甚高速红外VFIR控制器的设计与实现
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:589
ｐｃｉ(ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ)局部总线１是一种高性能、３２位或６４位地址数据多路复用的同步总线。它的用途是在高度集成的外设控制器件、扩展卡和处理器／存储器系统之间提供一种内部的连接机构，它规定了互连机构的协议、电气、机械以及设备配置空间。ｐｃｉ局部总线因具有极小延迟时间、支持线性突发数据传输、兼容性强以及系统能进行全自动配置等特点受到业界青睐。ｐｃｉ总线规范２．１版本还定义了由３２位数据总线扩充为６４位总线的方法，使总线宽度扩展，并对３２位和６４位ｐｃｉ局部总线外设做到向前和向后兼容。
目前微机之间的红外通信是基于ｉｒｄａ－１．１标准的红外无线串行ｓｉｒ通信，参考文献２给出了基于ｉｓａ总线的红外无线串行通信卡的设计及实现，该通信卡的数据速率为９．６ｋｂｐｓ～１１５．２ｋｂｐｓ，工作距离０～３ｍ。但由于ｒｓ－２３２端口的最高数据速率上限为１１５．２ｋｂｐｓ，不能满足ｉｒｄａ－１．４规范甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ速率要求，所以使用了ｐｃｉ同步总线扩展外设的方法设计甚高速红外控制器。虽然ｉｓａ总线的传输速率能满足甚高速红外控制器设计要求，但目前许多微机系统已经逐渐淘汰ｉｓａ／ｅｉｓａ标准总线。原因是高速微处理器和低速ｉｓａ总线之间不同步，造成扩展外设只能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据，使ｃｐｕ高性能受到严重影响。
１ ｈｈｈ１１３编解码
２００１年５月，红外无线数据协会ｉｒｄａ发布了红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４４；它与前期发布的物理层规范的主要区别在于增加甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ数据速率的编解码技术和帧结构，而其它如视角范围、发射器最小(大)光功率和接收器灵敏度等规范基本相同。红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４规定数据速率小于４ｍｂｐｓ采用ｒｚｉ(归零反转)调制，最大脉冲宽度是位周期的３／１６或１／４；数据速率４ｍｂｐｓ采用４ｐｐｍ(脉冲位置调制)；数据速率１６ｍｂｐｓ采用ｈｈｈ１１３码。
ｉｒｄａ提出的ｖｆｉｒ编解码技术—ｈｈｈ１１３码是码率为２／３，(ｄｋ)＝１１３的ｒｌｌｒｕｎ－ｌｅｎｇｔｈ－ｌｉｍｉｔｅｄ码；它是一种功率消耗和频带利用率相对折中的高效编码，其中参数ｄ、ｋ分别表示在两个‘１’之间最小和最大的‘０’的数目，参数ｄ决定接收信号中有无码间干扰ｉｓｉ，参数ｋ决定接收器能否从接收序列中恢复时钟。ｈｈｈ１１３码的带宽效率使数据通信能够选择成本很低、上升／下降时间为１９ｎｓ的ｌｅｄ。功率效率避免了ｌｅｄ的热问题，它能保证１ｍ距离范围内保持链接。１ｍ距离的１６ｍｂｐｓ链路可达到过去４ｍｂｐｓ链路的驱动电流和功耗。ｈｈｈ１１３码和４ｐｐｍ码(用于４ｍｂｐｓ)的显著区别是ｈｈｈ１１３码决不允许一个红外脉冲紧跟前一个红外脉冲，脉冲之间应该保持一个ｃｈｉｐ时间差。由于光电管工作区域内有少量载流子的慢辐射，使ｌｅｄ或光电二极管表现出拖尾效应，ｈｈｈ１．１３码能够兼容拖尾效应，从而允许在ｃｈｉｐ时间周期内脉冲的扩展。
虽然ｈｈｈ１１３码的设计过程比较复杂，但ｉｒｄａ－１．４标准已经详细给出了编译码逻辑方程和电路，所以实现起来比较容易。笔者使用ａｌｔｅｒａ ｍａｘ＋ｐｌｕｓ п 进行逻辑功能仿真，并用ｇｗ４８ ｅｄａ实验系统进行硬件仿真，验证ｈｈｈ１１３码编译码电路设计的正确性。
２ 甚高速红外ｖｆｉｒ控制器的硬件设计
