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浅谈一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法及实现作者：孙广海来源：《科学与信息化》2020年第27期摘要对于任何设备而言，无不重视对外交互接口的时效性和正确性。
如何在有限的资源条件下保证通信的实时性和正确性成了通信设计的关注重点。
本文介绍了一种基于FPGA实现双冗余422串口通信方法。
关键词 FPGA;双冗余;实时性;正确性1 技术领域本方法涉及电子对抗领域，尤其是电子对抗中与外部接口通信处理，具体而言涉及一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法设计。
本方法提供一种基于FPGA的双冗余RS422通信方法及实现，该方法采用FPGA实现了双路RS422串口通信的冗余备份，同时解决了每路RS422串口通信的主/从应答机制，提高了通信的实时性，同时降低了应用层任务处理资源的消耗[1]。
2 背景技术在现代电子对抗中，无论对于哪种系统设备而言，与外部接口通信都是关键环节。
接收外部命令消息，上报自身设备信息都必须依赖于外部接口，所以外部接口通信尤其要保证稳定、高效。
随着近年来电子技术的发展，雷达体制和信号形式变得越来越复杂而多样，战场空间电磁密度不断提升。
各型设备上报的信息越来越复杂，数据量越来越大，对外部接口设计的实时性要求越来越高。
而由于受限与平台总线形式和外部接口通信协议，通信方法设计难度随之提升，且重要性不言而喻。
下面介绍某型平台上某型设备对外通信方法设计。
该型直升机机上配置的是RS422总线，机上综合任务系统与某型设备系统（以下简称设备系统）通过两路RS422实现通信，两路RS422为双冗余关系。
为实现每路RS422通信的可靠性，定义通信协议为点对点的主/从应答式全双工422通信（传输周期50ms），综合任务系统为主端，设备系统为从端。
主端主动发送通信消息，从端在接收到主端发送的消息时，按照消息块号判断主端发送报文的正确性，正确则发送自身需上报的消息，主端接收到从端发送的消息报文时，根据从端发送的消息块号判断从端发送报文的正确性，正确则发送下一包报文，否则，重新发送当前报文。
基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计摘要：串口作为一种常见的通信接口，在嵌入式系统中广泛应用。
本文基于FPGA（Field Programmable Gate Array）和W5500芯片，设计了一种串口数据切换系统。
该系统能够实现多个串口的数据交换和切换操作，并具备高速传输和稳定性。
关键词：FPGA，W5500，串口，数据切换1. 引言串口是一种用于在设备之间进行数据传输的通信接口，在各种嵌入式系统中得到广泛应用。
然而，常见的串口接口数量有限，无法满足复杂系统对多串口的需求。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于FPGA和W5500芯片的串口数据切换系统。
2. FPGA和W5500芯片简介2.1 FPGAFPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需求进行编程，实现不同的电路功能。
其灵活性和高度可定制性使得FPGA成为嵌入式系统设计的重要工具。
2.2 W5500芯片W5500是一种以太网控制器，其集成了MAC（Media Access Control）和PHY（Physical Layer）功能。
该芯片能够实现高速数据传输，并支持TCP/IP协议栈。
3. 系统设计3.1 硬件设计本系统使用FPGA作为核心控制器，通过FPGA与多个串口通信。
为了实现数据切换，本文引入W5500芯片，利用其高速传输和稳定性，实现串口数据的交换和切换。
具体的硬件设计包括FPGA和W5500的连接，以及串口与W5500的连接。
3.2 软件设计本系统的软件设计主要包括FPGA的逻辑设计和W5500的驱动程序设计。
FPGA的逻辑设计根据具体需求，编写程序实现串口数据的交换和切换。
W5500的驱动程序设计则包括数据的接收和发送等功能。
4. 系统性能测试为了验证本系统的性能，对其进行了多方面的测试。
首先，测试系统能够稳定运行并实现串口数据的交换和切换。
其次，测试系统的数据传输速度和实时性，确保系统能够满足实际应用的需求。
基于FPGA的高速串行数据收发接口设计随着信息技术的不断发展，高速串行数据收发接口已经成为许多应用领域中的关键技术。
而基于FPGA的高速串行数据收发接口设计，可以充分发挥FPGA的并行计算和可编程性优势，实现高速数据传输和处理。
本文将介绍基于FPGA的高速串行数据收发接口的设计原理、关键技术和应用。
一、设计原理在高速串行数据收发接口中，主要涉及到以下几个方面的技术：物理接口、时钟同步、帧同步、数据编码和解码、差分信号传输等。
1.物理接口物理接口是指FPGA与外部设备之间进行数据传输的接口。
