基于PCI總線的HDLC通信卡的設計與實現(xiàn)

3.2 HDLC通信模塊實現(xiàn)

HDLC的標準幀格式如表1所示，但HDLC也有由用戶定義的非標準幀格式，常用于點對點的通信中。在非標準格式中，地址段、控制段、CRC段是可選的。本通信卡主要用于點對點通信，且采用簡化的HDLC協(xié)議，即省略地址段、控制段、CRC段。其中CRC校驗功能由上位機軟件實現(xiàn)。

HDLC是面向位的，在待傳數(shù)據(jù)中出現(xiàn)與標志字一樣的數(shù)據(jù)時，如果不進行處理，就會被誤認為是幀邊界。為了避免此錯誤，HDLC規(guī)定采用“零比特填充法”使一幀中兩個字段之間不會出現(xiàn)6個連續(xù)1。具體做法是：發(fā)送數(shù)據(jù)時，先進行幀數(shù)據(jù)掃描，只要發(fā)現(xiàn)有連續(xù)的5個1，則立即插入一個0，以此保證數(shù)據(jù)中不會出現(xiàn)連續(xù)6個1；接收數(shù)據(jù)時，先找到3E字段以確定幀的邊界，接著對其后的比特流進行掃描，每發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)1就將其后的0刪除，以此保證所傳比特流中不出現(xiàn)幀標志，直到幀尾標志出現(xiàn)，從而實現(xiàn)HDLC在鏈路層的“透明傳輸”，保證發(fā)送端可以發(fā)送任意組合的比特流信息，而接收端都能準確無誤地接收到。

FPGA中實現(xiàn)的簡化HDLC模塊總體框圖如圖3所示。讀寫FIFO采用Ahera公司的LPM功能模塊實現(xiàn)，大。小可根據(jù)需要設置，本通信卡設為512x32 bit。發(fā)送數(shù)據(jù)舅時，寫FIFO接收Pc數(shù)據(jù)(總線寬度為32 bit)，首先進行曼并串轉(zhuǎn)換，再進行插“O”操作，最后插入標志字按位發(fā)送出去，輸出數(shù)據(jù)Tx和輸出時鐘Tx_Clk保持同步，整個過程由發(fā)送控制狀態(tài)機進行控制。接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)過程相反，由接收控制狀態(tài)機進行控制。其中輸入、輸出時鐘可以設置為68 kHz或者768 kHz。

發(fā)送控制狀態(tài)機和接收控制狀態(tài)機分別如圖4、圖5所示。發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送狀態(tài)機首先判斷寫FIFO是否有數(shù)據(jù)，若有數(shù)據(jù)，則插入幀頭，依次讀取FIFO數(shù)據(jù)，完成插“0”操作和插幀尾操作，并按照從低到高的順序發(fā)送數(shù)據(jù)，直至寫FIFO為空。接收數(shù)據(jù)時，首先搜索幀頭，為了防止接收到連續(xù)兩個標志字而把后一個標志字誤認為是數(shù)據(jù)，設置搜索數(shù)據(jù)狀態(tài)(Data_find)，若不是標志字，則作為數(shù)據(jù)進行去“0”操作，完成串并轉(zhuǎn)換和幀尾檢測，并將接收到的數(shù)據(jù)以32 bit為單位，逐次寫入讀FIFO中。當一幀傳輸結(jié)束，采用中斷信號通知上位機及時讀取數(shù)據(jù)。一旦檢測到丟棄序列(0x7F)，則結(jié)束對此幀數(shù)據(jù)的處理，并清空讀FIFO里的數(shù)據(jù)，同時上報PC機錯誤信息，請求發(fā)送方重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.3 功能時序圖

圖6、圖7分別給出了利用Quartus II的在線邏輯分析儀SignalTap II獲取的PCI寫數(shù)據(jù)、HDLC數(shù)據(jù)發(fā)送和HDLC接收、PCI讀數(shù)據(jù)的時序波形圖。從圖中可以看到，HDLC模塊正確實現(xiàn)了插“O”和去“0”操作，并能與PCI9054進行正確的數(shù)據(jù)收發(fā)。

本文采用PCI總線控制器PCI9054和FPGA技術設計實現(xiàn)了一款符合簡化HDLC協(xié)議的通信卡，并已成功應用于實際工作中。實際應用表明收發(fā)數(shù)據(jù)正確，可以滿足高速數(shù)據(jù)通信要求。同時，該通信卡設計中預留了一定的擴展空間，能夠根據(jù)需要進行功能拓展。本通信卡可應用于信號處理、數(shù)據(jù)通信等場合，對PCI總線應用設計有一定的參考價值。

實驗結(jié)果表明，基于ARM9和CPLD硬件平臺，在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)等速跟蹤、位置定點和正弦跟蹤等功能，滿足控制實時性要求，可實現(xiàn)伺服控制。系統(tǒng)體積小、成本低、功耗小、接口豐富、便于開發(fā)，且Linux系統(tǒng)具有很好的文件管理功能，有助于實驗數(shù)據(jù)的存儲和導出，便于實驗結(jié)果分析。系統(tǒng)進一步完善后可將控制程序設計成圖形界面，利用觸摸屏輸入和顯示伺服控制結(jié)果，則可實現(xiàn)控制結(jié)果實時顯示，可視化效果好，整個系統(tǒng)可脫離計算機工作，具有廣泛的應用價值。