由于ｐｃｉ总线规定了严格的电气特性，开发ｐｃｉ总线的应用具有很大难度，因此使用ａｍｃｃａｐｐｌｉｅｄ ｍｉｃｒｏ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司推出的ｐｃｉ接口控制器ｓ５９３３实现红外控制器ｐｃｉ总线接口规范５。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器原理框图如图１所示。选用ａｌｔｅｒａ公司的ｆｌｅｘ１０ｋ系列现场可编程门阵列器件实现ｓ５９３３与红外ｔｘ／ｒｘｆｉｆｏ、寄存器的传输控制和逻辑时序以及红外接口控制逻辑和红外收发器接口功能模块(ｃｒｃ校验、编解码以及串／并转换)。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器工作原理如下：首先由ａｍｃｃ ｓ５９３３外部非易失性串行ｅｅｐｒｏｍ ａｔ２４ｃ０２下载ｐｃｉ配置空间，然后主机通过直通(ｐａｓｓ－ｔｈｒｕ)寄存器数据访问方式向红外接口控制寄存器写控制命令３。红外接口控制逻辑根据控制命令发出控制信号，使整个红外控制器处于准备状态。当上层协议发出数据发送事件时，红外接口控制逻辑发出消息，通知主机启动ｓ５９３３总线主控读操作，把上层数据写到外部红外ｔｘｆｉｆｏ数据缓冲器；同时红外接口控制逻辑根据ｔｘｆｉｆｏ状态把ｔｘｆｉｆｏ的数据发送到红外收发器接口，进行锁存、并／串转换、ｃｒｃ校验和编码，最后通过ｖｆｉｒ收发器发送数据。同理ｖｆｉｒ收发
目前微机之间的红外通信是基于ｉｒｄａ－１．１标准的红外无线串行ｓｉｒ通信，参考文献２给出了基于ｉｓａ总线的红外无线串行通信卡的设计及实现，该通信卡的数据速率为９．６ｋｂｐｓ～１１５．２ｋｂｐｓ，工作距离０～３ｍ。但由于ｒｓ－２３２端口的最高数据速率上限为１１５．２ｋｂｐｓ，不能满足ｉｒｄａ－１．４规范甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ速率要求，所以使用了ｐｃｉ同步总线扩展外设的方法设计甚高速红外控制器。虽然ｉｓａ总线的传输速率能满足甚高速红外控制器设计要求，但目前许多微机系统已经逐渐淘汰ｉｓａ／ｅｉｓａ标准总线。原因是高速微处理器和低速ｉｓａ总线之间不同步，造成扩展外设只能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据，使ｃｐｕ高性能受到严重影响。
１ ｈｈｈ１１３编解码
２００１年５月，红外无线数据协会ｉｒｄａ发布了红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４４；它与前期发布的物理层规范的主要区别在于增加甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ数据速率的编解码技术和帧结构，而其它如视角范围、发射器最小(大)光功率和接收器灵敏度等规范基本相同。红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４规定数据速率小于４ｍｂｐｓ采用ｒｚｉ(归零反转)调制，最大脉冲宽度是位周期的３／１６或１／４；数据速率４ｍｂｐｓ采用４ｐｐｍ(脉冲位置调制)；数据速率１６ｍｂｐｓ采用ｈｈｈ１１３码。
ｉｒｄａ提出的ｖｆｉｒ编解码技术—ｈｈｈ１１３码是码率为２／３，(ｄｋ)＝１１３的ｒｌｌｒｕｎ－ｌｅｎｇｔｈ－ｌｉｍｉｔｅｄ码；它是一种功率消耗和频带利用率相对折中的高效编码，其中参数ｄ、ｋ分别表示在两个‘１’之间最小和最大的‘０’的数目，参数ｄ决定接收信号中有无码间干扰ｉｓｉ，参数ｋ决定接收器能否从接收序列中恢复时钟。ｈｈｈ１１３码的带宽效率使数据通信能够选择成本很低、上升／下降时间为１９ｎｓ的ｌｅｄ。功率效率避免了ｌｅｄ的热问题，它能保证１ｍ距离范围内保持链接。１ｍ距离的１６ｍｂｐｓ链路可达到过去４ｍｂｐｓ链路的驱动电流和功耗。ｈｈｈ１１３码和４ｐｐｍ码(用于４ｍｂｐｓ)的显著区别是ｈｈｈ１１３码决不允许一个红外脉冲紧跟前一个红外脉冲，脉冲之间应该保持一个ｃｈｉｐ时间差。由于光电管工作区域内有少量载流子的慢辐射，使ｌｅｄ或光电二极管表现出拖尾效应，ｈｈｈ１．１３码能够兼容拖尾效应，从而允许在ｃｈｉｐ时间周期内脉冲的扩展。
