HDLC的DSP与FPGA实现

　　HDLC(高级数据链路控制)广泛应用于数据通信领域，是确保数据信息可靠互通的重要技术。实施HDLC的一般方法通常是采用ASIC器件或软件编程等。

　　HDLC的ASIC芯片使用简易，功能针对性强，性能可靠，适合应用于特定用途的大批量产品中。但由于HDLC标准的文本较多，ASIC芯片出于专用性的目的难以通用于不同版本，缺乏应用灵活性。有的芯片公司还有自己的标准，对HDLC的CRC(循环冗余码校验)序列生成多项式等有不同的规定。专用于HDLC的ASIC芯片其片内数据存储器容量有限，通常只有不多字节的FIFO(先进先出存储器)可用。对于某些应用来说，当需要扩大数据缓存的容量时，只能对ASIC再外接存储器或其他电路，ASIC的简单易用性就被抵销掉了。 HDLC的软件编程方法功能灵活，通过修改程序就可以适用于不同的HDLC应用。但程序运行占用处理器资源多，执行速度慢，对信号的时延和同步性不易预测。纯软件HDLC一般只能用于个别路数的低速信号处理。

　　FPGA采用硬件技术处理信号，又可以通过软件反复编程使用，能够兼顾速度和灵活性，并能并行处理多路信号，实时性能能够预测和仿真。

　　DSP采用软件技术处理信号，也可以反复编程使用。DSP、FPGA芯片虽成本略微高于ASIC芯片，但具有货源畅通、可多次编程使用等优点。在中小批量通信产品的设计生产中，用FPGA和DSP实现HDLC功能是一种值得采用的方法。

　　HDLC的帧结构和CRC校验

　　为了使FPGA的设计能够实现HDLC的基本功能并能按照各项标准的规定灵活采用不同的CRC校验算法，首先看一下HDLC基本的帧结构形式。

　　HDLC是面向比特的链路控制规程，其链路监控功能通过一定的比特组合所表示的命令和响应来实现，这些监控比特和信息比特一起以帧的形式传送。以下是ISO/IEC 3309标准规定的HDLC的基本帧结构。

　　其他的HDLC标准也有类似的帧结构。每帧的起始和结束以"7E"(01111110)做标志，两个"7E"之间为数据段(含地址数据、控制数据、信息数据)和帧校验序列。帧校验采用CRC算法，对除了插入的"零"以外的所有数据进行校验。为了避免将数据中的"7E"误为标志，在发送端和接收端要相应地对数据流和帧校验序列进行"插零"及"删零"操作。

　　用FPGA+DSP实现HDLC功能

　　对FPGA器件进行功能设计一般采用的是"Top to Down"("从顶到底")的方法，亦即根据要求的功能先设计出顶层的原理框图，该图通常由若干个功能模块组成。再把各个模块细化为子模块，对较复杂的设计还可把各子模块分成一层层的下级子模块，各层的功能可以用硬件描述语言或电路图来实现。

　　DSP的设计则是按软件顺序执行的方法，主函数调用子函数，还可以把子函数分成下级子函数，目前的DSP设计软件主要是用C语言来完成。

　　HDLC协议操作由FPGA、DSP共同完成：HDLC接收端：首先由FPGA来收数据，之后判断帧头“7E”及本机地址，如果是发给本机的数据，则对后续数据进行判断，如果有5个连“1”且后一位数据为“0”则将其后的一个“0”删除，删零后将数据存入FIFO中，收到帧尾“7E”时给出收结束标志;然后由DSP读收结束标志，如果标志为“1”读空FIFO，清标志位，将数据内容进行CRC校验。

　　HDLC发送端：首先由DSP将数据写入FPGA的FIFO之后，DSP给出标志;FPGA收到标志后，先发送帧头“7E” ，然后发送数据，如果数据中有5个连“1”则在其后插入1个“0”，数据发送结束后发送帧尾“7E”。

　　FPGA设计

　　FPGA中实现的主要是链路层协议完成HDLC数据接口的收发，并完成与DSP的数据交互，该电路由接口模块inteRFace、HDLC数据发送模块transmitter和HDLC数据接收模块receiver三部分组成。

　　FPGA接口模块interface

　　interface模块的主要功能是：DSP通过数据、地址总线和读写信号向FPGA读写并行数据。

　　在本例中数据总线的宽度取决于所使用的DSP的数据位。由于目前DSP处理器的多为64位或32位，而完成数据交互使用8位就够了，因此这里采用8位的数据总线cpu_data[7..0]。地址总线包括译码选通发送FIFO和接收FIFO的寄存器地址，命令寄存器和状态寄存器。

　　对于DSP来说，FPGA可以看成是一个普通芯片，通过片选CS/、读写信号RD/和WR/，就可以选中FPGA并对其进行读写操作。

　　当FPGA需要向DSP传递信息时，中断信号输出端interrupt/ 变为低电平，DSP响应后可到FPGA中的状态寄存器去读取详细的中断信息并做出相应的处理。