基于FPGA的無(wú)線通信收發(fā)模塊設(shè)計(jì)方案

圖 二：基于FPGA的摩爾斯碼收發(fā)模塊內(nèi)部組成框圖

　　該處理系統(tǒng)的主要功能模塊有：

　　核心控制模塊
　　總線控制模塊
　　可編程中斷處理模塊
　　可編程并行I/O接口（P0、P1、P2、P3）
　　可編程串行接口單元（SIU）
　　可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器0～3（Timer0~Timer3）
　　可編程摩爾斯碼異步收發(fā)模塊
　　中斷處理模塊有4個(gè)外中斷源（int0~int3）和6個(gè)內(nèi)中斷源（TF0~TF3、T1/R1、mT1/mR1），SIU是系統(tǒng)的通用串行接口，它有4種工作模式，工作模式1～3是通用串行異步接收發(fā)送USART（Universal Serial Asynchronous Receiver/Transmitter）工作方式。當(dāng)SIU工作于工作模式1或3時(shí)，Timer1是其波特率發(fā)生器。

　　4 仿真與驗(yàn)證

　　設(shè)計(jì)的驗(yàn)證包括功能仿真、時(shí)序仿真和電路驗(yàn)證。仿真驗(yàn)證往往是借助第3方提供的EDA開發(fā)工具軟件包或?qū)Ｓ梅抡婀ぞ哕浖?lái)實(shí)現(xiàn)的。電路驗(yàn)證還需要開發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)于系統(tǒng)級(jí)芯片驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)艱巨而不能回避的任務(wù)。

　　本文選用的是Altera公司的MaxPlusII作EDA開發(fā)工具，MaxPlusII編譯器支持功能仿真（前仿真）和時(shí)序仿真（后仿真）。完成源代碼（VHDL）設(shè)計(jì)輸入之后，若要進(jìn)行功能仿真，則在MaxplusII/Compile下，通過(guò)選擇Processing菜單下的Functional SNF Extractor命令，打開功能仿真器網(wǎng)表文件（SNF）提取器，再進(jìn)行編譯仿真；若要進(jìn)行定時(shí)模擬（時(shí)序）仿真，則須在MaxPlusII/Compile下，選擇Processing菜單中的Timing SNF Extractor命令，打開定時(shí)模擬器網(wǎng)表文件提取器來(lái)進(jìn)行編譯仿真。

　　電路驗(yàn)證就是器件編程測(cè)試過(guò)程。對(duì)于常規(guī)的芯片設(shè)計(jì)，時(shí)序仿真結(jié)束后，仿真軟件就可以產(chǎn)生供器件編程使用的數(shù)據(jù)文件。對(duì)EPLD/CPLD來(lái)說(shuō)，是產(chǎn)生熔絲圖文件，即JED文件，對(duì)于FPGA來(lái)說(shuō)，是產(chǎn)生位流數(shù)據(jù)文件（Bitstream Generation），然后將編程數(shù)據(jù)下載到對(duì)應(yīng)的具體可編程器件中去，然后對(duì)其進(jìn)行實(shí)際環(huán)境的電路測(cè)試。

　　本文選擇CLK頻率為25MHZ，波特率為25M/16＝1562500bps。當(dāng)發(fā)送字符‘7’，執(zhí)行發(fā)送命令后，將啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送的進(jìn)程，將字符‘7’的ASCLL碼值送入ASCLL碼發(fā)送緩存器，通過(guò)MaxPlusII的Simulator仿真器，進(jìn)行時(shí)序仿真驗(yàn)證，研究結(jié)果如圖三所示。從圖中可看出，串行信號(hào)端子輸出的“2長(zhǎng)劃”，“3點(diǎn)”，經(jīng)查表對(duì)應(yīng)的就是摩爾斯數(shù)字‘7’，證明數(shù)據(jù)發(fā)送是正確的。另外當(dāng)數(shù)據(jù)輸出結(jié)束后，立刻置高電平，即產(chǎn)生中斷信號(hào)mTI,字符‘7’的發(fā)送用時(shí)大約10us。

圖 三：仿真驗(yàn)證數(shù)據(jù)

　　5 創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)

　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種基于FPGA的無(wú)線通信收發(fā)模塊，并以當(dāng)今海事通信中占重要地位的摩爾斯電碼為例，研究了摩爾斯電碼的數(shù)字化編碼方法，并通過(guò)大量的分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)仿真，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA處理摩爾斯電碼的收發(fā)模塊，仿真結(jié)果也驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的摩爾斯電碼數(shù)字化編碼方法正確可行，工作運(yùn)行可靠。