基于FPGA的曼徹斯特編解碼研究及IP核設計

章潔

（成都信息工程學院，四川成都 610225）

基于FPGA的曼徹斯特編解碼研究及IP核設計

章潔

（成都信息工程學院，四川成都 610225）

曼徹斯特碼在通信中有廣泛的應用，其編解碼器的設計是影響整個總線系統的關鍵因素，但是曼徹斯特碼的時序很復雜。本文采用FPGA技術，深入研究曼徹斯特編解碼原理，完成了曼徹斯特編解碼的IP核設計，經過仿真驗證了設計方法的正確性和工程應用性。

曼徹斯特編碼 FPGA 解碼器

1 引言

曼徹斯特碼是一種雙向碼或分相碼，是常用二元碼的一種，曼徹斯特編碼是一種自動同步的編碼方式，常用于通信中對串行數據進行編碼，其特點是利用碼元中2種不同的電平跳變來對傳輸數據進行編碼的，此外編碼后每對碼元都存在著電平跳變，這種特性和時鐘信號的特性相同，可以在曼徹斯特碼中提取出時鐘信號；曼徹斯特碼的每對碼元都含有跳變，編碼不會出現3個或者3個以上的“1”或者“0”，所以采用曼徹斯特碼進行通信，可以確保數據在傳輸過程中沒有直流成分，而且編碼中暗含有時鐘信號，數據的接收端能提取出數據發送端的時鐘，因此，采用曼徹斯特碼可以實現數據在接收和發送的同步。曼徹斯特碼以其高穩定性和同步性而被廣泛的應用于通信中，且更適合用于傳輸條件較差的環境中進行信息傳輸。

本文對曼徹斯特碼的原理進行深入研究，選用VHDL或Verilog語言，編寫曼徹斯特碼的功能模塊，將各模塊組成一個通用的IP核，并用EDA設計工具進行仿真、綜合和驗證。不同于其他曼徹斯特編碼器設計，本文設計中引入了儲存器模塊，最后把各模塊組成一個通用的IP核。

2 編解碼模塊設計

曼徹斯特編解碼系統設計要完成的任務是實現數據的編碼發送，同時還能解碼接收，并進行整個通信過程的驗證，因此，必須有一個模塊化的整體設計。曼徹斯特編解碼IP內核包括6個模塊，即時序信號產生模塊、存儲器模塊、曼徹斯特編解碼控制模塊、曼徹斯特編碼模塊、曼徹斯特解碼模塊、存儲器接收模塊，系統的結構框圖如圖1所示。

圖1 曼徹斯特編解碼系統結構圖

其中時序信號產生器主要是為整個系統提供所需的各種時鐘信號和復位信號；曼徹斯特編解碼控制器是系統的核心，為系統提供輸入數據和各個部分的控制信號；編碼器是對傳輸的數據進行編碼輸出；解碼器是對接收到的曼徹斯特碼進行解碼和串并轉換；存儲接收器為接收的數據分配相應的存儲空間；存儲器是在FPGA中開辟專門的存儲空間對數據進行暫時的存儲。

圖3 數據編碼和解碼的波形仿真

如圖4所示，當存儲接收器開始向存儲器2發送數據后，會通w_en反饋給控制器，控制器開始接收數據，控制器通過信號read_rama_en控制存儲器2發送數據，存儲器2根據控制器發送的地址信號，把對應存儲空間的數據發送給控制器。

3 FPGA實現及測試

圖4 控制器接收數據的波形仿真

至此系統的整個工作過程驗證完畢，仿真中沒有出現任何掉幀的問題，仿真和理論設計相符合。

本文對曼徹斯特碼的數據通信過程進行驗證。設計主要是完成數據從編碼—發送—接收—解碼的整個通信過程的驗證，整個系統的驗證如圖2所示。

4 結束語

本文設計了基于FPGA的曼徹斯特編解碼IP核，以通信功能為主，完成了系統各個模塊的設計，并對各個模塊進行了仿真和驗證。從中可以看出曼徹斯特碼的穩定性是很高的，作為IP軟核，具有可兼容性及可擴展性，從仿真結果看，該曼徹斯特編解碼IP核能完全達到光纖通信的要求，有一定的工程意義。

系統的工作開始是從控制器向存儲器1發送數據開始的，存儲器1起到一個對數據暫時存儲的作用，控制器向存儲器1發送數據的同時也向編碼器發出控制信號，命令編碼器開始工作。

圖3是系統編碼發送和解碼輸出的仿真，圖中mdo是數據的曼徹斯特碼傳輸，在控制器發送數據給存儲器1時，也控制編碼器工作，編碼器一幀一幀的接收數據并對數據編碼輸出，當解碼檢測到編碼中的同步字后，解碼器開始對編碼進行解碼輸出，rx_dword是解碼器解碼并進行串并轉換后輸出給存儲器接收器的數據，存儲器接收模塊接收數據后，按照規定為數據分配相應的地址信息，并把地址信號和數據發送給存儲器2。

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Research on Manchester Encoding and Decoding Based on FPGA and Design on Its IP Core

ZHANG Jie
(Chengdu University of Information Technology,Chengdu Sichuan 610225,China)

Manchester code is used widely in field of communication.The design on codec is a key factor which affects the whole bus-system,and the time sequence of Manchester code is very complex.In this paper,the principle of Manchester code is studied in depth by using the FPGA technology,and the IP core design is completed for Manchester coding and decoding.The simulation results show that this design method is correct and has some engineering application value.

Manchester coding;FPGA;decoder

F224-39

A

1008-1739（2015）12-67-2

定稿日期：2015-05-26

四川省教育廳2013年自然科學基金課題（13ZB0082）