常见的物理接口包括LVDS、USB、PCIe等。
在设计中，需要选择合适的物理接口，并实现与FPGA之间的连接。
2.时钟同步时钟同步是指接收端与发送端的时钟信号保持同步，以确保数据的准确传输。
常见的时钟同步技术包括PLL锁相环、FIFO缓存等。
在设计中，需要使用适当的时钟同步技术，保证数据的稳定传输。
3.帧同步帧同步是指接收端能够正确识别数据帧的起始和结束标志，以及数据帧中的各个字段。
在设计中，通过使用标志位或者特定的编码格式，可以实现帧同步，保证数据的正确接收和解析。
4.数据编码和解码数据编码和解码是指将要传输的数据进行编码，以提高传输速率和抗干扰能力。
常见的数据编码和解码算法包括差分编码、曼彻斯特编码、8b/10b编码等。
在设计中，需要根据具体的应用需求，选择合适的数据编码和解码算法。
5.差分信号传输差分信号传输是指将发送端的信号分为正负两路进行传输，以提高传输速率和抗干扰能力。
差分信号传输可以有效抑制共模干扰和噪声，提高信号的可靠传输。
二、关键技术在基于FPGA的高速串行数据收发接口设计中，需要关注以下几个关键技术。
1.时钟和数据恢复由于传输中的时钟和数据可能存在相位偏移和抖动等问题，因此需要使用时钟和数据恢复技术来保持时钟的稳定，并将数据恢复到正确的状态。
2.信号完整性由于传输线上会存在反射、串扰等问题，需要采取合适的电路设计和布线策略，以提高信号的抗干扰能力和抗噪声能力，保证数据的可靠传输。
FPGA和单片机串行通信接口的实现FPGA（Field-Programmable Gate Array）和单片机（Microcontroller）是两种常用的数字电子设备，它们在串行通信接口方面有不同的实现方式。
首先，我们需要了解串行通信是一种将数据以位的形式逐个传输的通信方式。
常见的串行通信协议包括UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C （Inter-Integrated Circuit）等。
对于FPGA和单片机之间的串行通信，我们可以基于以下几种方式进行实现：1. UART：UART是一种常见的串行通信协议，可以实现全双工的通信。
在FPGA和单片机之间建立UART通信，需要在FPGA中实现UART模块，并将其与单片机的UART接口连接。
在FPGA中，我们可以使用硬件语言（如Verilog或VHDL）来实现UART模块，该模块负责将FPGA内部的数据通过UART协议进行封装和解封装。
单片机与FPGA之间通过TX（发送）和RX （接收）引脚建立连接。
单片机可以通过串口发送数据给FPGA，FPGA接收到数据后进行处理，然后再通过串口将处理后的数据发送给单片机。
2.SPI：SPI是一种用于片上外设之间通信的串行通信协议，常用于FPGA与外部设备（例如传感器、显示器等）之间的通信。
在FPGA和单片机之间建立SPI通信，需要在FPGA中实现SPI控制器，并将其与单片机的SPI接口连接。
FPGA通过把数据写入SPI发送缓冲区或从SPI接收缓冲区读取数据来实现与单片机的通信。
单片机通过控制SPI接口的时钟、数据和使能信号来与FPGA进行数据传输。
3.I2C：I2C是一种双线制串行总线，常用于连接多个设备的系统，例如FPGA、单片机和其他外部设备之间的通信。
在FPGA和单片机之间建立I2C通信，需要在FPGA中实现I2C控制器，并将其与单片机的I2C接口连接。
module chuankou_1(clk,rxd,dig_bit,dig_seg);
input clk,rxd;
output[1:0]dig_bit;
output[7:0]dig_seg;
reg[1:0]dig_bit;
reg[7:0]dig_seg;
reg flag_bit;//数码管位标志
//使用9600bps的波特率，使用其16倍频进行读取；
reg clk_rxd;//16倍频，对于50MHZ的时钟，其分频系数为8'hA1;
reg[7:0]cnt_clk_rxd;
reg[3:0]cnt_read;//对16倍频的周期信号进行计数，每16次清零，并开始读取下一位数据；reg r1,r2,r3;//对每一位数读三次，以保证准确率；
reg[7:0]data;//用来逐位接收串口的数据；
reg[3:0]cnt_bit;//对data进行位选择；
reg[2:0]state;
reg clk_led;//数码管显示使用
reg[11:0]cnt_clk_led;
reg[3:0]num;
//产生16倍频的时钟；
always@(posedge clk)
begin
if(cnt_clk_rxd>=8'ha1)
begin
cnt_clk_rxd<=8'd0;
clk_rxd<=~clk_rxd;
end
else
cnt_clk_rxd<=cnt_clk_rxd+1'b1;
end
parameter IDLE=3'b000,
READ=3'b001,
WRITE=3'b010;
always@(posedge clk_rxd)
begin
case(state)
