基于FPGA的RS編碼器的設(shè)計與實現(xiàn)

由于RS碼是對多進制符號糾錯，RS碼可用于糾正突發(fā)錯誤，比如能糾兩個八進制符號錯誤的RS(7，3)碼，每個符號可用3 bit二進制符號表示。八進制的RS(7，3)碼相當(dāng)于二進制的(21，9)碼，因此糾兩個符號就相當(dāng)于糾連續(xù)6 bit二進制符號的突發(fā)錯誤，然而二進制的(2l，9)碼卻沒有糾6 bit突發(fā)錯誤的能力，它能糾任何2個隨機錯誤以及長度≤4的突發(fā)錯誤。
通用的RS編碼的運算步驟：
(1)確定RS編碼器的生成多項式g(x)，這里選用了最為常用的生成多項式，如式(1)所示。

式中a定義為m階初等多項式p(x)的根它可生成全部GF域的元素。(有關(guān)GF域的內(nèi)容可參閱相關(guān)書籍)。
以RS(15，9)為例，RS(15，9)的生成多項式，如式(2)

(2)通過對取模運算產(chǎn)生校驗信息多項式p(x)如式(3)

式中m(x)表示RS編碼碼字中的數(shù)據(jù)信息，它是K一1階的線性多項式。
(3)通過加法運算生成最終的編碼后的多項式c(x)如式(4)

RS碼的編碼主要是圍繞碼的生成多項式g(x)進行的，一旦生成多項式確定了，則碼就完全確定了。

2 RS編碼的設(shè)計實現(xiàn)
在一些特定應(yīng)用域中，RS碼的設(shè)計與實現(xiàn)是比較困難的。RS碼是在有限域上進行的代數(shù)運算，不同于常用的二進制系統(tǒng)，實現(xiàn)相對復(fù)雜一些，其復(fù)雜度主要決定于有限域的大小、碼字的長度、采用的編碼算法等，編碼器的實現(xiàn)方式主要有以下幾種：
(1)微處理器實現(xiàn)的RS編碼。
通用的微處理器采用查表(Table―lookup)方法可以實現(xiàn)RS編碼，首先需要產(chǎn)生有限域運算中的系數(shù)，存于內(nèi)存中，就可以通過查表的方法實現(xiàn)編碼了。
(2)利用DSP實現(xiàn)的RS編碼。
DSP早已成為傳統(tǒng)微處理器的一種替代品，現(xiàn)在的DSP芯片已能對一些特定的應(yīng)用提供并行的處理結(jié)構(gòu)，可以在DSP芯片中完成RS編碼，不過DSP不是專為實現(xiàn)糾錯中需要的特定功能設(shè)計的，同樣也可以采用查表的方法在DSP中實現(xiàn)快速有限域運算。
(3)ASIC實現(xiàn)的RS編碼。
ASIC是專用集成電路，由LSI―Logic Corpera―tion設(shè)計的ASIC芯片，有3 kB的RAM和4 kB的ROM，是實現(xiàn)高速編碼器的最佳選擇。
(4)FPGA實現(xiàn)的RS編碼。
FPGA能夠快速和經(jīng)濟地將電路描述轉(zhuǎn)化為硬件實現(xiàn)，而且對設(shè)計的修訂也比較方便。而通常的ASIC需要的設(shè)計時間較長，制作費用也較高，也不便于調(diào)整。所以本設(shè)計是基于FPGA的RS編碼設(shè)計。
如圖1所示為本設(shè)計所采用的編碼器的結(jié)構(gòu)。

其工作原理如下：
(1)寄存器R0~R2t-1全部清零。開關(guān)接通A點，然后信息位分為兩路送電路中，一路直接送入C(x)，一路送入除法電路并進行移位。每一個時鐘移一個字節(jié)；
(2)在k個時鐘結(jié)束的時候，信息位全部輸入，完成除法功能。此時移位寄存器里保留了余式r(x)的系數(shù)，這就是RS碼的校驗位；
(3)在k+1個時鐘到來的時候，開關(guān)接通B點。寄存器中的數(shù)據(jù)依次移出，送入信道。在經(jīng)過2t個時鐘后數(shù)據(jù)全部移出，得到2t個校驗位。這2t個校驗位跟在原先的尼個信息位的后面，組成(n，k)碼輸出。這樣就完成了RS碼的編碼；
(4)寄存器R0～R2t-1全部清零，重復(fù)步驟(1)、(2)、(3)，完成對下一組RS碼的編碼。