VHDL实现专用串行通信芯片设计——同步收发器

"本文介绍了如何使用VHDL设计专用串行通信芯片，特别是在同步传输协议需求下，如何利用现代可编程ASIC技术，如FPGA和CPLD，来替代传统逻辑元器件，提高设计效率和系统稳定性。文章通过实例展示了在统计时分复用器系统中设计专用SRT（同步收发器）的过程，并详细分析了SRT的模块组成和功能。" 在通信领域，通信芯片扮演着至关重要的角色，它们负责OSI模型物理层的数据发送与接收，并能依据不同的传输方式和协议执行数据校验和组帧。通常，市场上的串行通信芯片分为同步和异步两种类型，异步芯片多与INTEL的8250兼容，而同步芯片则需支持特定的协议，如BSC、HDLC、SDLC等。以往，设计专用的同步收发器往往依赖于传统的逻辑元件，这种方法可能导致设计周期长、系统稳定性差。 随着FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）的发展，现在可以通过电子设计自动化（EDA）工具，根据具体需求定制通信芯片。以统计时分复用器为例，这种设备能够复接7路异步数据和1路同步数据。为了降低成本和功耗，设计者可以选择将专用SRT和接口控制单元整合到单片CPLD中。 在CPLD内部，SRT的主要功能模块包括接口控制单元和SRT本身。SRT设计借鉴了与INTEL 8250兼容的UART，以简化主控单元的编程。这样做可以统一访问外部通信芯片的操作流程，使系统更易维护。SRT的结构通常包括数据缓冲区、波特率发生器、帧同步电路、数据校验模块以及控制逻辑等组成部分。 数据缓冲区用于暂存待发送或接收的数据，波特率发生器则根据设定的速率产生时钟信号，控制数据的传输速度。帧同步电路确保数据帧的正确发送和接收，而数据校验模块则执行如CRC（循环冗余校验）等算法，检测数据传输过程中可能出现的错误。控制逻辑协调这些模块的工作，响应来自主控单元的命令，处理各种通信状态。 设计这样一个专用SRT，工程师需要深入理解VHDL语言，用其描述各个模块的功能和相互间的交互。VHDL是一种硬件描述语言，它允许开发者以接近于自然语言的方式定义硬件结构和行为。通过综合工具，VHDL代码可以转换成门级网表，进而编程到FPGA或CPLD中，实现硬件功能。 使用VHDL设计专用串行通信芯片能够显著提升设计灵活性和系统性能，缩短开发周期，并确保设计满足特定的通信协议需求。这种技术的应用对于现代通信系统，尤其是那些需要定制化解决方案的场合，具有极大的价值。