基于NIOSⅡ的聲納主機與顯控臺之間的RS232通信協議

在聲納設備工作之前，操作員在顯控臺要完成開機與參數設置等動作。此時，開關等外圍設備會觸發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UART發送到主機（DSP），作為主機信號處理運算的某些參數。因為是通過串口發送，所以這些數據要進行適當的分割與編碼，并加上地址信息等。
在主機（DSP）接收到開始工作的指令后，主機會把處理過程中或者處理后的數據通過UART發送到顯控臺，方便操作員實時了解設備的工作狀態和工作結果。
3 在NIOSⅡIDE上實現串口通信協議
NIOSⅡIDE是ALTERA公司開發套件中用來進行嵌入式開發的平臺。所有軟件開發任務都可以在NIOSⅡIDE下完成，包括編輯、編譯和調試程序。它支持C/C++語言編程，可以根據SoPC建立的SoC，生成相應makefile，在編譯時，又可以根據makefile生成系統頭文件system.h，從而把軟硬件隔離開來[5]。
3.1 串口通信協議
在NIOSⅡIDE下用C語言開發通信協議較為方便。由于RS232每幀數據有效數據位為8 bit，所以將unsigned char 作為協議中的基本數據類型。在庫文件中，這種數據類型被定義為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)顯控臺處理器發送到主機(DSP)的指令，取值范圍為0x00～0x0f。典型的如0x00為開始工作指令，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語言程序。框圖如圖4所示。

NIOSⅡ嵌入式編程可以直接調用ALTERA的庫函數進行操作。例如對PIO的操作函數：IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(BASE,DATA)(寫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，通過對結構實例化的操作，同樣可以方便地編程。本設計中結合了這兩種編程的優勢，對于結構復雜，操作要求簡單的硬件，采用庫函數的操作方法，如Flash；對結構較為簡單、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，實現了顯示控制分機和主機（DSP）之間的RS232通信協議。在以EP2C8Q208C為主芯片的FPGA開發板上，實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
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