虽然ｈｈｈ１１３码的设计过程比较复杂，但ｉｒｄａ－１．４标准已经详细给出了编译码逻辑方程和电路，所以实现起来比较容易。笔者使用ａｌｔｅｒａ ｍａｘ＋ｐｌｕｓ п 进行逻辑功能仿真，并用ｇｗ４８ ｅｄａ实验系统进行硬件仿真，验证ｈｈｈ１１３码编译码电路设计的正确性。
２ 甚高速红外ｖｆｉｒ控制器的硬件设计
由于ｐｃｉ总线规定了严格的电气特性，开发ｐｃｉ总线的应用具有很大难度，因此使用ａｍｃｃａｐｐｌｉｅｄ ｍｉｃｒｏ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司推出的ｐｃｉ接口控制器ｓ５９３３实现红外控制器ｐｃｉ总线接口规范５。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器原理框图如图１所示。选用ａｌｔｅｒａ公司的ｆｌｅｘ１０ｋ系列现场可编程门阵列器件实现ｓ５９３３与红外ｔｘ／ｒｘｆｉｆｏ、寄存器的传输控制和逻辑时序以及红外接口控制逻辑和红外收发器接口功能模块(ｃｒｃ校验、编解码以及串／并转换)。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器工作原理如下：首先由ａｍｃｃ ｓ５９３３外部非易失性串行ｅｅｐｒｏｍ ａｔ２４ｃ０２下载ｐｃｉ配置空间，然后主机通过直通(ｐａｓｓ－ｔｈｒｕ)寄存器数据访问方式向红外接口控制寄存器写控制命令３。红外接口控制逻辑根据控制命令发出控制信号，使整个红外控制器处于准备状态。当上层协议发出数据发送事件时，红外接口控制逻辑发出消息，通知主机启动ｓ５９３３总线主控读操作，把上层数据写到外部红外ｔｘｆｉｆｏ数据缓冲器；同时红外接口控制逻辑根据ｔｘｆｉｆｏ状态把ｔｘｆｉｆｏ的数据发送到红外收发器接口，进行锁存、并／串转换、ｃｒｃ校验和编码，最后通过ｖｆｉｒ收发器发送数据。同理ｖｆｉｒ收发
ｐｃｉ(ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ)局部总线１是一种高性能、３２位或６４位地址数据多路复用的同步总线。它的用途是在高度集成的外设控制器件、扩展卡和处理器／存储器系统之间提供一种内部的连接机构，它规定了互连机构的协议、电气、机械以及设备配置空间。ｐｃｉ局部总线因具有极小延迟时间、支持线性突发数据传输、兼容性强以及系统能进行全自动配置等特点受到业界青睐。ｐｃｉ总线规范２．１版本还定义了由３２位数据总线扩充为６４位总线的方法，使总线宽度扩展，并对３２位和６４位ｐｃｉ局部总线外设做到向前和向后兼容。
目前微机之间的红外通信是基于ｉｒｄａ－１．１标准的红外无线串行ｓｉｒ通信，参考文献２给出了基于ｉｓａ总线的红外无线串行通信卡的设计及实现，该通信卡的数据速率为９．６ｋｂｐｓ～１１５．２ｋｂｐｓ，工作距离０～３ｍ。但由于ｒｓ－２３２端口的最高数据速率上限为１１５．２ｋｂｐｓ，不能满足ｉｒｄａ－１．４规范甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ速率要求，所以使用了ｐｃｉ同步总线扩展外设的方法设计甚高速红外控制器。虽然ｉｓａ总线的传输速率能满足甚高速红外控制器设计要求，但目前许多微机系统已经逐渐淘汰ｉｓａ／ｅｉｓａ标准总线。原因是高速微处理器和低速ｉｓａ总线之间不同步，造成扩展外设只能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据，使ｃｐｕ高性能受到严重影响。
１ ｈｈｈ１１３编解码
