用FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)HDLC(高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制)功能

　　interface模塊的主要功能是：DSP通過(guò)數(shù)據(jù)、地址總線和讀寫信號(hào)向FPGA讀寫并行數(shù)據(jù)。

　　在本例中數(shù)據(jù)總線的寬度取決于所使用的DSP的數(shù)據(jù)位。由于目前DSP處理器的多為64位或32位，而完成數(shù)據(jù)交互使用8位就夠了，因此這里采用8位的數(shù)據(jù)總線cpu_data[7..0]。地址總線包括譯碼選通發(fā)送FIFO和接收FIFO的寄存器地址，命令寄存器和狀態(tài)寄存器。

　　對(duì)于DSP來(lái)說(shuō)，FPGA可以看成是一個(gè)普通芯片，通過(guò)片選CS/、讀寫信號(hào)RD/和WR/，就可以選中FPGA并對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。

　　當(dāng)FPGA需要向DSP傳遞信息時(shí)，中斷信號(hào)輸出端interrupt/ 變?yōu)榈碗娖剑珼SP響應(yīng)后可到FPGA中的狀態(tài)寄存器去讀取詳細(xì)的中斷信息并做出相應(yīng)的處理。

　　FPGA數(shù)據(jù)發(fā)送模塊HDLC_Send

　　HDLC_Send模塊的主要功能是：對(duì)HDLC產(chǎn)生內(nèi)部數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘tx_clk;鎖存DSP寫入FIFO的發(fā)送數(shù)據(jù)并按指定時(shí)序啟動(dòng)發(fā)送;在發(fā)送數(shù)據(jù)段前加上7E起始標(biāo)志;對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)及CRC計(jì)算結(jié)果進(jìn)行插零操作并附上7E結(jié)束標(biāo)志把結(jié)果輸出(見圖1)。

　　txhdlc模塊由發(fā)送數(shù)據(jù)子模塊、標(biāo)志數(shù)據(jù)插零子模塊及“7E”發(fā)送等模塊組成。

　　HDLC的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘tx_clk由外部輸入時(shí)鐘分頻得到，能以高于比特發(fā)送的速度執(zhí)行對(duì)內(nèi)部操作。

　　待發(fā)送數(shù)據(jù)是由外DSP通過(guò)interface模塊寫入指定地址的緩沖存儲(chǔ)器的。在HDLC中，可以選用的緩沖存儲(chǔ)器類型有FIFO存儲(chǔ)器、DPRAM存儲(chǔ)器、移位寄存器等。在本設(shè)計(jì)中，發(fā)送數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)使用的FIFO存儲(chǔ)器。使用這種寄存器的優(yōu)點(diǎn)是：只對(duì)一個(gè)FIFO入口地址進(jìn)行操作，簡(jiǎn)化FPGA設(shè)計(jì)。DSP向FPGA寫完數(shù)據(jù)后，向狀態(tài)寄存器寫標(biāo)志，表示數(shù)據(jù)發(fā)完可以發(fā)送，

　　發(fā)送的數(shù)據(jù)CRC的計(jì)算結(jié)果附在數(shù)據(jù)后面，再經(jīng)插零后附上7E標(biāo)志就可輸出。發(fā)送數(shù)據(jù)子模塊監(jiān)視著每一個(gè)串行移出的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)5個(gè)連“1”時(shí)，就輸出控制信號(hào)1f_detect/ 暫停數(shù)據(jù)移位，此時(shí)子模塊zero_insert向數(shù)據(jù)流插入一個(gè)0比特。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，“7E”發(fā)送子模塊發(fā)出7E作為結(jié)束標(biāo)志，同時(shí)清除標(biāo)志位。

