VHDL語言實現的幀同步算法
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1 工作原理
實現幀同步的基本方法是在發送端預先規定的時隙，即幀同步碼時隙，插入一組特殊碼型的幀同步碼組。在接收端利用同步碼的自相關性確定幀的同步位置。幀同步碼組可以是集中插入的，也可以是分散插入的。對于分散的幀同步碼插入方式，其工作原理與集中插入方式相類似，下面就以集中插入幀同步碼為例來說明幀同步的工作原理。
幀同步過程有搜索態、校核態和同步態。其狀態轉換圖如圖1所示。
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搜索態 在數據接收的起始時刻或幀未同步時，幀同步進入搜索態。在數據流中尋找幀同步碼(111lOlOOOO)；當數據流與幀同步碼相同時，表明已搜索到一個同步幀頭；可啟動進入幀同步的校核狀態。
校核態 為了防止信號中出現虛假同步；找到第1組同步碼后跳過1幀長度必須再次確認幀同步碼。若連續經過M幀同步碼確認均同步正確，則系統立即轉入同步狀態；否則存在假同步；返回搜索態。由首次搜索到幀同步頭到進入同步態的M幀時叫后方保護時間。
同步態 幀同步處于同步狀態時；若連續N幀幀同步正確則仍保持在同步狀態。考慮到接收的數據流幀同步碼可能受外界干擾而存在誤碼，在同步狀態中只有連續N幀丟失同步碼才進入失步狀態，并返回搜索態。其中N幀時叫前方保護時間。由于有前方保護時間，在接收過程中雖然出現某幀同步碼誤碼，但系統并不會立即進入失步狀態。由此可減少因誤碼而進入失步狀態的可能性。
2 幀同步實現
我們VHDL語言實現了幀同步的設計，設計程序如下：
首先對相關參數進行定義：
type state_type is (s0，s1，s2)；
／／系統狀態(搜索態、校核態、同步態)
constant syn_code：bit_vector：=110100； ／／幀同步碼
constant syn_code_length：integer：=6； ／／幀同步碼長度
constant max_m：integer：=2； ／／前方保護幀數
constant max_n：integer：=3； ／／后方保護幀數
variable m：integer range 0 to max_m：=0；
／／連續獲取同步碼數
variable n：integer range 0 to max_n：=0；
／／連續丟失同步碼數
variable reg：bit_vector(syn_code_length downto 1)；
／／移位寄存器
variable state：state_type：=s0； ／／初始狀態
其次，把接收到的數據送人移位寄存器，并對送人的數據同步碼檢測。當系統處于不同狀態時，其狀態轉換如下：
(1)在搜索態，其VHDL語言描述如下：
if(clk'event and clk='1')then
case state is
when so=>if(reg=syn_code)then //搜索態
state：=sl；
m：=1，
else
m：=0；
end if；
(2)在校核態，其VHDL語言描述如下
if(clk'event and clk='1')then
case state is
when s1=>if(reg=syn_code)then //校核態
m：=m+1；
if(m=max_m)then
state：=s2；
m：=O；
end if；
else
state：=s0；
m：=0；
end if；
(3)在同步態，其VHDL語言描述如下：
if(clk'event and clk='1')then
case state is
when s2=>if(reg=syn_code)then ／／同步態
n：=0；
else
n：=n+1；
if(n=max_n)then
state：=s0；
n：=Os
end if
end if
3 系統仿真
假定同步碼為110100，幀長為14，前方保護為2幀，后方保護為3幀，輸人數據data為：
010 11010001010100 010 11010001010100 1010001010100 01010101010100 11010001010100 10000001010100 10000001010100 10000001010100 10
則輸出syn的仿真波形如圖2所示。
由圖2可以看出，系統剛開始時處于搜索態，當系統捕獲到同步碼時，即進入校核態；當系統連續2次捕獲到同步碼時，系統進入同步狀態。在同步態，系統只有連續3次丟失幀同步碼時才確認失步，重新進入搜索態。在具體應用中，可根據實際需要對程序中的同步碼、幀長、前后方保護時間進行調整，使系統處于最佳工作狀態。
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4 結 語
由于VHDL對設計的描述具有相對獨立性，因此設計者可以不懂硬件的結構，只需知道設計的目標。這種設計方法集設計、模擬、綜合為一體的設計方法，能有效地縮短電路設計周期，減少可能發生的錯誤，降低了開發成本，在未來現代數字系統中將會起著越來越重要的作用。用VHDL來進行數字系統設計既方便又簡單，還具有良好的可移植性和維護性，代表著現代數字系統設計的走向。
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