LS碼及其FPGA的實現(xiàn)

2 LS碼在FPGA中的實現(xiàn)
和一般的FPGA開發(fā)過程一樣，LS碼在FPGA中的實現(xiàn)需要經(jīng)過可行性分析、算法驗證、設(shè)計輸入、仿真和下載測試幾個過程。針對某個軟件無線電平臺的要求，可以合理地設(shè)計碼速率和碼長，擴頻前的碼速率為64 Kb／s，C碼和S碼的長度都為16，擴頻后的碼速率為1．024 Mb／s。
2．1 LS碼的實現(xiàn)算法
為了提高FPGA的處理效率，采用查找表的形式，首先生成了長度為16的C碼和S碼，生成碼的算法是基于圖1的樹形結(jié)構(gòu)，C碼和S碼關(guān)系為：

式中：n為C碼和S碼每一位的位置編號，N為碼長。表1是所生成的長度為16，個數(shù)也為16的C碼。S碼可以根據(jù)式(1)求得，限于篇幅，這里不再單獨列出，實驗中只選取了表1中序號為1的一組C碼和相應(yīng)的S碼作為查找表使用。

2．2 設(shè)計輸入和仿真
FPGA的設(shè)計輸入有多種表達方式，最常用的是原理圖方式和HDL文本方式，這里采用的是混合輸入方式，首先采用Verilog HDL的文本輸入方式將算法做成模塊，然后再通過原理圖的方式定義連接和接口，這樣不僅使得邏輯描述性、可重用性和移植性強，而且使得接口描述和連接關(guān)系清晰、直觀。圖4是所設(shè)計的原理圖結(jié)構(gòu)，為了表示清楚，只截取了C碼的擴頻和解擴模塊，其中spread C_part是C碼的擴頻模塊，Baud_parr和serial_out模塊的輸出分別為并行輸出和串行輸出，這樣做的目的是為了方便之后其他算法功能模塊的輸入，如果后面要加入例如調(diào)制、波形成型之類的模塊，就可以方便地選擇并行輸入或者串行輸入，提高了設(shè)計的靈活性。receiveC_parr為C碼的并行解擴模塊，這里只考慮了對Baud_parr所輸出的并行數(shù)據(jù)進行解擴，這樣能提高接收端的處理效率。輸入端口SCLK為32．768 MHz的時鐘，輸出端口SERIAL C為seri al_out模塊的串行輸出，Cout為receiveCparr模塊的解擴輸出。
在設(shè)計中，spreadC_part模塊的擴頻輸出速率并不是所需的碼速率，而是經(jīng)過Baud_parr和serial_out模塊后再構(gòu)成所需的碼速率。

當(dāng)完成設(shè)計輸入后，就需要對所設(shè)計的算法進行時序仿真，驗證算法的正確性。圖5的時序圖是采用ModelSim對C碼的擴頻模塊spreadC_part、擴頻的并行輸出模塊Baud_parr、串行輸出模塊serial_out以及并行解擴模塊receiveC_parr所進行的仿真時序。如圖5所示，Baud16x是一個1．024 MHz的時鐘，INDATA是速率為64 Kb／s的輸入碼元、D C(15：0)為spreadC_part模塊輸出的擴頻數(shù)據(jù)。注意到此時的D_c(15：0)為總線結(jié)構(gòu)的16位數(shù)據(jù)，速率為Baud16x／8=128 Kb／s，在空閑時刻輸出的都是0，這個數(shù)據(jù)輸入到Baud_parr模塊和seriaI_out模塊。SC(15：0)和SERIAL_C分別對應(yīng)這兩個模塊的并行輸出和串行輸出?？梢钥闯鯯C(15：0)是16位總線數(shù)據(jù)，速率為1．024 Mb／s，SERIAL_C的串行數(shù)據(jù)速率也為1．024．Mb／s。Cout為將SC(15：0)的并行數(shù)據(jù)解擴后恢復(fù)出來的碼元，可以看出，Cout正確地恢復(fù)出了IN-DATA的碼元。