　　FGPA數(shù)據(jù)接收模塊HDLC_Receiver

　　HDLC_Receiver模塊的主要功能是：接收HDLC數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，并用時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù);在接收的數(shù)據(jù)流中檢測(cè)有無(wú)“7E”及本機(jī)地址標(biāo)志，如果有則接收數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)流中有“1F”信號(hào)，并后一個(gè)數(shù)據(jù)是“0”時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“刪零”操作;對(duì)經(jīng)“刪零”后的數(shù)據(jù)寫入收FIFO;收到尾“7E”后，置收標(biāo)志位，向interface模塊發(fā)出rx_data_ready信號(hào)，當(dāng)DSP通過(guò)中斷接收到結(jié)束標(biāo)志后，讀入數(shù)據(jù)，清標(biāo)志位，檢查CRC校驗(yàn)值是否正確。

　　rxhdlc模塊由接收數(shù)據(jù)子模塊rx_data、標(biāo)志檢測(cè)子模塊7e_detector、數(shù)據(jù)刪零子模塊zero_delete等組成。對(duì)比HDLC_receive模塊和HDLC_Send模塊，雖然兩者一些子模塊的功能是相逆的，但原理類似，不再重復(fù)說(shuō)明。在HDLC_Receiver模塊中采用了FIFO來(lái)作為HDLC接收數(shù)據(jù)緩存器，因此FPGA內(nèi)部收數(shù)據(jù)和DSP讀數(shù)據(jù)通過(guò)各自的讀寫口進(jìn)行。

　　FPGA中的接收超時(shí)判斷功能

　　當(dāng)由于意外情況在總線上出現(xiàn)不完整數(shù)據(jù)時(shí)，需對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行超時(shí)判斷，已防止在收到幀頭“7E”后長(zhǎng)時(shí)間未收到后續(xù)數(shù)據(jù)或尾“7E”時(shí)，死等數(shù)據(jù)，導(dǎo)致錯(cuò)判，使用的策略是：當(dāng)收到“7E”及本機(jī)地址后，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)時(shí)間長(zhǎng)于最長(zhǎng)幀一倍左右，如果從計(jì)時(shí)開始到計(jì)時(shí)結(jié)束未收到“7E”則判超時(shí)，重新接收數(shù)據(jù);而如果在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)收到“7E”則清零計(jì)數(shù)器，將數(shù)據(jù)存入收FIFO。

　　DSP軟件的內(nèi)容主要包括send模塊和receive模塊和CRC校驗(yàn)?zāi)K。

　　DSP功能

　　DSP中的功能主要分為HDLC接收，HDLC發(fā)送。

　　DSP中的HDLC接收

　　DSP從FPGA接收到完成收標(biāo)志后，接收數(shù)據(jù)，然后清FPGA標(biāo)志位，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)后解幀，根據(jù)數(shù)據(jù)幀內(nèi)容完成相關(guān)操作。

　　DSP中的HDLC發(fā)送

　　DSP將數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA，發(fā)送結(jié)束后，置FPGA發(fā)送完成標(biāo)志位。DSP完成收數(shù)后還要進(jìn)行CRC校驗(yàn)及解幀等操作，這就要根據(jù)具體的協(xié)議進(jìn)行。

　　具體實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)方法，已成功地實(shí)現(xiàn)了HDLC電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)輸入在Altera公司的Quartus 8.0版本及CCS 3.0的軟件平臺(tái)上進(jìn)行。首先考慮擬設(shè)計(jì)的電路需要多少內(nèi)部存儲(chǔ)器、工作速率多少、對(duì)外部處理器的接口有何要求等。根據(jù)這些考慮，以電路圖及DSP C語(yǔ)言結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入。對(duì)于時(shí)序電路，主要采用電路圖輸入的方法。

　　FPGA芯片選用的是Altera公司的ACEX 1K系列。該系列是Altera公司面向通信和消費(fèi)類數(shù)字產(chǎn)品推出的低功耗、高密度的高性能FPGA集成電路，具有可與ASIC相比擬的價(jià)位。DSP使用TI公司TMS320C5416，該芯片集成度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小可靠性高，價(jià)格低，可以裝入各種儀器儀表及控制裝置中，易于產(chǎn)品化。設(shè)計(jì)出的具有HDLC功能的FPGA芯片已應(yīng)用于導(dǎo)航設(shè)備樣機(jī)的有線通訊鏈路中，成功實(shí)現(xiàn)了雙向數(shù)據(jù)通信。

　　結(jié)語(yǔ)

　　基于軟件編程與FPGA來(lái)共同實(shí)現(xiàn)HDLC協(xié)議，方法靈活、速度快。適合于DSP+FPGA的數(shù)字硬件平臺(tái)的接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)后可靠有效。