基于DSP和FPGA的磁浮列車同步485通信方式的研究

　　由于FPGA傳送到DSP的一幀數(shù)據(jù)為72bits，因此通過(guò)16bits數(shù)據(jù)線傳輸需要分5次才能傳送完，每16bits數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)產(chǎn)生一次外部中斷。設(shè)波特率時(shí)鐘為512k，假設(shè)來(lái)自定位單元完整的一幀數(shù)據(jù)為0x02123456789abcde03，車載無(wú)線電單元通過(guò)16bits數(shù)據(jù)線分次轉(zhuǎn)發(fā)到DSP的數(shù)據(jù)則為0x0002, 0x1234, 0x5678, 0x9abc,0xde03 。數(shù)據(jù)及中斷信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)序如圖6所示。由圖6可以看出，每對(duì)應(yīng)移出一次dataout，都會(huì)相應(yīng)地發(fā)出一個(gè)外部中斷信號(hào)xint1，DSP一旦接收到外部中斷便在中斷服務(wù)子程序中從16bits數(shù)據(jù)線讀取信號(hào)值。為了完整的接收一幀信號(hào)，可在外部中斷服務(wù)程序中定義一個(gè)16級(jí)FIFO，當(dāng)從FIFO的最底層讀出的數(shù)據(jù)為0x02時(shí)，便可以判斷一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始（若在用戶數(shù)據(jù)和校驗(yàn)值中存在0x02則要進(jìn)行相應(yīng)的字符轉(zhuǎn)義），依次接收以下的數(shù)據(jù)便得到完整的一幀定位信息。

圖6 車載無(wú)線電傳輸單元DSP控制器從FPGA收發(fā)器讀數(shù)據(jù)的仿真波形

2 通信雙方的原理圖

　　根據(jù)以上對(duì)同步485實(shí)現(xiàn)方法的描述，在ISE中利用ECS工具所描繪的頂層原理圖如下，包括測(cè)速定位單元同步數(shù)據(jù)發(fā)送和車載無(wú)線電控制單元同步數(shù)據(jù)接收。

　　定位測(cè)速單元同步數(shù)據(jù)發(fā)送方的原理圖如圖7所示。

圖7 同步數(shù)據(jù)發(fā)送方原理圖

　　圖7中，addr_decode為地址譯碼模塊，用于從DSP完整地接收一幀定位信息;tra485data為串行數(shù)據(jù)及門控信號(hào)發(fā)送模塊。其中，din（15:0）直接來(lái)自DSP的16bits數(shù)據(jù)線;addr（3:0）與DSP的A17-A14地址線相連;clkin及anfin信號(hào)由車載無(wú)線電控制單元提供。輸出的dataout及uefout經(jīng)過(guò)輸出緩沖及差分電平轉(zhuǎn)換后送給車載無(wú)線電控制單元。

　　車載無(wú)線電控制單元同步數(shù)據(jù)接收方的原理圖如圖8所示。

圖8 同步數(shù)據(jù)接收方原理圖

　　圖8中，divide_512k為發(fā)送時(shí)鐘產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生通信所需的波特率時(shí)鐘;anf_shift 用于產(chǎn)生無(wú)線電請(qǐng)求信號(hào);rec485data用于串行接收定位信息并通過(guò)dataconvert模塊轉(zhuǎn)發(fā)到通信控制器。其中，Dataout（15:0）直接通過(guò)數(shù)據(jù)線連到DSP，Xint1則連到DSP的外部中斷1。anfout和clkout由輸入的晶振頻率分頻后得到，經(jīng)輸出緩沖及差分電平轉(zhuǎn)換后送給車輛測(cè)速定位單元。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　在高速磁浮列車特殊的通信環(huán)境中，基于RS-485物理層的同步通信方式體現(xiàn)出其抗干擾性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好，誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，且實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單，硬件連接也不復(fù)雜。利用FPGA所實(shí)現(xiàn)的通信收發(fā)器設(shè)計(jì)靈活、可靠性高，其功能在實(shí)際應(yīng)用中已得到驗(yàn)證，且效果良好。