基于sopc 的嵌入式高速串口设计

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1、基于SOPC的嵌入式高速串口设计张慧敏，何伟（重庆大学通信工程学院，重庆400030）摘要：本文介绍一种基于SOPC的高速串口通信的实现方案，系统以Altera公司的NiosII嵌入式软核处理器为核心，采用RS485总线标准来传输数据，利用用户自定义VHDL模块实现高速串口数据通信。运用基于嵌入式SOPC（可编程逻辑芯片片上系统）的高速串口总线及其设计方法，满足实时控制要求，简化电路结构，提高传输速率和可靠性，增强与现有系统的兼容能力。关键词：高速串口数据通信NiosIIAvalon总线DesignofHighSpeedSerial

2、PortBasedonSOPCZhangHuimin,HeWei(CollegeofCommunication,UniversityofChongQing,China,400030)Abstract:ThistextintroducesaschemeofimplementofthehighspeedserialportcommunicationbaseonSOPC.ThesystemusesembeddedprocessorNiosⅡasthekernel,transmitsdataaccordingtotheRS485Bus,ma

3、kesuseofCustomLogicModuletoimplementhighspeedserialportcommunication.Thedesignmethodofhigh-speedserialbusbasedonembeddedSOPC(SystemonProgrammableChip)inreal-timesystemisanalyzedindetail,whichsatisfiestherequirementofreal-timecapabilityandsimplecircuitstructure,improvet

4、ransmissionspeedandreliability,andstrengthenthecompatibilitywithpresentsystems.KeyWord:HighSpeedSerialPortDataCommunicationNiosⅡAvalonBus高速串口数据通信在现代通信系统和控制系统中应用日益广泛，较之传统的基于RS232传输标准，具有更高的可靠性，更强的兼容性，更快的传输速率。由于不同的串口数据通信采用的方式各不相同，有异步模式、同步模式，而且数据传输格式也各不相同，有的采用传统SCI传输格式，有的采

5、用自定义数据格式，有的采用帧长度固定方式，有的采用帧长度可变方式等，而且每一帧的数据长度可以从10bit到几千bit，所以高速串口的设计要求不同其实现方案也不同。本【1】【2】文重点介绍基于SOPC的高速异步串口通信系统的设计方法。【3】目前的嵌入式处理器种类繁多。Altera公司的NiosII处理器是用于可编程逻辑器件的可配置的软核处理器,与Altera的FPGA组合,具有很高的性能价格比。本系统采用NiosIIStratix嵌入式系统开发板,实现了一个嵌入式高速串口数据通信系统。1总体设计及系统架构高速串口数据通信系统采用双线平

6、衡驱动，半双工同步传输或单向广播同步传输，线路传输速率为5Mbits/s，总线连接关系如图1所示：主控控制FPGAFPGA模块模块软核CPU软核CPU控制CPU机串口通信模块串口通信模块构控制模块采集模块图1串行控制总线连接图系统中主机模块能调度总线上的数据帧收发，保持数据通信的实时性，数据传输时由主机模块发送数据帧。数据帧若为半双工同步传输帧，则数据帧只对其中一个外围模块有效，同时当外围模块收到数据后，应发送相应的应答信号；数据帧若为单向广播同步传输帧，则数据发向所有外围模块，而不需要任何应答信号。系统以固定的数据帧格式传送数据，

7、不同于传统的SCI格式，帧长为7字节（共56bits），由2字节引导序列、1字节地址，3字节数据、1字节帧结束序列组成，如表1所示。帧的发送顺序：字节内低位先发，多字节内低字节先发。表1数据帧格式2字节引导序列1字节地址3字节数据1字节帧结束序列E73EE3无论是主机模块还是外围模块均采用相同的串口通信设计，串口通信设计包含两个主要部分：通信接口部分和管理控制部分。通信接口部分主要完成数据帧结构的封装和解封装，并通过帧头的分析识别进行时隙定位，同时能让系统内的每一终端实现多机共享通信资源的通信机制，该模块由VHDL语言实现。管理控制

8、部分由NiosII软核实现的，为了能在串行通信方式上实现时分复用，并进而实现多设备同时通信，本系统设计出一套完整而独特的控制帧格式，并通过这些帧格式控制实现建立连接，撤销连接和相应管理。因此，利用NiosII的特点，形成特殊的帧头判决