基于NIOSⅡ的声纳主机与显控台之间的RS232通信协议

在声纳设备工作之前，操作员在显控台要完成开机与参数设置等动作。此时，开关等外围设备会触发处理器的中断处理程序，完成参数设置和显示。这些参数不仅要在显控台显示，还得通过UART发送到主机（DSP），作为主机信号处理运算的某些参数。因为是通过串口发送，所以这些数据要进行适当的分割与编码，并加上地址信息等。
在主机（DSP）接收到开始工作的指令后，主机会把处理过程中或者处理后的数据通过UART发送到显控台，方便操作员实时了解设备的工作状态和工作结果。
3 在NIOSⅡIDE上实现串口通信协议
NIOSⅡIDE是ALTERA公司开发套件中用来进行嵌入式开发的平台。所有软件开发任务都可以在NIOSⅡIDE下完成，包括编辑、编译和调试程序。它支持C/C++语言编程，可以根据SoPC建立的SoC，生成相应makefile，在编译时，又可以根据makefile生成系统头文件system.h，从而把软硬件隔离开来[5]。
3.1 串口通信协议
在NIOSⅡIDE下用C语言开发通信协议较为方便。由于RS232每帧数据有效数据位为8 bit，所以将unsigned char 作为协议中的基本数据类型。在库文件中，这种数据类型被定义为alt_u8。指令的前4位为0，后4位为指令内容。数据前4位为数据的地址信息，后4位为数据内容。
显控台与主机所有通信数据和指令分为三种：(1)显控台处理器发送到主机(DSP)的指令，取值范围为0x00～0x0f。典型的如0x00为开始工作指令，0x0f为停止工作指令，0x01~0x07为通信检查指令。(2)显控台处理器发送到主机（DSP）的数据，取值范围为0x1x～0xfx。典型的如0x9x和0xax，分别为多普勒频移的低4位数据和高4位数据。(3)主机(DSP)发送到显控台处理器的数据，取值范围为0x0x～0xfx。典型的如0x5x噪声级别。
3.2 程序设计
根据以上分析，以声纳训练靶为例，设计C语言程序。框图如图4所示。

NIOSⅡ嵌入式编程可以直接调用ALTERA的库函数进行操作。例如对PIO的操作函数：IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(写IO函数)，IOWR_
ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(读IO函数)。也可以构建硬件寄存器的结构，例如UART_ST这样的结构，通过对结构实例化的操作，同样可以方便地编程。本设计中结合了这两种编程的优势，对于结构复杂，操作要求简单的硬件，采用库函数的操作方法，如Flash；对结构较为简单、操作较为细化的硬件，采用寄存器结构化的操作方法，如UART。
本文利用FPGA芯片构建了声纳设备的显示控制分机。基于ALTERA公司的 NIOSⅡ嵌入式处理器，建立了片上系统，实现了显示控制分机和主机（DSP）之间的RS232通信协议。在以EP2C8Q208C为主芯片的FPGA开发板上，实现了硬件系统的构建和软件编程以及下载。此显示控制分机应用在一体化声靶中，工作稳定可靠。由于片上系统构建的灵活性，所以这种显示控制方案在声纳设备中具有很好的可扩展性，便于维护和升级。
参考文献
[1] 蒋均齐．鱼雷声靶技术研究[D]．长沙：国防科技大学，2006：8-9.
[2] 李金力，刘文怡，彭旭峰.基于FPGA的RS232异步串行口IP核设计[J].电子设计工程，2009，17(8)：31-35.
[3] Altera Corporation.Cyclone II Device Handbook[S].2007(1)：12-34.
[4] 张新喜，许军，杨雨迎，等.基于SoPC技术的战车综合显控终端设计[J].火力与指挥控制，2008，33(增刊)：109-112.
[5] 洪胜峰.基于嵌入式技术的军用车辆车载显控终端的研制[D].青岛：中国海洋大学，2007：25-26.