高级在轨系统下行链路控制器的设计与实现

时间:2022-04-30 13:16:16 其他范文 收藏本文 下载本文

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高级在轨系统下行链路控制器的设计与实现

篇1:高级在轨系统下行链路控制器的设计与实现

高级在轨系统下行链路控制器的设计与实现

在对AOS系统进行功能模块划分的基础上,介绍了系统中一个非常关键的'组成部分下行链路控制器.该方案采用我国自主知识产权的核心器件--方舟系列CPU芯片,在Linux操作系统下设计与实现下行链路控制器,并给出了其主要的工作流程.试验结果表明该下行链路控制器较好地实现了多路数据的包装与复用.

作 者:丁艳会 李健 DING YANHUI LI JIAN  作者单位:内蒙古工业大学信息工程学院,内蒙古,010051 刊 名:微计算机信息  PKU英文刊名:CONTROL & AUTOMATION 年,卷(期): 24(4) 分类号:V19 关键词:AOS   下行链路控制器   方舟   包装   复用  

篇2:利用高级在轨系统实现高速同/异步混合复接

利用高级在轨系统实现高速同/异步混合复接

空间数据传输系统中,音、视频数据的传输变得越来越重要.由于音、视频传输对等时性和实时性要求高,并且视频数据的速率高,数据量大,传统的做法是为音、视频信息单独开辟一个信道传输,但这样会耗费大量的资源.而将视频、音频和异步数据混合复接传输,可以提高信道利用率.针对这种任务,利用国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)高级在轨系统(AOS)建议,提出了两级复用的方案和虚拟信道调度的.算法,以满足视频、音频数据传输的等时性和异步数据传输的灵活性,并设计了演示系统.

作 者:公绪晓 白云飞 GONG Xu-xiao BAI Yun-fei  作者单位:公绪晓,GONG Xu-xiao(中国科学院,空间科学与应用研究中心,北京,100080;中国科学院,研究生院,北京,100049)

白云飞,BAI Yun-fei(中国科学院,空间科学与应用研究中心,北京,100080)

刊 名:计算机工程与设计  ISTIC PKU英文刊名:COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN 年,卷(期): 27(19) 分类号:V443+.1 TN914.3 关键词:国际空间数据系统咨询委员会   高级在轨系统   同/异步混合复接   虚拟信道调度   等时传输  

篇3:路灯照明系统中的组群控制器设计与实现

路灯照明系统中的组群控制器设计与实现

摘要:论述数字路灯照明系统中组群控制器的功能,给出基于双微处理器的组群控制器核心电路设计方案与实现方法,并介绍系统主要软件结构框图。

关键词:数字路灯照明双微处理器 PIC16F877 PIC16F873

前言

公共照明系统广泛采用高压钠灯(high pressure sodium lamp)或金属卤化物灯(metallic halide lamp),传统照明系统经常采用电感镇流器,照明灯具采用统一开关控制方案。

随着数字技术和网络技术的发展,公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等,已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统在国内首次实现了远程单个路灯节点的任意监控,并重点介绍了系统的核心设备――组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。

1 数字路灯照明系统

图1给出了数字路灯系统的.系统组成原理图。在该系统中,每个路灯节点采用全数字化电子镇流器,可以实现0%、50%、80%、100%功率输出,可以随时发送路灯的电流、电压信息,并具有开路、断路和路灯老化报警功能。每一个路灯节点内包含一个电力载波通信(PLC)模块,利用电力载波模块实现路灯节点之间以及路灯节点与组群控制器之间信息通信。组群控制器采用双CPU结构,负责日常系统的正常运行控制,并可以随时响应上位管理计算机发出的指令。组群控制器与照明管理计算机通过GSM/GPRS短信方式实现正常情况下的通信。在组群控制器发生故障的情况下,照明管理计算机可以通过GSM/GPRS直接实现路灯线路的开关控制,实现系统安全双保险。照明管理计算机采用地理信息系统(GIS)技术,实现图形化动态实时监控管理。

图2

2 组群控制器工作原是与系统组成

2.2 组群控制器系统组成

图2给出了一种组群控制器设计方案。它包括CPU模块、线路状态检测模块、交流接触器驱动模块、后备电源模块、时钟模块、控制策略模块、电能计量模块、温湿度检测模块、GSM通信模块和电力载波通信模块。CPU模块采用CPU结构。主微控制器采用高性能、8位、40引脚、具有8KBFlash、多路8位A/D的RISC单片机PIC16F877,负责与GSM通信模块和电力载波模块通信,与交流接触器驱动控制,与实时时钟的读取和校准以及根据照明控制策略发送控制指令等功能。从微控制器采用与主微控制器同一系列的高性能8位、28引脚、多路8位A/D、具有4KB Flash的RISC单片机PIC16F873。该控制器负责管理电能计量模块、后备电源及监控模块、温湿度监控模块和线路状态检测模块等。

