一種紅外解碼IP核在SoPC系統中的設計與實(shí)現

0 引言

紅外通信作為一種簡(jiǎn)便的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在電子設備中具有廣泛的應用。它的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需專(zhuān)門(mén)申請特定頻率的使用執照;具有移動(dòng)通信設備所必需的體積小，功率低的特點(diǎn);傳輸速率適合家庭和辦公室使用的網(wǎng)絡(luò );信號無(wú)干擾，傳輸準確度高;成本低廉。

SoPC技術(shù)是在可編程邏輯器件的基礎上發(fā)展起來(lái)的一種靈活、高效的嵌入式系統解決方案。它將處理器、存儲器、I/O口、常用外設等系統設計所需要的部件以IP核的形式集成到一片FPGA器件上，構建成一個(gè)可編程的片上系統，實(shí)現特定的邏輯功能。其中，IP核可理解為一段具有特定電路功能的硬件描述語(yǔ)言程序，該程序與集成電路工藝無(wú)關(guān)，可以移植到不同的半導體工藝中去生產(chǎn)集成電路芯片。因此，IP核的設計與復用是SoPC設計中解決設計層次、產(chǎn)品成本、設計周期和降低風(fēng)險的關(guān)鍵環(huán)節，是SoPC設計中的關(guān)鍵技術(shù)。

本文提出一種紅外解碼IP核在SoPC系統中的設計與實(shí)現方法，重點(diǎn)研究紅外系統的數據編碼和傳輸機制、紅外解碼電路的HDL設計、IP核的制作及在SoPC系統中的應用方法。

1 紅外通信原理與Avalon總線(xiàn)規范

1.1 紅外通信原理

本文采用的紅外接收部分的硬件電路由紅外發(fā)射芯片TC9012和紅外接收芯片DS338S組成。DS338S的輸出信號IR_out接入FPGA的GPIO，實(shí)現紅外解碼功能。硬件電路圖如圖1所示。

發(fā)射端TC9012發(fā)送的紅外數據幀的格式如圖2所示。

每幀含有32 b，包含2次8位用戶(hù)碼，8位數據碼和8位數據碼的反碼及最后位的同步位。其中，用戶(hù)碼是由硬件決定的，通過(guò)解碼用戶(hù)碼來(lái)識別控制單位是否有權控制設備。數據反碼是用于驗證數據碼是否正確的。引導碼由4.5 ms的載波和4.5 ms的載波關(guān)斷波形所構成，作為用戶(hù)碼、數據碼以及他們的反碼的先導。TC9012采用PPM(Pulse Phase Modulation)脈沖相位調制方式完成數據的發(fā)送。載波、同步位、位元‘0’和‘1’和引導碼的波形如圖3所示。由圖可知，載波頻率為38 kHz，占空比為1/3;同步位(SY)是標志最后一位編碼“0”或“1”的標識位，它只有0.56 ms的有載波信號構成;位元0由0.56 ms的有載波部分和0.565 ms的空閑部分構成;位元1由0.56 ms的有載波部分和1.69 ms的空閑部分構成。

紅外接收端DS338S內含高速高靈敏度PIN光電二極管和低功耗、高增益前置放大IC，采用外屏蔽，在紅外遙控系統中作為接收器使用。IR M-338S的輸入/輸出波形如圖4所示。

由圖可知，在進(jìn)行紅外解碼的時(shí)候，輸入信號是從IRM-338S接收管送出的信號，接收管的輸出信號與發(fā)射端的發(fā)射信號是倒相關(guān)系。

1.2 Avalon總線(xiàn)規范簡(jiǎn)介

Avalon總線(xiàn)是Altera公司專(zhuān)門(mén)為SoPC推出的一套片內總線(xiàn)系統，是SoPC解決方案中的核心部分。本設計采用的是Avalon-MM總線(xiàn)接口，該總線(xiàn)接口是內存映射系統下用于主從設備之間通信的讀寫(xiě)接口，采用主從式的傳輸方式，即由一個(gè)主控端外設發(fā)起并控制傳輸過(guò)程，而從屬端外設響應經(jīng)由總線(xiàn)模塊發(fā)來(lái)的信號完成整個(gè)傳輸。Avalon-MM定義了一組接口信號和總線(xiàn)時(shí)序，具體的接口信號見(jiàn)表1。