２００１年５月，红外无线数据协会ｉｒｄａ发布了红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４４；它与前期发布的物理层规范的主要区别在于增加甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ数据速率的编解码技术和帧结构，而其它如视角范围、发射器最小(大)光功率和接收器灵敏度等规范基本相同。红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４规定数据速率小于４ｍｂｐｓ采用ｒｚｉ(归零反转)调制，最大脉冲宽度是位周期的３／１６或１／４；数据速率４ｍｂｐｓ采用４ｐｐｍ(脉冲位置调制)；数据速率１６ｍｂｐｓ采用ｈｈｈ１１３码。
ｉｒｄａ提出的ｖｆｉｒ编解码技术—ｈｈｈ１１３码是码率为２／３，(ｄｋ)＝１１３的ｒｌｌｒｕｎ－ｌｅｎｇｔｈ－ｌｉｍｉｔｅｄ码；它是一种功率消耗和频带利用率相对折中的高效编码，其中参数ｄ、ｋ分别表示在两个‘１’之间最小和最大的‘０’的数目，参数ｄ决定接收信号中有无码间干扰ｉｓｉ，参数ｋ决定接收器能否从接收序列中恢复时钟。ｈｈｈ１１３码的带宽效率使数据通信能够选择成本很低、上升／下降时间为１９ｎｓ的ｌｅｄ。功率效率避免了ｌｅｄ的热问题，它能保证１ｍ距离范围内保持链接。１ｍ距离的１６ｍｂｐｓ链路可达到过去４ｍｂｐｓ链路的驱动电流和功耗。ｈｈｈ１１３码和４ｐｐｍ码(用于４ｍｂｐｓ)的显著区别是ｈｈｈ１１３码决不允许一个红外脉冲紧跟前一个红外脉冲，脉冲之间应该保持一个ｃｈｉｐ时间差。由于光电管工作区域内有少量载流子的慢辐射，使ｌｅｄ或光电二极管表现出拖尾效应，ｈｈｈ１．１３码能够兼容拖尾效应，从而允许在ｃｈｉｐ时间周期内脉冲的扩展。
虽然ｈｈｈ１１３码的设计过程比较复杂，但ｉｒｄａ－１．４标准已经详细给出了编译码逻辑方程和电路，所以实现起来比较容易。笔者使用ａｌｔｅｒａ ｍａｘ＋ｐｌｕｓ п 进行逻辑功能仿真，并用ｇｗ４８ ｅｄａ实验系统进行硬件仿真，验证ｈｈｈ１１３码编译码电路设计的正确性。
２ 甚高速红外ｖｆｉｒ控制器的硬件设计
由于ｐｃｉ总线规定了严格的电气特性，开发ｐｃｉ总线的应用具有很大难度，因此使用ａｍｃｃａｐｐｌｉｅｄ ｍｉｃｒｏ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司推出的ｐｃｉ接口控制器ｓ５９３３实现红外控制器ｐｃｉ总线接口规范５。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器原理框图如图１所示。选用ａｌｔｅｒａ公司的ｆｌｅｘ１０ｋ系列现场可编程门阵列器件实现ｓ５９３３与红外ｔｘ／ｒｘｆｉｆｏ、寄存器的传输控制和逻辑时序以及红外接口控制逻辑和红外收发器接口功能模块(ｃｒｃ校验、编解码以及串／并转换)。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器工作原理如下：首先由ａｍｃｃ ｓ５９３３外部非易失性串行ｅｅｐｒｏｍ ａｔ２４ｃ０２下载ｐｃｉ配置空间，然后主机通过直通(ｐａｓｓ－ｔｈｒｕ)寄存器数据访问方式向红外接口控制寄存器写控制命令３。红外接口控制逻辑根据控制命令发出控制信号，使整个红外控制器处于准备状态。当上层协议发出数据发送事件时，红外接口控制逻辑发出消息，通知主机启动ｓ５９３３总线主控读操作，把上层数据写到外部红外ｔｘｆｉｆｏ数据缓冲器；同时红外接口控制逻辑根据ｔｘｆｉｆｏ状态把ｔｘｆｉｆｏ的数据发送到红外收发器接口，进行锁存、并／串转换、ｃｒｃ校验和编码，最后通过ｖｆｉｒ收发器发送数据。同理ｖｆｉｒ收发
目前微机之间的红外通信是基于ｉｒｄａ－１．１标准的红外无线串行ｓｉｒ通信，参考文献２给出了基于ｉｓａ总线的红外无线串行通信卡的设计及实现，该通信卡的数据速率为９．６ｋｂｐｓ～１１５．２ｋｂｐｓ，工作距离０～３ｍ。但由于ｒｓ－２３２端口的最高数据速率上限为１１５．２ｋｂｐｓ，不能满足ｉｒｄａ－１．４规范甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ速率要求，所以使用了ｐｃｉ同步总线扩展外设的方法设计甚高速红外控制器。虽然ｉｓａ总线的传输速率能满足甚高速红外控制器设计要求，但目前许多微机系统已经逐渐淘汰ｉｓａ／ｅｉｓａ标准总线。原因是高速微处理器和低速ｉｓａ总线之间不同步，造成扩展外设只能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据，使ｃｐｕ高性能受到严重影响。
