基于fpga的异步数据分接系统的研究与实现

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1、华中科技大学硕士学位论文基于FPGA的异步数据分接系统的研究与实现姓名：王庆庆申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：杨宗凯20060508摘要随着现代通信事业的发展，对数据传输速率和带宽的要求越来越高，因此经常依据时分复用的原理，通过数字复接与分接（简称数字复接技术）来实现不同速率等级数据码流的合并与分离，以充分合理地利用传输信道。数字复接技术应用的非常广泛，如在公共数据网形成了E1、T1等体系，但其设备大多采用大规模ASIC芯片实现，迄今为止较少用FPGA实现数字复接系统的专用芯片。在数字复接系统中，收端的分接器如何准确高效地接收、分离

2、、转发复用信号是整个系统重要环节。本文在结合具体项目需求的基础上，研究一种针对异步串行数据的专用分接器及其在FPGA上的实现。由于需要进行传输数据的速度转换，因此实现分接器必将涉及数字系统的异步设计，这是用FPGA实现数字分接器的难点。本文首先深入分析了FPGA平台异步信号的行为，给出异步信号传输的解决方案及分接器整体的时序设计，其中本文提出的“结绳法”同步器可以较好地解决快时钟域信号向慢时钟域过渡的问题。在此基础上重点研究在跨时钟域环境下，分接器的位同步、帧同步、信令时隙处理、异步FIFO等关键技术和主要模块的实现，本文利用异步比较法来产生异步F

3、IFO的空/满信号，可以一定程度上缓解异步FIFO空/满信号置位时的“保守”问题。本文讨论的分接器系统原理和主要模块具有代表性，所给出的实现方法紧贴FPGA实际资源，强调异步设计的系统稳定性，可以作为利用FPGA实现数字分接器或类似应用的借鉴和参考。关键词：数字复接技术，分接器，FPGA，异步设计IAbstractWiththedevelopmentofmoderntelecommunications,thereisanincreasing demandoftransmissionspeedandbandwidth.Inordertousetran

4、smissionchannel moreeffectively,DigitalMultiplexTechniqueiswidelyusedtomultiplexand demultiplexdifferentspeedleveldigitals.DigitalMultiplexTechniquehasbeenappliedinmanyfields.Public communicationnetworkhasformedE1andT1system,butmostofthemultiplex systemdevicesbaseonASICchips,t

5、husfarFPGAisseldomusedinappropriative chips.IndigitalMultiplexsystem,correspondingtomultiplexeratthetransmitter, demultiplexeratthereceivermustdemultiplexanddistributethemultiplexeddatawith highefficiencyandaccuracy,andthisisakeyprocesstothewholesystem.Thisthesis researchesana

6、ppropriativedemultiplexeraimingatserialasynchronousdataandits implementationonFPGA.Thisthesisfirstgoesdeepintoasynchronoussignal behaviorsonFPGAplatform,givessynchronizerforasynchronousclockdomainsand systemclockdesign.TheKnotSynchronizerthispapergivesrisetocansolvethe problem

7、whilesignalspassingfromafasterclockdomaintoaslowerone.Then, modulesofdemultiplexer,includingbitpositoning,framepositioning,signaling processingandasynchronousFIFOareresearchedunderthecircumstanceof cross-clockdomain.TheFull/Emptysignsaretriggeredbyamethodofasynchronous compare

8、,whichtosomeextentwouldavoid"conservative"Full/Emptysignsinno