图3

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[1] [2] [3]

篇4:路灯照明系统中的组群控制器设计与实现

路灯照明系统中的组群控制器设计与实现

摘要:论述数字路灯照明系统中组群控制器的功能,给出基于双微处理器的组群控制器核心电路设计方案与实现方法,并介绍系统主要软件结构框图。

关键词:数字路灯照明双微处理器 PIC16F877 PIC16F873

前言

公共照明系统广泛采用高压钠灯(high pressure sodium lamp)或金属卤化物灯(metallic halide lamp),传统照明系统经常采用电感镇流器,照明灯具采用统一开关控制方案。

随着数字技术和网络技术的发展,公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等,已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统在国内首次实现了远程单个路灯节点的任意监控,并重点介绍了系统的核心设备――组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。

(本网网收集整理)

1 数字路灯照明系统

图1给出了数字路灯系统的系统组成原理图。在该系统中,每个路灯节点采用全数字化电子镇流器,可以实现0%、50%、80%、100%功率输出,可以随时发送路灯的电流、电压信息,并具有开路、断路和路灯老化报警功能。每一个路灯节点内包含一个电力载波通信(PLC)模块,利用电力载波模块实现路灯节点之间以及路灯节点与组群控制器之间信息通信。组群控制器采用双CPU结构,负责日常系统的`正常运行控制,并可以随时响应上位管理计算机发出的指令。组群控制器与照明管理计算机通过GSM/GPRS短信方式实现正常情况下的通信。在组群控制器发生故障的情况下,照明管理计算机可以通过GSM/GPRS直接实现路灯线路的开关控制,实现系统安全双保险。照明管理计算机采用地理信息系统(GIS)技术,实现图形化动态实时监控管理。

图2

2 组群控制器工作原是与系统组成

2.2 组群控制器系统组成

图2给出了一种组群控制器设计方案。它包括CPU模块、线路状态检测模块、交流接触器驱动模块、后备电源模块、时钟模块、控制策略模块、电能计量模块、温湿度检测模块、GSM通信模块和电力载波通信模块。CPU模块采用CPU结构。主微控制器采用高性能、8位、40引脚、具有8KBFlash、多路8位A/D的RISC单片机PIC16F877,负责与GSM通信模块和电力载波模块通信,与交流接触器驱动控制,与实时时钟的读取和校准以及根据照明控制策略发送控制指令等功能。从微控制器采用与主微控制器同一系列的高性能8位、28引脚、多路8位A/D、具有4KB Flash的RISC单片机PIC16F873。该控制器负责管理电能计量模块、后备电源及监控模块、温湿度监控模块和线路状态检测模块等。

图3

2.3 双CPU通信方法与RS-485通信

虽然PIC16F87x系列单片机外围通信接口丰富,但是,整个系统通信复杂,接口资源仍然很紧张。主从CPU的可靠通信,是组群控制器可靠工作的关键之一。

根据资源分配,主微控制器PIC16F877与从微控制器PIC16F873采用SPI接口,并以主从方式通信。根据系统端口配置需要,PIC16F873采用硬件SPI接口方式,PIC16F877采用普通I/O口RB1~RB3来模拟硬件SPI口,即软件SPI接口。PIC16F877的SPI硬件资源分配给E2PROM 24C64使用。PIC16F873的SPI接口工作在从模式下,PIC16F877需要选用一个普通I/O口(这里是RB4)与PIC16F873的SPI通信控制端RA4/SS相连,控制SI通信的发起与结束,如图3所示。每次通信都是由PIC16F877发起,PIC16F873响应。

图4

电能计量模块为单独模块,能够测量供电线路的电压、电流、功率、功率因数等参数,并具有标准的RS-485接口。为此,PIC16F873利用硬串口RC6/TX和RC7/RX,通过RS485接口变换,与电能计量模块JP1相连。这里MAX485芯片作为485总线接口转换芯片,用RC2作为RS-485总线通信输入/输出使能控制端,控制信号的读入和送出。

