本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域和軌道交通領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器。

背景技術(shù)：

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(High-Level Data Control，以下簡(jiǎn)稱(chēng)：HDLC)是一種同步數(shù)據(jù)傳輸、面向比特的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，具有差錯(cuò)檢測(cè)功能強(qiáng)大、高效和同步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，目前HDLC協(xié)議已成為是通信領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的協(xié)議之一。HDLC收發(fā)控制器完成了HDLC幀的編碼和解碼功能，負(fù)責(zé)HDLC協(xié)議幀數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

現(xiàn)有的HDLC收發(fā)控制器主要是通過(guò)使用HDLC專(zhuān)用芯片和軟件編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。HDLC專(zhuān)用芯片有很多資源使用不上，造成了資源浪費(fèi)，而且在電路設(shè)計(jì)時(shí)不得不考慮其復(fù)雜的布局布線，此外，HDLC專(zhuān)用芯片升級(jí)速度太快，通用性差。軟件編程實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)處理器的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)HDLC收發(fā)控制，但是使用該方法會(huì)占用處理器的資源從而降低處理器的執(zhí)行速度，其次不易預(yù)測(cè)信號(hào)的時(shí)延和同步性，針對(duì)不同時(shí)序的處理器，需要重新修改程序和調(diào)試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器，可兼容不同時(shí)序的處理器進(jìn)行HDLC幀收發(fā)控制，兼?zhèn)滠浖幊毯虷DLC專(zhuān)用芯片的優(yōu)點(diǎn)，不占用處理器的資源，通用性好。

本發(fā)明提供的基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器，所述HDLC收發(fā)控制器在FPGA上實(shí)現(xiàn)HDLC的收發(fā)控制功能，所述HDLC收發(fā)控制器包括：

處理器接口模塊、HDLC發(fā)送模塊和HDLC接收模塊；

所述處理器接口模塊用于：為處理器提供接口，與所述處理器進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換，控制所述HDLC發(fā)送模塊和HDLC接收模塊，若所述處理器的處理周期小于所述HDLC收發(fā)控制器的處理周期，在所述處理器執(zhí)行完一次讀/寫(xiě)操作后所述處理器接口模塊即回歸空閑狀態(tài)，若所述處理器的處理周期大于或等于所述HDLC收發(fā)控制器的處理周期，在所述處理器執(zhí)行一次讀/寫(xiě)操作時(shí)所述處理器接口模塊進(jìn)入寫(xiě)等待狀態(tài)，直至所述讀/寫(xiě)操作結(jié)束才回歸空閑狀態(tài)；

所述HDLC發(fā)送模塊用于：接收所述處理器寫(xiě)入的數(shù)據(jù)并編碼成HDLC幀，向與所述處理器通信的裝置發(fā)送編碼后的HDLC幀；

所述HDLC接收模塊用于：接收與所述處理器通信的裝置發(fā)送的HDLC幀并進(jìn)行解碼，存儲(chǔ)解碼后的數(shù)據(jù)，并向所述處理器發(fā)送中斷信號(hào)以使所述處理器讀取所述解碼后的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述HDLC發(fā)送模塊包括：

HDLC發(fā)送狀態(tài)寄存器，用于標(biāo)識(shí)所述HDLC發(fā)送模塊的狀態(tài)；

第一數(shù)據(jù)緩存器，用于接收并存儲(chǔ)所述處理器寫(xiě)入的數(shù)據(jù)；

校驗(yàn)碼生成單元，用于將所述第一數(shù)據(jù)緩存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)生成循環(huán)冗余檢查CRC-16校驗(yàn)碼；

時(shí)鐘同步單元，用于對(duì)所述校驗(yàn)碼進(jìn)行時(shí)鐘同步；

數(shù)據(jù)插0單元，用于對(duì)時(shí)鐘同步后的校驗(yàn)碼進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換和插0處理；

標(biāo)志位插入單元，用于對(duì)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換和插0操作后的數(shù)據(jù)插上幀頭幀尾，得到編碼后的HDLC幀；

發(fā)送單元，用于向與所述處理器通信的裝置發(fā)送編碼后的HDLC幀。

進(jìn)一步地，所述HDLC接收模塊包括：

接收單元，用于接收與所述處理器通信的裝置發(fā)送的HDLC幀；

幀識(shí)別單元，用于對(duì)接收到的HDLC幀進(jìn)行幀識(shí)別并去掉幀頭幀尾；

去除零碼單元，用于對(duì)幀識(shí)別后的HDLC幀數(shù)據(jù)進(jìn)行去除零碼處理和串/并轉(zhuǎn)換；

時(shí)鐘同步單元，用于對(duì)去除零碼處理和串/并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘同步；

校驗(yàn)單元，用于對(duì)時(shí)鐘同步后的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)；