１ ｈｈｈ１１３编解码
２００１年５月，红外无线数据协会ｉｒｄａ发布了红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４４；它与前期发布的物理层规范的主要区别在于增加甚高速红外ｖｆｉｒ １６ｍｂｐｓ数据速率的编解码技术和帧结构，而其它如视角范围、发射器最小(大)光功率和接收器灵敏度等规范基本相同。红外串行物理层规范ｉｒｄａ－１．４规定数据速率小于４ｍｂｐｓ采用ｒｚｉ(归零反转)调制，最大脉冲宽度是位周期的３／１６或１／４；数据速率４ｍｂｐｓ采用４ｐｐｍ(脉冲位置调制)；数据速率１６ｍｂｐｓ采用ｈｈｈ１１３码。
ｉｒｄａ提出的ｖｆｉｒ编解码技术—ｈｈｈ１１３码是码率为２／３，(ｄｋ)＝１１３的ｒｌｌｒｕｎ－ｌｅｎｇｔｈ－ｌｉｍｉｔｅｄ码；它是一种功率消耗和频带利用率相对折中的高效编码，其中参数ｄ、ｋ分别表示在两个‘１’之间最小和最大的‘０’的数目，参数ｄ决定接收信号中有无码间干扰ｉｓｉ，参数ｋ决定接收器能否从接收序列中恢复时钟。ｈｈｈ１１３码的带宽效率使数据通信能够选择成本很低、上升／下降时间为１９ｎｓ的ｌｅｄ。功率效率避免了ｌｅｄ的热问题，它能保证１ｍ距离范围内保持链接。１ｍ距离的１６ｍｂｐｓ链路可达到过去４ｍｂｐｓ链路的驱动电流和功耗。ｈｈｈ１１３码和４ｐｐｍ码(用于４ｍｂｐｓ)的显著区别是ｈｈｈ１１３码决不允许一个红外脉冲紧跟前一个红外脉冲，脉冲之间应该保持一个ｃｈｉｐ时间差。由于光电管工作区域内有少量载流子的慢辐射，使ｌｅｄ或光电二极管表现出拖尾效应，ｈｈｈ１．１３码能够兼容拖尾效应，从而允许在ｃｈｉｐ时间周期内脉冲的扩展。
虽然ｈｈｈ１１３码的设计过程比较复杂，但ｉｒｄａ－１．４标准已经详细给出了编译码逻辑方程和电路，所以实现起来比较容易。笔者使用ａｌｔｅｒａ ｍａｘ＋ｐｌｕｓ п 进行逻辑功能仿真，并用ｇｗ４８ ｅｄａ实验系统进行硬件仿真，验证ｈｈｈ１１３码编译码电路设计的正确性。
２ 甚高速红外ｖｆｉｒ控制器的硬件设计
由于ｐｃｉ总线规定了严格的电气特性，开发ｐｃｉ总线的应用具有很大难度，因此使用ａｍｃｃａｐｐｌｉｅｄ ｍｉｃｒｏ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司推出的ｐｃｉ接口控制器ｓ５９３３实现红外控制器ｐｃｉ总线接口规范５。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器原理框图如图１所示。选用ａｌｔｅｒａ公司的ｆｌｅｘ１０ｋ系列现场可编程门阵列器件实现ｓ５９３３与红外ｔｘ／ｒｘｆｉｆｏ、寄存器的传输控制和逻辑时序以及红外接口控制逻辑和红外收发器接口功能模块(ｃｒｃ校验、编解码以及串／并转换)。甚高速红外ｖｆｉｒ控制器工作原理如下：首先由ａｍｃｃ ｓ５９３３外部非易失性串行ｅｅｐｒｏｍ ａｔ２４ｃ０２下载ｐｃｉ配置空间，然后主机通过直通(ｐａｓｓ－ｔｈｒｕ)寄存器数据访问方式向红外接口控制寄存器写控制命令３。红外接口控制逻辑根据控制命令发出控制信号，使整个红外控制器处于准备状态。当上层协议发出数据发送事件时，红外接口控制逻辑发出消息，通知主机启动ｓ５９３３总线主控读操作，把上层数据写到外部红外ｔｘｆｉｆｏ数据缓冲器；同时红外接口控制逻辑根据ｔｘｆｉｆｏ状态把ｔｘｆｉｆｏ的数据发送到红外收发器接口，进行锁存、并／串转换、ｃｒｃ校验和编码，最后通过ｖｆｉｒ收发器发送数据。同理ｖｆｉｒ收发
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