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基于DSP与FPGA实现的HDLC
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2017-10-25
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引言
HDLC（高级数据链路控制）广泛应用于数据通信领域，是确保数据信息可靠互通的重要技术。实施HDLC的一般方法通常是采用ASIC器件或软件编程等。
HDLC的ASIC芯片使用简易，功能针对性强，性能可靠，适合应用于特定用途的大批量产品中。但由于HDLC标准的文本较多，ASIC芯片出于专用性的目的难以通用于不同版本，缺乏应用灵活性。有的芯片公司还有自己的标准，对HDLC的CRC（循环冗余码校验）序列生成多项式等有不同的规定。专用于HDLC的ASIC芯片其片内数据存储器容量有限，通常只有不多字节的FIFO（先进先出存储器）可用。对于某些应用来说，当需要扩大数据缓存的容量时，只能对ASIC再外接存储器或其他电路，ASIC的简单易用性就被抵销掉了。HDLC的软件编程方法功能灵活，通过修改程序就可以适用于不同的HDLC应用。但程序运行占用处理器资源多，执行速度慢，对信号的时延和同步性不易预测。纯软件HDLC一般只能用于个别路数的低速信号处理。
FPGA采用硬件技术处理信号，又可以通过软件反复编程使用，能够兼顾速度和灵活性，并能并行处理多路信号，实时性能能够预测和仿真。
DSP采用软件技术处理信号，也可以反复编程使用。DSP、FPGA芯片虽成本略微高于ASIC芯片，但具有货源畅通、可多次编程使用等优点。在中小批量通信产品的设计生产中，用FPGA和DSP实现HDLC功能是一种值得采用的方法。
HDLC的帧结构和CRC校验
为了使FPGA的设计能够实现HDLC的基本功能并能按照各项标准的规定灵活采用不同的CRC校验算法，首先看一下HDLC基本的帧结构形式。
HDLC是面向比特的链路控制规程，其链路监控功能通过一定的比特组合所表示的命令和响应来实现，这些监控比特和信息比特一起以帧的形式传送。以下是ISO/IEC3309标准规定的HDLC的基本帧结构。
其他的HDLC标准也有类似的帧结构。每帧的起始和结束以“7E”（01111110）做标志，两个“7E”之间为数据段（含地址数据、控制数据、信息数据）和帧校验序列。帧校验采用CRC算法，对除了插入的“零”以外的所有数据进行校验。为了避免将数据中的“7E”误为标志，在发送端和接收端要相应地对数据流和帧校验序列进行“插零”及“删零”操作。
用FPGA+DSP实现HDLC功能
对FPGA器件进行功能设计一般采用的是“ToptoDown”（“从顶到底”）的方法，亦即根据要求的功能先设计出顶层的原理框图，该图通常由若干个功能模块组成。再把各个模块细化为子模块，对较复杂的设计还可把各子模块分成一层层的下级子模块，各层的功能可以用硬件描述语言或电路图来实现。
HDLC（高级数据链路控制）广泛应用于数据通信领域，是确保数据信息可靠互通的重要技术。实施HDLC的一般方法通常是采用ASIC器件或软件编程等。
HDLC的ASIC芯片使用简易，功能针对性强，性能可靠，适合应用于特定用途的大批量产品中。但由于HDLC标准的文本较多，ASIC芯片出于专用性的目的难以通用于不同版本，缺乏应用灵活性。有的芯片公司还有自己的标准，对HDLC的CRC（循环冗余码校验）序列生成多项式等有不同的规定。专用于HDLC的ASIC芯片其片内数据存储器容量有限，通常只有不多字节的FIFO（先进先出存储器）可用。对于某些应用来说，当需要扩大数据缓存的容量时，只能对ASIC再外接存储器或其他电路，ASIC的简单易用性就被抵销掉了。HDLC的软件编程方法功能灵活，通过修改程序就可以适用于不同的HDLC应用。但程序运行占用处理器资源多，执行速度慢，对信号的时延和同步性不易预测。纯软件HDLC一般只能用于个别路数的低速信号处理。
FPGA采用硬件技术处理信号，又可以通过软件反复编程使用，能够兼顾速度和灵活性，并能并行处理多路信号，实时性能能够预测和仿真。
DSP采用软件技术处理信号，也可以反复编程使用。DSP、FPGA芯片虽成本略微高于ASIC芯片，但具有货源畅通、可多次编程使用等优点。在中小批量通信产品的设计生产中，用FPGA和DSP实现HDLC功能是一种值得采用的方法。
HDLC的帧结构和CRC校验
为了使FPGA的设计能够实现HDLC的基本功能并能按照各项标准的规定灵活采用不同的CRC校验算法，首先看一下HDLC基本的帧结构形式。
HDLC是面向比特的链路控制规程，其链路监控功能通过一定的比特组合所表示的命令和响应来实现，这些监控比特和信息比特一起以帧的形式传送。以下是ISO/IEC3309标准规定的HDLC的基本帧结构。
其他的HDLC标准也有类似的帧结构。每帧的起始和结束以“7E”（01111110）做标志，两个“7E”之间为数据段（含地址数据、控制数据、信息数据）和帧校验序列。帧校验采用CRC算法，对除了插入的“零”以外的所有数据进行校验。为了避免将数据中的“7E”误为标志，在发送端和接收端要相应地对数据流和帧校验序列进行“插零”及“删零”操作。
用FPGA+DSP实现HDLC功能
对FPGA器件进行功能设计一般采用的是“ToptoDown”（“从顶到底”）的方法，亦即根据要求的功能先设计出顶层的原理框图，该图通常由若干个功能模块组成。再把各个模块细化为子模块，对较复杂的设计还可把各子模块分成一层层的下级子模块，各层的功能可以用硬件描述语言或电路图来实现。
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