第二數(shù)據(jù)緩存器，用于存儲(chǔ)進(jìn)行CRC校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)，并在滿(mǎn)足預(yù)設(shè)條件 時(shí)向所述處理器發(fā)送中斷信號(hào)以使所述處理器讀取所述解碼后的數(shù)據(jù)；

HDLC接收狀態(tài)寄存器，用于標(biāo)識(shí)所述HDLC接收模塊的狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述處理器接口模塊包括：地址線、數(shù)據(jù)線、片選信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)、讀信號(hào)和中斷信號(hào)。

本發(fā)明提供的基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器，通過(guò)處理器接口模塊的特殊處理，可兼容不同時(shí)序的處理器進(jìn)行HDLC幀收發(fā)控制，具備軟件編程和HDLC專(zhuān)用芯片的優(yōu)點(diǎn)，由于HDLC收發(fā)控制器是通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的，因此不占用處理器的資源，且可以在不同型號(hào)的FPGA芯片移植代碼，從而能夠適應(yīng)在不同場(chǎng)景的HDLC幀收發(fā)控制，通用性好。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器實(shí)施例一中處理器接口模塊的工作狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)HDLC幀收發(fā)控制功能。對(duì)不同工作時(shí)序的處理器能夠很好地適應(yīng)，不需要修改FPGA代碼就可直接使用，作為一獨(dú)立硬件模塊，不存在占用處理器資源的 情況，且硬件電路設(shè)計(jì)基本不用更改，可以在不同型號(hào)的FPGA芯片移植代碼，能夠適應(yīng)不同場(chǎng)景的HDLC幀收發(fā)控制，通用性好，同時(shí)具備軟件編程和HDLC專(zhuān)用芯片的優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合附圖詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例的HDLC收發(fā)控制器可以包括：處理器接口模塊10、HDLC發(fā)送模塊11和HDLC接收模塊12，其中，處理器接口模塊10用于：為處理器提供接口，與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制HDLC發(fā)送模塊11和HDLC接收模塊12，圖2為本發(fā)明基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器實(shí)施例一中處理器接口模塊的工作狀態(tài)示意圖，圖2中以HDLC收發(fā)控制器的處理周期為8個(gè)時(shí)鐘周期為例，如圖2所示，若處理器的處理周期小于HDLC收發(fā)控制器的處理周期，在處理器執(zhí)行完一次讀/寫(xiě)操作后處理器接口模塊10即回歸空閑狀態(tài)；若處理器的處理周期大于或等于HDLC收發(fā)控制器的處理周期，在處理器執(zhí)行一次讀/寫(xiě)操作時(shí)處理器接口模塊10進(jìn)入寫(xiě)等待狀態(tài)，直至讀/寫(xiě)操作結(jié)束才回歸空閑狀態(tài)，這樣做保證了處理器讀/寫(xiě)HDLC收發(fā)控制器的唯一、準(zhǔn)確。如此以來(lái)，對(duì)于不同時(shí)序的處理器，本發(fā)明的HDLC收發(fā)控制器都可以正常工作，因此可兼容不同時(shí)序的處理器進(jìn)行HDLC幀收發(fā)控制。

HDLC發(fā)送模塊11用于：接收處理器寫(xiě)入的數(shù)據(jù)并編碼成HDLC幀，向與處理器通信的裝置發(fā)送編碼后的HDLC幀。

具體地，當(dāng)處理器需要向HDLC收發(fā)控制器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)讀HDLC發(fā)送模塊11以判斷HDLC發(fā)送模塊的狀態(tài)，判斷其是否空閑，在判斷HDLC發(fā)送模塊11空閑時(shí)，處理器可發(fā)送數(shù)據(jù)。

HDLC接收模塊12用于：接收與處理器通信的裝置發(fā)送的HDLC幀并進(jìn)行解碼，存儲(chǔ)解碼后的數(shù)據(jù)，并向處理器發(fā)送中斷信號(hào)以使處理器讀取解碼后的數(shù)據(jù)。

具體地，當(dāng)HDLC接收模塊有供處理器讀取的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)向處理器發(fā)出中斷信號(hào)，然后處理器通過(guò)讀HDLC接收模塊12以判斷HDLC接收模塊的狀態(tài)，確定HDLC接收模塊有多少數(shù)據(jù)可以讀取，最后讀取該數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例提供的基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器，通過(guò)處理器接口模塊的特殊處理，可兼容不同時(shí)序的處理器進(jìn)行HDLC幀收發(fā)控制，具備軟件編程和HDLC專(zhuān)用芯片的優(yōu)點(diǎn)，由于HDLC收發(fā)控制器是通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的， 因此不占用處理器的資源，且可以在不同型號(hào)的FPGA芯片移植代碼，從而能夠適應(yīng)在不同場(chǎng)景的HDLC幀收發(fā)控制，通用性好。

