征。在初始系统启动期间，主SOC(例如， 主SOC302)将其MAC地址写入ePHY块内部的寄存器中502。装置内的ePHY块(例如， ePHY308)可检测魔术包或WOL帧504。在检测到WOL帧时，ePhy块中的MAC过滤 块(例如，MFB306)执行MAC地址比较506。如果所述比较指示主SOC的MAC地址与 WOL帧中的MAC地址匹配(508的“是”分支)，那么ePHY块断定中断信号到启动CPU 510。响应于接收到中断请求，启动CPU(例如，启动CPU314)命令主SOC执行系统启 动序列512。随后执行系统启动序列514，且系统现在处于操作模式中，如由WOL帧所 命令。另一方面，如果所述比较指示主SOC的MAC地址与WOL帧中的MAC地址不 匹配(508的“否”分支)，那么主SOC及大多数系统组件保持在待机(睡眠)模式中516。

图6中的表600概括图4及5中所说明的分别与装置200及装置300相关联的操作 模式之间的差异。如表600中所见，图5中所示的序列提供避免系统／装置频繁重新启动 的有效方法。此外，图5中所说明的操作在每次由装置检测到WOL帧／包时需要较少步 骤。此外，图1中所示的整个系统100可受益于装置104-112根据流程图500所说明的 操作而执行WOL。举例来说，用户可从计算机104向网络连接的打印机108起始打印 作业。计算机104因而可产生WOL包帧以唤醒打印机108并执行打印作业。计算机104 随后可将含有打印机108的MAC地址的WOL包传输到以太网连接102上。装置106-112 在接收到WOL包帧时皆可能处于待机／睡眠模式中。数字电视(DTV)110内的ePHY可检 测WOL包，且执行MAC地址比较。因为MAC地址不匹配，所以DTV110可保持在 全睡眠模式中。蓝光／DVD播放器112内的ePHY也可检测WOL包，且执行MAC地址 比较。因为MAC地址不匹配，所以蓝光／DVD播放器112也可保持在全睡眠模式中。最 终，打印机108内的ePHY也可检测WOL包，且执行MAC地址比较。因为在此情况 下MAC地址匹配，所以ePHY可起始打印机108的启动，这可启动及／或退出睡眠／待机 模式，并执行打印作业。还应注意，如先前所提及，例如机顶盒、数码录像机、视频游 戏控制台或任何其它可网络连接的装置的额外装置也可耦合到基于以太网的网络102。 此外，其它计算机也可耦合到网络连接102，经配置以类似于其它装置而进入待机模式， 其中根据本文描述的操作原理，一个附接的计算机可试图通过WOL包而唤醒另一附接 的计算机。

鉴于此描述，本发明的各种方面的其它修改及替代实施例对于所属领域的技术人员 来说将会显而易见。因此，将此描述解释为仅为说明性的且用于教示所属领域的技术人 员关于执行本发明的一股方式的目的。应理解，本文展示及描述的本发明的形式是用作 实施例。可用元件及材料来代替本文所说明及描述的那些元件及材料，且可颠倒部件及 过程，且可独立使用本发明的某些特征，在所属领域的技术人员受益于本发明的此描述 之后，所有这些对于所属领域的技术人员将为显而易见。在不偏离所附权利要求书中描 述的本发明的精神及范围的情况下，可对本文描述的元件进行改变。