一種基于FPGA+ARM架構(gòu)HDLC協(xié)議控制器設(shè)計(jì)

　　在發(fā)送端，接收到ARM啟動(dòng)發(fā)送指令后，發(fā)送相應(yīng)個(gè)數(shù)幀頭0x7E，然后將數(shù)據(jù)從發(fā)送FIFO中取出，進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，在根據(jù)設(shè)置的時(shí)鐘TCLK的下降沿，逐位發(fā)送數(shù)據(jù)到Tx線路上，并且在連續(xù)發(fā)送了5個(gè)比特“1”后，自動(dòng)插入比特“0”，發(fā)送結(jié)束后發(fā)送相應(yīng)個(gè)數(shù)幀尾0x7E，結(jié)束該次發(fā)送。發(fā)送幀狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示。

　　2.3 HDLC數(shù)據(jù)處理單元

　　HDLC數(shù)據(jù)處理單元主要完成信息的幀的CRC校驗(yàn)和打包解包任務(wù)，其處理芯片采用意法半導(dǎo)體的STM32F103系列ARM芯片，該芯片具有開發(fā)簡單靈活，成本較低的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)處理單元對(duì)數(shù)據(jù)的處理同樣包括接收和發(fā)送兩部分，以接收為例，具體工作流程圖如圖5所示。

　　當(dāng)進(jìn)入接收中斷進(jìn)程時(shí)，首先讀空接收FIFO，其中最后兩次讀出的數(shù)據(jù)為該幀信息的CRC校驗(yàn)碼，利用該校驗(yàn)碼進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)采用CRC-16-CCITT標(biāo)準(zhǔn)，生成r取值為16，其生成多項(xiàng)式為：C(x)=x16+x12+x2+1傳統(tǒng)CRC校驗(yàn)是對(duì)消息逐位處理，對(duì)于ARM來說，這樣效率是很低的。為了提高時(shí)間效率，通常的思想是以空間換時(shí)間。考慮到內(nèi)循環(huán)只與當(dāng)前的消息字節(jié)和crc_reg的低字節(jié)有關(guān)，針對(duì)crc_reg低字節(jié)建立數(shù)表進(jìn)行查詢相應(yīng)的CRC校驗(yàn)碼，最終循環(huán)完畢如果沒有差錯(cuò)發(fā)生則結(jié)果應(yīng)為0。

　　發(fā)送單元與接收單元類似，為其逆過程，首先將信息按約定幀格式打包，然后進(jìn)行CRC校驗(yàn)，將校驗(yàn)碼放入信息幀的最后2個(gè)字節(jié)，并將該信息幀通過數(shù)據(jù)總線存入FPGA的發(fā)送FIFO中，最后寫入發(fā)送標(biāo)志字，啟動(dòng)FPGA發(fā)送傳輸控制邏輯。

　　3 驗(yàn)證及結(jié)果

　　為完成設(shè)計(jì)，首先采用ModelSim進(jìn)行仿真驗(yàn)證，如圖6所示通過激勵(lì)文件生成ARM與FPCA的讀寫時(shí)序，給出符合HDLC幀格式的一組數(shù)據(jù)寫入FPGA發(fā)送FIFO，并啟動(dòng)發(fā)送，在激勵(lì)文件中將RX/RCLK與TX/TCLK短接，形成回環(huán)，F(xiàn)PGA根據(jù)協(xié)議控制器接收到數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入接收FIFO，完成驗(yàn)證。其邏輯時(shí)序滿足HDLC協(xié)議幀格式和通信時(shí)序要求。

　　最后按照設(shè)計(jì)要求將設(shè)計(jì)好的HDLC通信協(xié)議控制器加載至FPGA與ARM上，并與串口通信卡BST23109進(jìn)行回環(huán)測試，該卡能夠?qū)崿F(xiàn)串口同步模式，通信滿足HDLC協(xié)議要求。試驗(yàn)結(jié)果表明在5 m通信距離內(nèi)，波特率可達(dá)2 Mb/s，誤碼率為10-8。

　　4 結(jié)論

　　文中針對(duì)飛行模擬裝置中HDLC協(xié)議的應(yīng)用需求開展了HDLC協(xié)議控制器的設(shè)計(jì)，文中首先介紹了HDLC協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容，然后重點(diǎn)介紹了HDLC協(xié)議控制器軟硬件實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)給出于HDLC協(xié)議控制器的沒計(jì)實(shí)現(xiàn)過程。通過仿真和實(shí)測試驗(yàn)表明在5m通信距離內(nèi)，波特率可達(dá)2Mb/s，誤碼率為10-8。在該飛行模擬裝置交付使用過程中，該控制器功能完整，能夠很好地滿足各項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)要求。