2.4 交流接触器控制与状态保持

组群控制器的一项重要任务是通过固体继电器SSR和交流接触器实现照明线路供电控制。固体继电器为DC3~24V输入,AC220V输出,其输入由NPN型三极管9013驱动。由于系统实际运行过程中存在各种干扰,若则相关引脚很可能会出现跳变信号或三态,造成交流接触器误动作。因此“锁定”复位前状态,对保证系统可靠性非常重要。这里采用了由1个D触发器、1个光耦、3个电阻和3个I/O引脚组成的采样/保持电路,如图4所示。D触发器复位端R和置位端S分别接地,数据端D接CPU的数据控制端RE0,时钟端CLK通过光耦TIP521接CPU的时钟产生控制端RE1和RE2。保持电路的关键在于RE0、RE1、RE2单个

引脚误动作无法产生有效时钟和控制指令。即使CPU发生复位,由RC0脚读回固态继电器当前工作状态,并将RE0输出(D触发器输入)置成该状态,进而保证SSR不产生误动作。电阻R32为上拉电阻,保证RE2出现三态时光耦不产生误导通。电阻R33起限流作用。实际证明该电路是有效的。

图5

2.5 时钟与控制策略

要实现自动定时控制,系统时钟和系统预存控制策略是关键。组群控制器采用DS1302时钟芯片,为系统提供实时时钟。DS1302是一种带备份电源的、8脚、具有I2C串行通信功能的高性能、低功耗时钟芯片,提供秒、分、时、日、周、月、年日历功能。I2C串行总线SCL和SDA分别需要一个上拉电阻。主微控制器PIC16F877采用硬件I2C接口(RC3/SCL和RC4/SDA)与DS1302通信,如图5所示。组群控制器可以实现远程时钟校准。

图6

组群控制器将每日控制策略时间表Table1、季节划分时间表Table2、季节控制策略时间表Table3和节假日控制时间表Table4存储在E2PROM 24C64中。24C64是容量为8KB、支持两线的I2C串行通信、1000000次擦写的E2PROM。主微控制器PIC16F877采用2个普通I/O口(RD1和RD2)模拟I2C串行总线,即实现软件I2C总线接口。组群控制器根据读得的日历信息和时间信息,对照各种控制策略时间表,发布开关灯及调光控制指令。

2.6 软件实现

组群控制器软件分为主微处理器软件和从微处理器软件。主微控制器一方面负责通过GSM与照明管理计算机(简称上位机)通信,接收、解析和执行上位机发来的各种命令,并将执行结果发送给上位机;另一方面,主控制器在没有GSM信息的情况下,完成其它一些任务,软件流程图如图6所示。图7给出了从微控制器软件的简要流程图。

结语

城市路灯照明系统是城市街道、高速公路、机场、火车站、标志性建筑、景观性建筑等处的重要系统。建立一个实用的、可靠的数字化和网络化和路灯照明系统是非常不易的。由于篇幅所限,本文仅给出了组群控制器的关键硬件设计电路和核心软件框图,还有许多具体细节没有阐述。实验表明,该系统设计是合理和可靠的。

篇5:在信息化条件下行政决策辅助系统的实现

在信息化条件下行政决策辅助系统的实现

摘要:行政决策辅助系统可以辅助各级政府部门领导进行科学决策,有利于提高政府决策效率和决策结果的合理性、时效性和适应性。文章从系统科学的角度分析了行政决策辅助系统的体系结构,并对系统构建的思路、方法及使用的关键技术进行了阐述。

关键词:信息化;数据仓库;行政决策;辅助决策

长久以来信息的不完备是影响管理者进行理性判断和决策的直接原因之一,而现有的数据库系统虽然可以高效地实现数据的录入、查询和部分统计等功能,但是无法发现数据中存在的关系和规则,无法根据现有的数据预测未来的发展趋势。因此,杭州市西湖区院为了在检察业务信息、队伍建设情况和综合行政事务方面辅助领导决策,建设应用行政决策辅助系统,将各科室以往分散的数据资源进行整合,并充分发挥电子政务平台的优势,通过系统提供的多种分析功能进行多角度、多层次的分析,将各类数据转化为院领导决策所需要的信息。它的实施使得行政决策者可以在广泛了解决策所需信息的前提下进行决策,避免了靠经验决策和决策信息不完备导致的决策的盲目性现象,从而提高了行政决策的科学性和合理性,支持与强化行政决策过程。

一、系统架构及技术分析

系统架构主要由数据仓库系统、模型库系统、知识库系统及可视化接口4部分构成。采用的关键技术是数据仓库技术(DW)、数据挖掘技术(DM)、在线分析处理技术(OLAP)。

