一種紅外解碼IP核在SoPC系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

紅外通信作為一種簡便的無線通信技術(shù)在電子設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。它的主要優(yōu)點(diǎn)是無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照;具有移動(dòng)通信設(shè)備所必需的體積小，功率低的特點(diǎn);傳輸速率適合家庭和辦公室使用的網(wǎng)絡(luò);信號無干擾，傳輸準(zhǔn)確度高;成本低廉。

SoPC技術(shù)是在可編程邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種靈活、高效的嵌入式系統(tǒng)解決方案。它將處理器、存儲器、I/O口、常用外設(shè)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的部件以IP核的形式集成到一片F(xiàn)PGA器件上，構(gòu)建成一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能。其中，IP核可理解為一段具有特定電路功能的硬件描述語言程序，該程序與集成電路工藝無關(guān)，可以移植到不同的半導(dǎo)體工藝中去生產(chǎn)集成電路芯片。因此，IP核的設(shè)計(jì)與復(fù)用是SoPC設(shè)計(jì)中解決設(shè)計(jì)層次、產(chǎn)品成本、設(shè)計(jì)周期和降低風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是SoPC設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。

本文提出一種紅外解碼IP核在SoPC系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)研究紅外系統(tǒng)的數(shù)據(jù)編碼和傳輸機(jī)制、紅外解碼電路的HDL設(shè)計(jì)、IP核的制作及在SoPC系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。

1 紅外通信原理與Avalon總線規(guī)范

1.1 紅外通信原理

本文采用的紅外接收部分的硬件電路由紅外發(fā)射芯片TC9012和紅外接收芯片DS338S組成。DS338S的輸出信號IR_out接入FPGA的GPIO，實(shí)現(xiàn)紅外解碼功能。硬件電路圖如圖1所示。

發(fā)射端TC9012發(fā)送的紅外數(shù)據(jù)幀的格式如圖2所示。

每幀含有32 b，包含2次8位用戶碼，8位數(shù)據(jù)碼和8位數(shù)據(jù)碼的反碼及最后位的同步位。其中，用戶碼是由硬件決定的，通過解碼用戶碼來識別控制單位是否有權(quán)控制設(shè)備。數(shù)據(jù)反碼是用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)碼是否正確的。引導(dǎo)碼由4.5 ms的載波和4.5 ms的載波關(guān)斷波形所構(gòu)成，作為用戶碼、數(shù)據(jù)碼以及他們的反碼的先導(dǎo)。TC9012采用PPM(Pulse Phase Modulation)脈沖相位調(diào)制方式完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。載波、同步位、位元‘0’和‘1’和引導(dǎo)碼的波形如圖3所示。由圖可知，載波頻率為38 kHz，占空比為1/3;同步位(SY)是標(biāo)志最后一位編碼“0”或“1”的標(biāo)識位，它只有0.56 ms的有載波信號構(gòu)成;位元0由0.56 ms的有載波部分和0.565 ms的空閑部分構(gòu)成;位元1由0.56 ms的有載波部分和1.69 ms的空閑部分構(gòu)成。

紅外接收端DS338S內(nèi)含高速高靈敏度PIN光電二極管和低功耗、高增益前置放大IC，采用外屏蔽，在紅外遙控系統(tǒng)中作為接收器使用。IR M-338S的輸入/輸出波形如圖4所示。

由圖可知，在進(jìn)行紅外解碼的時(shí)候，輸入信號是從IRM-338S接收管送出的信號，接收管的輸出信號與發(fā)射端的發(fā)射信號是倒相關(guān)系。

1.2 Avalon總線規(guī)范簡介

Avalon總線是Altera公司專門為SoPC推出的一套片內(nèi)總線系統(tǒng)，是SoPC解決方案中的核心部分。本設(shè)計(jì)采用的是Avalon-MM總線接口，該總線接口是內(nèi)存映射系統(tǒng)下用于主從設(shè)備之間通信的讀寫接口，采用主從式的傳輸方式，即由一個(gè)主控端外設(shè)發(fā)起并控制傳輸過程，而從屬端外設(shè)響應(yīng)經(jīng)由總線模塊發(fā)來的信號完成整個(gè)傳輸。Avalon-MM定義了一組接口信號和總線時(shí)序，具體的接口信號見表1。