高速誤碼測試系統中的C8051F005運用

隨著(zhù)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信系統信號處理越來(lái)越快。在這種情況下，對于高速通信系統性能的檢驗，就需要高速誤碼測試儀。目前市而上已有多種誤碼測試儀。國內產(chǎn)品的信號處理速度較低，而國外產(chǎn)品的功能雖然比較完善，處理速度很高，但其價(jià)格也相對較高。本文根據Vitesse公司的VSC8228芯片特點(diǎn)，利用C8051F005單片機設計出一種價(jià)廉的高速誤碼測試儀。下面將對其軟硬件設計，特別是C8051F005與上位機的串口通信以及與VSC8228的SPI通信進(jìn)行詳細探討。

1誤碼測試系統概述

Cygnal公司的單片機C8051F005具有高速8051微控制器內核，速度可達25MIPS，指令為流水線(xiàn)指令結構，70％的指令的執行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統時(shí)鐘周期；可片內JTAG調試和邊界掃描，這樣可提供全速、非侵人式的在系統調試(不需仿真器)；片內有多達60KB的FlashROM和2KB RAM，用戶(hù)無(wú)需再外擴存儲器；可同時(shí)使用的硬件SMBus(I2C兼容)、SPI及UART串口，4個(gè)通用16位計數器／定時(shí)器。

VSC8228可提供的一個(gè)雙通道重發(fā)器或重定時(shí)器，能應用于光纖信道、千比特以太網(wǎng)、SONET／SDH以及無(wú)限帶寬等多種領(lǐng)域。設備支持速率從125Mbps～4.25Gbps。該芯片可以將輸入的串行數據在重定時(shí)器模式下與本地的參考時(shí)鐘同步，內置的碼型產(chǎn)生器與檢測器可以產(chǎn)生與探測27、223、231的偽隨機碼，40或64位用戶(hù)定義碼型以及光纖信號CRPAT、CJTPAT、CSPAT碼型。它含128個(gè)寄存器，可通過(guò)SPI或者I2C串行總線(xiàn)設置相關(guān)寄存器，可以實(shí)現誤碼檢測功能。

誤碼測試系統可分為兩個(gè)部分：誤碼測試部分和人機界面。測試部分由VSC8228芯片來(lái)實(shí)現。它完成偽隨機碼型的產(chǎn)生、同步及對比檢測，計算出誤碼個(gè)數。人機界面子系統在整個(gè)測試系統中作為系統控制核心單元，通過(guò)人機界面完成系統作業(yè)。以C8051F005單片機作為人機界面硬件的控制部分，對VSC8228芯片的控制、誤碼率的計算以及測試子系統的各狀態(tài)的顯示都通過(guò)PC機的界面來(lái)實(shí)現。PC界面采用Delphi語(yǔ)言編寫(xiě)。

誤碼測試儀的工作流程如下：PC界面通過(guò)RS232串口實(shí)現與C8051F005的通信，將對VSC8228各寄存器的沒(méi)置發(fā)送給C8051F005單片機，每個(gè)控制命令為16位；單片機通過(guò)SPI口將上位機發(fā)送過(guò)來(lái)的控制命令轉發(fā)給VSC8228，完成VSC8228各寄存器的設置。為了實(shí)時(shí)地顯示誤碼測試儀的工作狀態(tài)，單片機每秒掃描一次各寄存器，將其值通過(guò)RS232串口上傳到PC界面。

由此可見(jiàn)，C8051F005單片機起著(zhù)VSC8228與上位機通信的橋梁作用，它與上位機的串口通信以及與VSC8228的SPI通信在誤碼測試儀的實(shí)現過(guò)程中起著(zhù)十分重要的作用。下面通過(guò)軟硬件設計詳細分析這兩種通信。

2 誤碼測試系統的實(shí)現

　　2.1 硬件設計

　　 利用C8051F005單片機的串行接口，通過(guò)RS232異步通信接口與上位機進(jìn)行通信。C8051F005通過(guò)串行口直接接收PC上位傳送來(lái)的串行數據，然后把接收的數據存入數據存儲器；同樣，C8051F005通過(guò)串行口直接把數據傳送給PC機。系統結構框圖如圖1所示。

　　C8051F005有一個(gè)特別的交叉開(kāi)關(guān)，可將數字I／O資源分配到物理I／O端口引腳。C8051F005通過(guò)設置交叉開(kāi)關(guān)來(lái)同時(shí)使用SMBus(I2C兼容)、SPI及UART串口等。VSC8228也可通過(guò)SPI或者I2C串行總線(xiàn)設置相關(guān)寄存器，但由于SPI通信的速率比I2C通信快，因此為了實(shí)現誤碼的高速測試，這里選擇SPI作為C8051F005與VSC8228的通信協(xié)議。

　　 SPI接口協(xié)議要求接口設備按主從方式進(jìn)行配置，且同一時(shí)間內總線(xiàn)上只能有一個(gè)主器件。一般情況下，實(shí)現SPI接口需要3或4根線(xiàn)。其中：主出從入(MOSI)信號是主器件的輸出和從器件的輸入，數據傳輸時(shí)最高位在先；主人從出(MISO)信號是從器件的輸出和主器件的輸入，數據傳輸時(shí)也是最高位在先。當SPI從器件未被選中時(shí)，它將MISO引腳置于高阻狀態(tài)。串行時(shí)鐘(SCK)信號是用于同步主器件和從器件之間在MOSI和MISO線(xiàn)上的串行數據傳輸。從選擇(NSS)信號是一個(gè)輸入信號，主器件用它來(lái)選擇處于從方式的SPI模塊，在主方式時(shí)用于禁止SPI模塊。當處于從方式時(shí)，它被拉為低電平以啟動(dòng)一次數據傳輸，并在傳輸期間保持低電平。

　　誤碼測試系統中，以C8051F005作為主器件，VSC8228為從器件，由于NSS為從器件選擇使用，將單片機的NSS引腳(P0.5)置高，用P2.4引腳與VSC8228的NSS引腳(PIO3)相連。根據MOSI及MISO上的數據在SCK的哪種極性和相位上有效，單片機上的SPI通信有四種工作模式；但是VSC8228的SPl只有一種工作模式，故在對單片機的SPI控制器進(jìn)行設置時(shí)必須考慮這點(diǎn)。圖2是VSC8228的SPI通信時(shí)序。在SPI通信時(shí)，先傳輸7位地址，后傳輸讀寫(xiě)控制位OP(OP為0時(shí)表示讀，OP為1時(shí)表示寫(xiě))，最后傳輸8位數據，故SPI通信的命令字長(cháng)度為16位。