圖3為本發(fā)明基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本實(shí)施例在圖1所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，HDLC發(fā)送模塊11具體可以包括：HDLC發(fā)送狀態(tài)寄存器110，用于標(biāo)識(shí)HDLC發(fā)送模塊的狀態(tài)。第一數(shù)據(jù)緩存器111，用于接收并存儲(chǔ)處理器寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。校驗(yàn)碼生成單元112，用于將第一數(shù)據(jù)緩存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)生成循環(huán)冗余檢查CRC-16校驗(yàn)碼。時(shí)鐘同步單元113，用于對(duì)校驗(yàn)碼進(jìn)行時(shí)鐘同步。數(shù)據(jù)插0單元114，用于對(duì)時(shí)鐘同步后的校驗(yàn)碼進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換和插0處理。標(biāo)志位插入單元115，用于對(duì)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換和插0操作后的數(shù)據(jù)插上幀頭幀尾，得到編碼后的HDLC幀。發(fā)送單元116，用于向與處理器通信的裝置發(fā)送編碼后的HDLC幀。

HDLC接收模塊12可以包括：接收單元120，用于接收與處理器通信的裝置發(fā)送的HDLC幀。幀識(shí)別單元121，用于對(duì)接收到的HDLC幀進(jìn)行幀識(shí)別。去除零碼單元122，用于對(duì)幀識(shí)別后的HDLC幀進(jìn)行去除零碼處理和串/并轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘同步單元123，用于對(duì)去除零碼處理和串/并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘同步。校驗(yàn)單元124，用于對(duì)時(shí)鐘同步后的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)。第二數(shù)據(jù)緩存器125，用于存儲(chǔ)進(jìn)行CRC校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)，并在滿(mǎn)足預(yù)設(shè)條件時(shí)向處理器發(fā)送中斷信號(hào)。HDLC接收狀態(tài)寄存器126，用于標(biāo)識(shí)HDLC接收模塊的狀態(tài)。

其中，具體地，處理器接口模塊10包括：地址線、數(shù)據(jù)線、片選信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)、讀信號(hào)和中斷信號(hào)。

本實(shí)施例提供的基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器，通過(guò)處理器接口模塊的特殊處理，可兼容不同時(shí)序的處理器進(jìn)行HDLC幀收發(fā)控制，具備軟件編程和HDLC專(zhuān)用芯片的優(yōu)點(diǎn)，由于HDLC收發(fā)控制器是通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的，因此不占用處理器的資源，且可以在不同型號(hào)的FPGA芯片移植代碼，從而能夠適應(yīng)在不同場(chǎng)景的HDLC幀收發(fā)控制，通用性好。

下面采用一個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供的基于FPGA的HDLC收發(fā)控制器的工作過(guò)程。

本實(shí)施例中采用AT91處理器作為系統(tǒng)的CPU，AT91處理器的讀寫(xiě)測(cè)試程序使用C語(yǔ)言編程，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，使用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)HDLC 收發(fā)控制器，下載到FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)HDLC幀收發(fā)控制。圖4為本發(fā)明硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。在FPGA內(nèi)部把HDLC發(fā)送模塊和HDLC接收模塊相連接，AT91處理器通過(guò)預(yù)留的地址總線、數(shù)據(jù)總線和I/O接口訪問(wèn)FPGA，應(yīng)用層測(cè)試HDLC收發(fā)控制器的各項(xiàng)功能。測(cè)試過(guò)程如下：

AT91處理器通過(guò)讀HDLC發(fā)送模塊11中的HDLC發(fā)送狀態(tài)寄存器以判斷HDLC發(fā)送模塊11的狀態(tài)，在判斷HDLC發(fā)送模塊11空閑時(shí)，向FPGA寫(xiě)數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA的HDLC收發(fā)控制器把AT91處理器寫(xiě)入的數(shù)據(jù)編碼成HDLC幀，HDLC接收模塊12接收到該幀后進(jìn)行解碼，并存儲(chǔ)解碼后的數(shù)據(jù)，然后向AT91處理器發(fā)送中斷信號(hào)，收到中斷信號(hào)后AT91處理器對(duì)HDLC接收狀態(tài)寄存器發(fā)起讀操作判斷HDLC接收模塊12狀態(tài)并讀取HDLC接收模塊12的數(shù)據(jù)。最后AT91處理器會(huì)把接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定數(shù)據(jù)是否錯(cuò)幀丟幀。調(diào)試成功后，在FPGA內(nèi)部把HDLC發(fā)送模塊和HDLC接收模塊斷開(kāi)，就可以正常使用了。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成。前述的程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。