IDLE:
begin
if(rxd==1'b1)
begin
state<=IDLE;
cnt_read<=4'd0;
end
else
begin
if(cnt_read<4'd15)
begin
cnt_read<=cnt_read+1'b1;
state<=IDLE;
end
else
begin
cnt_read<=4'd0;
state<=READ;
end
end
end
READ:
begin
if(cnt_bit<=4'd7)
begin
if(cnt_read==4'd4)
begin
cnt_read<=cnt_read+1'b1;
r1<=rxd;
state<=READ;
end
else if(cnt_read==4'd9)
begin
cnt_read<=cnt_read+1'b1;
r2<=rxd;
state<=READ;
end
else if(cnt_read==4'd12)
begin
cnt_read<=cnt_read+1'b1;
r3<=rxd;
state<=READ;
end
else if(cnt_read==4'd15)
begin
if((r1==r2)&&(r2==r3)&&(r1==r3))
begin
data[cnt_bit]<=r3;//取值;
state<=READ;
cnt_read<=4'd0;
cnt_bit<=cnt_bit+1'b1;
end
else
begin
cnt_bit<=4'd0;
state<=IDLE;
cnt_read<=4'd0;
end
end
else
begin
state<=READ;
cnt_read<=cnt_read+1'b1;
end
end
else
begin
state<=WRITE;
cnt_bit<=4'd0;
end
end
WRITE://此状态暂时未用；
begin
state<=IDLE;
end
default:
state<=IDLE;
endcase
end
//以下是数码管显示部分；
parameter segcode0=8'b1100_0000;
parameter segcode1=8'b1111_1001;
parameter segcode2=8'b1010_0100;
parameter segcode3=8'b1011_0000;
parameter segcode4=8'b1001_1001;
parameter segcode5=8'b1001_0010;
parameter segcode6=8'b1000_0010;
parameter segcode7=8'b1111_1000;
parameter segcode8=8'b1000_0000;
parameter segcode9=8'b1001_0000;
parameter segcodea=8'h88;
parameter segcodeb=8'h83;
parameter segcodec=8'hc6;
parameter segcoded=8'ha1;
parameter segcodee=8'h86;
parameter segcodef=8'h8e;
always@(posedge clk)
begin
if(cnt_clk_led>=12'h9c3)
begin
cnt_clk_led<=12'd0;
clk_led<=~clk_led;
end
else
cnt_clk_led<=cnt_clk_led+1'b1;
end
always@(posedge clk_led)
begin
flag_bit<=flag_bit+1'b1;
case(flag_bit)
1'b0:dig_bit<=2'b10;
1'b1:dig_bit<=2'b01;
endcase
end
always@(posedge clk_led)
begin
case(flag_bit)
1'b0:num<=data[3:0];
1'b1:num<=data[7:4];
endcase
end
always@(num)
begin
case(num)
4'd0:dig_seg<=segcode0;
4'd1:dig_seg<=segcode1;
4'd2:dig_seg<=segcode2;
4'd3:dig_seg<=segcode3;
4'd4:dig_seg<=segcode4;
4'd5:dig_seg<=segcode5;
4'd6:dig_seg<=segcode6;
4'd7:dig_seg<=segcode7;
4'd8:dig_seg<=segcode8;
4'd9:dig_seg<=segcode9;
4'd10:dig_seg<=segcodea;
4'd11:dig_seg<=segcodeb;
4'd12:dig_seg<=segcodec;
4'd13:dig_seg<=segcoded;
4'd14:dig_seg<=segcodee;
4'd15:dig_seg<=segcodef;
endcase
end
endmodule。
