基于DSP與FPGA實(shí)現(xiàn)的HDLC

引言

HDLC(高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，是確保數(shù)據(jù)信息可靠互通的重要技術(shù)。實(shí)施HDLC的一般方法通常是采用ASIC器件或軟件編程等。

HDLC的ASIC芯片使用簡(jiǎn)易，功能針對(duì)性強(qiáng)，性能可靠，適合應(yīng)用于特定用途的大批量產(chǎn)品中。但由于HDLC標(biāo)準(zhǔn)的文本較多，ASIC芯片出于專用性的目的難以通用于不同版本，缺乏應(yīng)用靈活性。有的芯片公司還有自己的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)HDLC的CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))序列生成多項(xiàng)式等有不同的規(guī)定。專用于HDLC的ASIC芯片其片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量有限，通常只有不多字節(jié)的FIFO(先進(jìn)先出存儲(chǔ)器)可用。對(duì)于某些應(yīng)用來說，當(dāng)需要擴(kuò)大數(shù)據(jù)緩存的容量時(shí)，只能對(duì)ASIC再外接存儲(chǔ)器或其他電路，ASIC的簡(jiǎn)單易用性就被抵銷掉了。HDLC的軟件編程方法功能靈活，通過修改程序就可以適用于不同的HDLC應(yīng)用。但程序運(yùn)行占用處理器資源多，執(zhí)行速度慢，對(duì)信號(hào)的時(shí)延和同步性不易預(yù)測(cè)。純軟件HDLC一般只能用于個(gè)別路數(shù)的低速信號(hào)處理。

FPGA采用硬件技術(shù)處理信號(hào)，又可以通過軟件反復(fù)編程使用，能夠兼顧速度和靈活性，并能并行處理多路信號(hào)，實(shí)時(shí)性能能夠預(yù)測(cè)和仿真。

DSP采用軟件技術(shù)處理信號(hào)，也可以反復(fù)編程使用。DSP、FPGA芯片雖成本略微高于ASIC芯片，但具有貨源暢通、可多次編程使用等優(yōu)點(diǎn)。在中小批量通信產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，用FPGA和DSP實(shí)現(xiàn)HDLC功能是一種值得采用的方法。

HDLC的幀結(jié)構(gòu)和CRC校驗(yàn)

為了使FPGA的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)HDLC的基本功能并能按照各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定靈活采用不同的CRC校驗(yàn)算法，首先看一下HDLC基本的幀結(jié)構(gòu)形式。

HDLC是面向比特的鏈路控制規(guī)程，其鏈路監(jiān)控功能通過一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，這些監(jiān)控比特和信息比特一起以幀的形式傳送。以下是ISO/IEC3309標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的HDLC的基本幀結(jié)構(gòu)。

其他的HDLC標(biāo)準(zhǔn)也有類似的幀結(jié)構(gòu)。每幀的起始和結(jié)束以7E(01111110)做標(biāo)志，兩個(gè)7E之間為數(shù)據(jù)段(含地址數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù))和幀校驗(yàn)序列。幀校驗(yàn)采用CRC算法，對(duì)除了插入的零以外的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。為了避免將數(shù)據(jù)中的7E誤為標(biāo)志，在發(fā)送端和接收端要相應(yīng)地對(duì)數(shù)據(jù)流和幀校驗(yàn)序列進(jìn)行插零及刪零操作。

用FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)HDLC功能

對(duì)FPGA器件進(jìn)行功能設(shè)計(jì)一般采用的是ToptoDown(從頂?shù)降?的方法，亦即根據(jù)要求的功能先設(shè)計(jì)出頂層的原理框圖，該圖通常由若干個(gè)功能模塊組成。再把各個(gè)模塊細(xì)化為子模塊，對(duì)較復(fù)雜的設(shè)計(jì)還可把各子模塊分成一層層的下級(jí)子模塊，各層的功能可以用硬件描述語言或電路圖來實(shí)現(xiàn)。

DSP的設(shè)計(jì)則是按軟件順序執(zhí)行的方法，主函數(shù)調(diào)用子函數(shù)，還可以把子函數(shù)分成下級(jí)子函數(shù)，目前的DSP設(shè)計(jì)軟件主要是用C語言來完成。

HDLC協(xié)議操作由FPGA、DSP共同完成：HDLC接收端：首先由FPGA來收數(shù)據(jù)，之后判斷幀頭“7E”及本機(jī)地址，如果是發(fā)給本機(jī)的數(shù)據(jù)，則對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果有5個(gè)連“1”且后一位數(shù)據(jù)為“0”則將其后的一個(gè)“0”刪除，刪零后將數(shù)據(jù)存入FIFO中，收到幀尾“7E”時(shí)給出收結(jié)束標(biāo)志;然后由DSP讀收結(jié)束標(biāo)志，如果標(biāo)志為“1”讀空FIFO，清標(biāo)志位，將數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行CRC校驗(yàn)。

HDLC發(fā)送端：首先由DSP將數(shù)據(jù)寫入FPGA的FIFO之后，DSP給出標(biāo)志;FPGA收到標(biāo)志后，先發(fā)送幀頭“7E”，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)中有5個(gè)連“1”則在其后插入1個(gè)“0”，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后發(fā)送幀尾“7E”。