基于NIOSⅡ的聲納主機與顯控臺之間的RS232通信協(xié)議

在聲納設備工作之前，操作員在顯控臺要完成開(kāi)機與參數設置等動(dòng)作。此時(shí)，開(kāi)關(guān)等外圍設備會(huì )觸發(fā)處理器的中斷處理程序，完成參數設置和顯示。這些參數不僅要在顯控臺顯示，還得通過(guò)UART發(fā)送到主機（DSP），作為主機信號處理運算的某些參數。因為是通過(guò)串口發(fā)送，所以這些數據要進(jìn)行適當的分割與編碼，并加上地址信息等。
在主機（DSP）接收到開(kāi)始工作的指令后，主機會(huì )把處理過(guò)程中或者處理后的數據通過(guò)UART發(fā)送到顯控臺，方便操作員實(shí)時(shí)了解設備的工作狀態(tài)和工作結果。
3 在NIOSⅡIDE上實(shí)現串口通信協(xié)議
NIOSⅡIDE是ALTERA公司開(kāi)發(fā)套件中用來(lái)進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)的平臺。所有軟件開(kāi)發(fā)任務(wù)都可以在NIOSⅡIDE下完成，包括編輯、編譯和調試程序。它支持C/C++語(yǔ)言編程，可以根據SoPC建立的SoC，生成相應makefile，在編譯時(shí)，又可以根據makefile生成系統頭文件system.h，從而把軟硬件隔離開(kāi)來(lái)[5]。
3.1 串口通信協(xié)議
在NIOSⅡIDE下用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)通信協(xié)議較為方便。由于RS232每幀數據有效數據位為8 bit，所以將unsigned char 作為協(xié)議中的基本數據類(lèi)型。在庫文件中，這種數據類(lèi)型被定義為alt_u8。指令的前4位為0，后4位為指令內容。數據前4位為數據的地址信息，后4位為數據內容。
顯控臺與主機所有通信數據和指令分為三種：(1)顯控臺處理器發(fā)送到主機(DSP)的指令，取值范圍為0x00～0x0f。典型的如0x00為開(kāi)始工作指令，0x0f為停止工作指令，0x01~0x07為通信檢查指令。(2)顯控臺處理器發(fā)送到主機（DSP）的數據，取值范圍為0x1x～0xfx。典型的如0x9x和0xax，分別為多普勒頻移的低4位數據和高4位數據。(3)主機(DSP)發(fā)送到顯控臺處理器的數據，取值范圍為0x0x～0xfx。典型的如0x5x噪聲級別。
3.2 程序設計
根據以上分析，以聲納訓練靶為例，設計C語(yǔ)言程序?？驁D如圖4所示。

NIOSⅡ嵌入式編程可以直接調用ALTERA的庫函數進(jìn)行操作。例如對PIO的操作函數：IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(寫(xiě)IO函數)，IOWR_
ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(讀IO函數)。也可以構建硬件寄存器的結構，例如UART_ST這樣的結構，通過(guò)對結構實(shí)例化的操作，同樣可以方便地編程。本設計中結合了這兩種編程的優(yōu)勢，對于結構復雜，操作要求簡(jiǎn)單的硬件，采用庫函數的操作方法，如Flash；對結構較為簡(jiǎn)單、操作較為細化的硬件，采用寄存器結構化的操作方法，如UART。
本文利用FPGA芯片構建了聲納設備的顯示控制分機。基于ALTERA公司的 NIOSⅡ嵌入式處理器，建立了片上系統，實(shí)現了顯示控制分機和主機（DSP）之間的RS232通信協(xié)議。在以EP2C8Q208C為主芯片的FPGA開(kāi)發(fā)板上，實(shí)現了硬件系統的構建和軟件編程以及下載。此顯示控制分機應用在一體化聲靶中，工作穩定可靠。由于片上系統構建的靈活性，所以這種顯示控制方案在聲納設備中具有很好的可擴展性，便于維護和升級。
參考文獻
[1] 蔣均齊．魚(yú)雷聲靶技術(shù)研究[D]．長(cháng)沙：國防科技大學(xué)，2006：8-9.
[2] 李金力，劉文怡，彭旭峰.基于FPGA的RS232異步串行口IP核設計[J].電子設計工程，2009，17(8)：31-35.
[3] Altera Corporation.Cyclone II Device Handbook[S].2007(1)：12-34.
[4] 張新喜，許軍，楊雨迎，等.基于SoPC技術(shù)的戰車(chē)綜合顯控終端設計[J].火力與指揮控制，2008，33(增刊)：109-112.
[5] 洪勝峰.基于嵌入式技術(shù)的軍用車(chē)輛車(chē)載顯控終端的研制[D].青島：中國海洋大學(xué)，2007：25-26.