基于NIOSⅡ的声纳主机与显控台之间的RS232通信协议

作者：时间：2012-05-30来源：网络收藏

声纳设备一般由换能器（信号转换、收发设备）、信号处理主机（DSP等）和显示控制分机（简称显控台）三部分构成。显控台和主机之间的通信非常重要[1]。
显控台和主机之间的通信距离较远，对通信的可靠性和安全性要求高，但是对通信速度要求不高。所以通信方式可以选择串口通信协议 RS232[2]。
显控台上诸多的旋钮、开关以及指示灯、数码管等设备需要丰富的外围接口。这些接口之间具有复杂的逻辑关系。选用FPGA作为显控台主芯片可以满足这些要求。以ALTERA公司的CycloneⅡ开发板为例，其主芯片EP2C8Q208C最多可提供182个用户I/O口，可以满足外围接口要求[3]。在ALTERA公司提供的硬件开发环境Quartus和片上系统开发环境SoPC下，可以非常方便地进行控制模块的开发。也可以构建NIOSⅡ处理器，以及配置NIOS系统自带的硬核，如串口通信模块UART、储存模块Serial Flash等[4]。
本文利用FPGA芯片设计了一套显示控制分机系统，并且以声纳训练靶为应用背景编制了串口通信协议。
1 利用SoPC Builder构建显控台的片上系统
SoPC Builder是ALTERA公司提供的片上系统（SoC）开发工具，它可以配合QuartusII完成FPGA芯片的CPU以及外围设备的配置工作。
1.1 片上系统的构建
在SoPC Builder的开发环境下，选择ALTERA公司开发的32位RISC 处理器NIOSⅡ。标准型的处理器NIOSⅡ/s可以运行在100 MHz的系统时钟下，运算速度超过50 DMIPS[2]。再构建配套的数据存储器SDRAM、程序存储器Serial Flash、系统地址管理器(System ID Peripheral)、编程调试接口（JTAG_UART）以及数码管（SEG）、显示和旋钮（KNOB）、按键（KEYS）等PIO接口。
1.2 RS232 Serial Port的结构
对UART的控制主要通过编程寄存器来实现[2]。根据UART的寄存器结构，在SoPC对应的软件开发环境NIOSⅡIDE下建立C语言的结构体UART_ST，代码如下：
/*--------------UART------------*/
typedef struct
{
union{
struct{
volatile unsigned long int RECEIVE_DATA :8;
volatile unsigned long int NC:24;
}BITS;
volatile unsigned long int WORD;
}RXDATA;
union{
struct{
volatile unsigned long int TRANSMIT_DATA:8;
volatile unsigned long int NC:24;
}BITS;
volatile unsigned long int WORD;
}TXDATA;
union{
struct{
volatile unsigned long int PE:1;
…其他状态寄存器
} BITS;
volatile unsigned long int WORD;
}STATUS;
union{
struct{
volatile unsigned long int IFE:1;
…其他控制寄存器
}BITS;
volatile unsigned long int WORD;
}CONTROL;
union{
struct{
volatile unsigned long int BAUDRATE_DIVISOR:16;
volatile unsigned long int NC:16;
}BITS;
volatile unsigned int WORD;
}DIVISOR;
}UART_ST;