(一)数据仓库的作用

电子政务的决策过程是一个从非结构化数据中抽取结构化信息,再提供非结构化决策分析结果的过程。因此,为了营造良好的电子政务决策数据环境,获得高质量的数据分析结果,建立适合政府决策的数据仓库系统是电子政务决策支持系统的关键环节,以确保政务系统中的数据能够更好地发挥分析、决策的作用。这种数据仓库系统的功能要能向两个不同方向拓展,一是广度计算,二是深度计算。广度计算是使数据仓库系统的应用范围尽量扩大,能基本涵盖市级政府决策、服务的领域;深度计算使数据仓库系统克服了以往数据库简单数据操作处理(即事务处理)的缺点,对数据处理提出了更高的要求,使其能更多地参与政府对数据分析和决策的制定等工作。

(二)模型库系统的功能

模型库系统包括模型库及其管理系统,模型库是一个包含有财务、统计、运筹和其他定量模型的软件包,存放解决行政管理问题的经验模型,是为决策提供分析能力的部件,给予决策者通过推理、比较、选择来分析、预测和解答整个问题的能力。因此,研究一些决策支持模型,建立一个政府决策的模型库系统是完成系统的关键环节之一。这种模型库系统应具有以下两个特点,一是能实现多目标决策;二是能实现多领域、多部门、多用途的决策,即按经济内容来看应具有预测类模型、综合平衡模型、结构优化模型、经济控制类模型等,按决策活动来看应有规划模型、推理模型、分析模型、预测模型、评估模型等。

(三)知识库系统的功能

知识库系统包括知识库及知识库管理系统,其功能是对知识进行系统化组织与管理,存储、增加、删除、修改和查询知识,以及对知识进行一致性和完整性校验。知识库与数据库既有区别又有联系,从知识的逻辑表示观点来看,关系数据库是一种简单的知识库,数据库中的每一个关系是一个原子公式,即一个谓词,关系中的元组即是知识中的事实,因此利用关系数据库来建造知识库,就可以充分利用关系数据库管理系统的功能,便于知识库管理系统的设计与实现。

(四)可视化接口

可视化接口包括预测、分析、查询和维护等4个子系统。通过数据分析和预测工具对数据仓库中的数据进行多维分析、汇总,结果可以用二维表、饼图、折线图和直方图表示。

二、数据挖掘的技术工具和基本过程

数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。数据挖掘常用的技术有神经网络、决策树、遗传算法、近邻算法和规则推导等。数据挖掘常用的工具有:

第一,基于神经网络的工具。由于对非线性数据具有快速建模能力,神经网络很适合非线性数据和含噪声数据,所以在政府数据库的分析和建模方面可以应用。

第二,基于关联规则和决策树的工具。大部分数据挖掘工具采用规则发现或决策树分类技术来发现数据模式和规则,其核心是某种归纳算法。

第三,基于模糊逻辑的工具。其发现方法是应用模糊逻辑进行数据查询、排序等。

第四,综合多方法工具。不少数据挖掘工具采用了多种开采方法,这类工具一般规模较大,适用于大型数据库或者并行数据库。数据挖掘的基本过程包括数据准备、模型搜索、结果分析和生成报告。

数据准备:收集和净化来自数据源的.信息并加以存储,将其放入数据仓库中。

模型搜索:利用数据挖掘工具在数据中查找模型,搜索过程可以由系统自动执行,也可以由用户参与执行。对于一个主题的搜索,可用神经网络、专家系统、统计方法等。

结果分析:一般地说,数据挖掘的搜索过程需要反复多次,因为当分析人员评价输出结果后,他们可能会发现一些偏差或一些新的问题,要求对某一方面做更精细的查询。

生成报告:根据分析结果,进行整理,形成分析报告。

三、应用效果

西湖区院通过对各科室需求的深入了解,将信息化工作模式与各科室的实际情况相结合,并根据使用者的意见着重实现了系统在各部门的通用性和后台的完全可自定义性以及数据的动态显示,从而提升了系统的应用价值。

