基于NIOSⅡ的聲納主機與顯控臺之間的RS232通信協(xié)議

在聲納設備工作之前，操作員在顯控臺要完成開機與參數(shù)設置等動作。此時，開關等外圍設備會觸發(fā)處理器的中斷處理程序，完成參數(shù)設置和顯示。這些參數(shù)不僅要在顯控臺顯示，還得通過UART發(fā)送到主機（DSP），作為主機信號處理運算的某些參數(shù)。因為是通過串口發(fā)送，所以這些數(shù)據(jù)要進行適當?shù)姆指钆c編碼，并加上地址信息等。
在主機（DSP）接收到開始工作的指令后，主機會把處理過程中或者處理后的數(shù)據(jù)通過UART發(fā)送到顯控臺，方便操作員實時了解設備的工作狀態(tài)和工作結果。
3 在NIOSⅡIDE上實現(xiàn)串口通信協(xié)議
NIOSⅡIDE是ALTERA公司開發(fā)套件中用來進行嵌入式開發(fā)的平臺。所有軟件開發(fā)任務都可以在NIOSⅡIDE下完成，包括編輯、編譯和調試程序。它支持C/C++語言編程，可以根據(jù)SoPC建立的SoC，生成相應makefile，在編譯時，又可以根據(jù)makefile生成系統(tǒng)頭文件system.h，從而把軟硬件隔離開來[5]。
3.1 串口通信協(xié)議
在NIOSⅡIDE下用C語言開發(fā)通信協(xié)議較為方便。由于RS232每幀數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)位為8 bit，所以將unsigned char 作為協(xié)議中的基本數(shù)據(jù)類型。在庫文件中，這種數(shù)據(jù)類型被定義為alt_u8。指令的前4位為0，后4位為指令內容。數(shù)據(jù)前4位為數(shù)據(jù)的地址信息，后4位為數(shù)據(jù)內容。
顯控臺與主機所有通信數(shù)據(jù)和指令分為三種：(1)顯控臺處理器發(fā)送到主機(DSP)的指令，取值范圍為0x00～0x0f。典型的如0x00為開始工作指令，0x0f為停止工作指令，0x01~0x07為通信檢查指令。(2)顯控臺處理器發(fā)送到主機（DSP）的數(shù)據(jù)，取值范圍為0x1x～0xfx。典型的如0x9x和0xax，分別為多普勒頻移的低4位數(shù)據(jù)和高4位數(shù)據(jù)。(3)主機(DSP)發(fā)送到顯控臺處理器的數(shù)據(jù)，取值范圍為0x0x～0xfx。典型的如0x5x噪聲級別。
3.2 程序設計
根據(jù)以上分析，以聲納訓練靶為例，設計C語言程序?？驁D如圖4所示。

NIOSⅡ嵌入式編程可以直接調用ALTERA的庫函數(shù)進行操作。例如對PIO的操作函數(shù)：IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(寫IO函數(shù))，IOWR_
ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(讀IO函數(shù))。也可以構建硬件寄存器的結構，例如UART_ST這樣的結構，通過對結構實例化的操作，同樣可以方便地編程。本設計中結合了這兩種編程的優(yōu)勢，對于結構復雜，操作要求簡單的硬件，采用庫函數(shù)的操作方法，如Flash；對結構較為簡單、操作較為細化的硬件，采用寄存器結構化的操作方法，如UART。
本文利用FPGA芯片構建了聲納設備的顯示控制分機。基于ALTERA公司的 NIOSⅡ嵌入式處理器，建立了片上系統(tǒng)，實現(xiàn)了顯示控制分機和主機（DSP）之間的RS232通信協(xié)議。在以EP2C8Q208C為主芯片的FPGA開發(fā)板上，實現(xiàn)了硬件系統(tǒng)的構建和軟件編程以及下載。此顯示控制分機應用在一體化聲靶中，工作穩(wěn)定可靠。由于片上系統(tǒng)構建的靈活性，所以這種顯示控制方案在聲納設備中具有很好的可擴展性，便于維護和升級。
參考文獻
[1] 蔣均齊．魚雷聲靶技術研究[D]．長沙：國防科技大學，2006：8-9.
[2] 李金力，劉文怡，彭旭峰.基于FPGA的RS232異步串行口IP核設計[J].電子設計工程，2009，17(8)：31-35.
[3] Altera Corporation.Cyclone II Device Handbook[S].2007(1)：12-34.
[4] 張新喜，許軍，楊雨迎，等.基于SoPC技術的戰(zhàn)車綜合顯控終端設計[J].火力與指揮控制，2008，33(增刊)：109-112.
[5] 洪勝峰.基于嵌入式技術的軍用車輛車載顯控終端的研制[D].青島：中國海洋大學，2007：25-26.