系统包括以下三个应用模块:(1)可自定义投票及评分模块。该模块着重对机关内各类选择类和打分类的投票、调查、评比等活动实现网上的无纸化操作和结果的自动统计;(2)综合报表处理模块。该模块着重实现对机关内的各类填报类的报表、台帐及绩效考核等活动进行网上填报和自动汇总及根据需要生成相应的统计结果;(3)决策参考模块,该模块着重实现对所需信息的自定义动态统计。如行装科可根据车辆名称与使用情况设置一种全院车辆信息统计表,填报人员每月只需填写本车的加油费、行使公里数、维修费、出车次数等使用情况,管理者便可根据需要按照月、季度、年等时间跨度对每辆车上述信息的变化情况进行比较,并可生成柱形图、圆饼图或曲线图等直观的比较结果。同时每个模块可根据需要进行功能扩展。通过对该系统的使用西湖区院构建了一个动态的全院行政指标体系结构,通过完整的权限分配机制,使各科室领导能及时、全面地掌握所管辖部门的行政数据情况,同时为院领导提供了各种综合信息和科室状况及人、财、物等资料的实时与历史信息,实现了对本院运作的快速、全面、直观的监控,提高行政办公人员办公效率,有利决策者做出科学决策。例如在中层干部述职述廉评分活动中,全院干警通过投票评分模块在院内网中对全院中层干部进行网上测评。政工部门通过所分配的权限在系统后台自行编辑了民主测评表,由于后台设置的完全可自定义性使测评表在内容的随意性上完全实现了以往纸质问卷。每位干警只需在自己的电脑上便能完成投票,借助系统完整的分析功能政工部门可实现投票的适时统计,并可以柱形图、圆饼图或曲线图生成考核结果排序表、优良情况百分比表、及与历史考核对比表等统计结果,图形化界面的统计结果使数据的统计情况一目了然,为领导决策提供了简捷而精确的依据。

篇6:高速红外VFIR控制器的设计与实现

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AMCC(Applied 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(PassThru)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收发器接收到的数据经过译码、CRC校验、串/并转换和锁存,写入RXFIFO数据缓冲器。

红外接口控制逻辑触发上层协议发出数据接收事件接收数据,主机启动S5933总线主控写操作向上层协议递交数据,数据传输完成上层协议发回消息,通知数据接收完成。下面重点分析S5933与红外TX/RXFIFO、红外寄存器组访问控制逻辑以及红外接口控制逻辑和红外接发器接口功能。

2.1 红外TX/RXFIFO与红外控制寄存器组控制逻辑

AMCC S5933支持3个物理总线接口:PCI总线接口、扩充总线接口和非易失性EEPROM总线接口。非易失性EEPROM用于映射PCI的配置空间及设备BIOS的初始化;扩充总线可以与外设设备互连。主机和外设之间可以利用S5933的邮箱寄存器、FIFO寄存器、直通寄存器(Pass-Thru)数据传输方式双向传输数据。

红外寄存器组包括红外接口控制寄存器和状态寄存器。本文中甚高速红外控制利用S5933直通寄存器单周期数据传送向红外接口控制寄存器写控制字,由Pass-Thru逻辑控制电路把地址和数据分离开,直通地址寄存器(APTA)经374锁存并译码,选通红外接口控制寄存器,同时把直通数据寄存器(PTDA)的低字写入红外控制器;该接口控制寄存器的数据宽度为16位,包括红外控制器始能、工作模式(UART、SIR、MIR、FIR、VFIR)的设置,接收或发送数据的选择以及满足SIR模式下多波特率的分频数。红外接口控制寄存器结构定义如图2。

同理使用直通寄存器方式获取红外接口状态寄存器的状态。红外接口状态寄存器结构定义如图3。

为满足高速数据传输,利用S5933 FIFO寄存器总线主控方式下的同步猝发(Burst)操作(DMA传送)完成主机与红外TX/RXFIFO的数据传输。PCI接口首先初始化S5933作为总线主控设备,然后由PCI接口向主控读/写地址寄存器(MRAR/MWAR)写入要访问的PCI存储空间地址,向主控读/写计数器(MRTC/MWTC)写入要传输的字节数。S5933提供了4个专用引脚RDFIFO#、WRFIFO#、RDEMPY#和WREULL#控制内部FIFO与外部FIFO的数据传输接口逻辑。接收/发送FIFO的数据宽度都是32位,分别由4片8位数据总线的IDT72220 FFO数据位扩展实现。该FIFO既为PCI接口提供数据缓冲,又为红外收发器接口提供访问数据。S5933与红外TX/RXFIFO、红外寄存器组的数据访问控制逻辑如图4。

2.2 红外接口控制逻辑

根据红外接口控制寄存器控制字,红外接口控制逻辑实现外部RX/TXFIFO与红外收发器接口之间的数据传输和逻辑时序。它的工作原理如下:根据控制字,首先启动红外收发器接口CRC校验、编解码器和可编程时钟(RX/TXFIFO读/写时钟RCLK、WCLK和编解码时钟fclock),然后根据控制字的`TX/RX位决定是接收还是发送数据。发送数据时,TXFIFO缓冲器不为空,TXFIFO的EF信号就触发红外接口控制逻辑发TXFIFO读操作信号ENR#,读取TXFIFO的数据(数据宽度32位)传给红外收发器接口进行CRC校验、编码以及并/串转换。同理当甚高速红外控制器接收数据时,红外收发器接收到的数据经过译码、串/并转换(数据宽度32位),然后触发红外接口控制逻辑发出红外接收FIFO的写操作信号ENW#,把接收数据写入红外接收FIFO。当RXFIFO写满后,触发控制逻辑发出S5933 FIFO写信号WRFIFO#,上层协议启动PCI接口初始化S5933为同步主控写操作实现红外接收FIFO到主机内存的数据传畀。另外红外接口逻辑还实现红外接口状态寄存器状态的配置,以方便上层协议了解红外控制器工作状态。

2.3 红外收发器接口

红外收发器接口的设计与实现是红外控制器成功的关键。该接口需要实现各种工作模式(SIR、MIR、FIR、VFIR)的编解码器和硬件CRC校验、设计比较复杂。编码器前、译码器后,数据都要进行硬件CRC校验实现差错控制。SIR模式采用RZI(归零反转)编码,信号为高电平,调制为低电平;信号为低电平,调制为高电平脉冲,最大脉冲宽度是位周期的3/16。MIR模式也采用RZI(归零反转)编码,但最大脉冲宽度是位周期的1/4。FIR模式采用4PPM(脉冲位置调制)调制,它的原理是被编码的二进制数据流每两位组合成一个数据码元组(DBP),其占用时间Dt=500ns,再将该数据码元组(DBP)分为4个125ns的时隙(chip),根据码元组的状态,在不同的时隙放置单脉冲。由于PPM通信依赖信号光脉冲在时间上的位置传输信息,所以解调时先保证收发双方时隙同步、帧同步,然后根据脉冲在500ns周期中的位置解调出发送数据。考虑到红外收发器通信距离突然变化引发脉冲宽度扩展,发生码间干扰,导致译码出错,因此根据Hiroshi Uno提出的新算法[7]简化4PPM译码过程,并通过实验验证该算法比最大似然译码算法结构更简单,功耗更低,而且更容易实现。

VFIR模式采用HHH(1,13)编解码技术。编码器原理:为了正确实现编码,要求在计算内部码字C=(c1,c2,c3)之前,在nT(T表示一个chip时间)时刻到达编码器输入端的输入数据码元组d=(d1,d2)经过3个编码周期(每个编码周期是3T)的延时后进行逻辑计算,得到下一状态矢量值N=(s1,s2,s3),即与输入数据有关的N出现在(n+9T)时刻;再经过一个编码周期,即(n+12T)时刻,状态N赋给内部状态矢量S=(s1,s2,s3),同时计算与输入数据码元组d=(d1,d2)有关的内部码字矢量C=(c1,c2,c3),再经过一个编码周期,内部码字C赋给输出码字矢量Y=(y1,y2,y3)。由此可见16Mbps的数据速率经过编码器变为24Mchip/s编码速率,整个编码过程延时5个编码周期即15个chip。注意编码器初始状态S应设置为(1,0,0)。译码器原理:输入数据R

=(r1,r2,r3)经过锁存器延时得到矢量Y4=(y10,y11,y12),对Y4进行不同的延时得到Y3、Y2及Y1。这里矢量Yi是Y4的4-I次延时(由锁存器实现延时);对Y4进行或非运算得到Zd,再将Zd进行不同的延时得到Zc和Zb。这里Zc、Zb、Zd是变量,然后将Y4、Y3、Y2、Y1、Zb、Zc、Zd进行逻辑运算、延时分别得到矢量X1=(x1,x2)、X2=(x3,x4)、X3=(x5,x6);最后将x1、x2经过锁存器得到译码器输出矢量值U=(u1,u2)。整个译码过程延时4个周期即12个chip。可见HHH(1,13)编译码电路比较简单,利用FPGA基于门级描述即可实现,但必须注意锁存器时钟fclock=1/3fchip。VFIR模式增加线性反馈移位寄存器(LFSR)实现加扰和解扰功能提高系统性能,减少误码。

图4 S5933与红外接收/发送FIFO,红外寄存器组数据访问控制逻辑图

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