基于TMS320F206和RC56D芯片實(shí)現(xiàn)同步通信終端的設(shè)計(jì)

1 引言

異步通信和同步通信是兩種不同的通信方式。異步通信采用字符起止同步技術(shù)，前后字符的間隔沒(méi)有嚴(yán)格要求，發(fā)送端在發(fā)送的每個(gè)字符前加上起始位，字符后加上停止位，接收端據(jù)此完成傳輸字符的接收。雙方毋需同步時(shí)鐘，因而通信設(shè)備和控制手段相對(duì)簡(jiǎn)單。同步通信是一種比特同步通信技術(shù)，要求發(fā)收雙方具有同頻同相的同步時(shí)鐘信號(hào)，只需在傳送報(bào)文的最前面附加特定的同步字符，使發(fā)收雙方建立同步，此后便在同步時(shí)鐘的控制下逐位發(fā)送/接收。顯然，因?yàn)榘l(fā)送端和接收端必須有同步信號(hào)的支持，使得通信設(shè)備和控制技術(shù)比異步通信復(fù)雜得多。

由于異步通信中需為每個(gè)字符添加起始位、停止位，往往還要附加校驗(yàn)位，因而傳輸速率不高，效率也較低。設(shè)字符寬度為8位，起始位、停止位、校驗(yàn)位均為1位，則在傳送的數(shù)據(jù)流中，有效信息僅占8/11。若考慮到字符間隔，則不到8/ 11，有3/11以上的比特開(kāi)銷被用作通信控制的冗余信息，大大降低了信道利用率。若設(shè)定異步速率為33.6kb/s，在上述的字符格式下，其真正的信息速率不到24.4kb/s。正因?yàn)楫惒酵ㄐ诺倪@個(gè)缺點(diǎn)，致使其使用范圍比較局限，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，主要采用同步通信技術(shù)。

目前，調(diào)制解調(diào)器（Modem）得到了廣泛的應(yīng)用，特別在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，人們普遍以Modem作為DCE設(shè)備，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)的撥號(hào)上網(wǎng)。在這里，PC 機(jī)提供的是RS232異步通信端口，普通的Mo dem也只支持異步通信。故在這種應(yīng)用中，我們進(jìn)行的仍只是異步通信。

調(diào)制解調(diào)技術(shù)和調(diào)制解調(diào)器都發(fā)展得十分迅速，目前已能支持V.90/V.92協(xié)議，各種智能型的調(diào)制解調(diào)器也在不斷推出。但在通信方式上，市售的Modem均只能支持異步通信。我們通過(guò)對(duì)Mo dem內(nèi)核的深入分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只要對(duì)現(xiàn)有的 Modem采取一定的技術(shù)措施，一般的外置Mo dem均能支持同步通信。我們以美國(guó)Rockwell公司的調(diào)制解調(diào)芯片組RC56D和TI公司的DSP 為核心，研制成功了一種同步通信數(shù)字終端，獲得了理想的同步通信效果。

2 RC56D簡(jiǎn)介

Rockwell是當(dāng)今調(diào)制解調(diào)產(chǎn)品的最主要生產(chǎn)廠商，RC56D是目前Modem使用的主流芯片。它采用TCM調(diào)制技術(shù)，支持ITU-T V.90/K56Flex數(shù)據(jù)調(diào)制協(xié)議、V.42/MNP2-4差錯(cuò)控制協(xié)議和V.42bis/ MNP5數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議，單工接收/雙工傳輸速率達(dá)57.6/33.6kb/s，且具有自動(dòng)升降速功能，當(dāng)數(shù)據(jù)壓縮比為4:1時(shí)（V.42bis壓縮標(biāo)準(zhǔn)），吞吐量可達(dá)230.4kb/s。

RC56D芯片組由兩塊大規(guī)模集成電路組成，一塊是8位的微控制單元MCU（80引腳PQFP封裝），另一塊是100引腳的數(shù)據(jù)泵MDP。MCU執(zhí)行各種功能命令，支持主機(jī)/DTE和MDP接口；MDP則是一個(gè)專用DSP，主要完成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)和握手功能，Modem的TCM調(diào)制、自適應(yīng)均衡和Viterbi軟判決譯碼等，均由MDP實(shí)現(xiàn)。

用RC56D實(shí)現(xiàn)同步傳輸?shù)年P(guān)鍵是正確控制芯片的各種時(shí)鐘信號(hào)引腳以及利用AT命令正確設(shè)置Modem的工作模式。表1列出了MCU和MDP中的時(shí)鐘信號(hào)。

3 和同步方式有關(guān)的AT命令

AT命令是Hayes公司發(fā)明，用于設(shè)置Mo dem 參數(shù)、發(fā)起和終止呼叫、執(zhí)行Modem測(cè)試等操作的一組命令。因其均以AT開(kāi)頭，故稱為AT命令集。在Modem中設(shè)置了三套參數(shù)存儲(chǔ)器，即工廠配置存儲(chǔ)器、當(dāng)前參數(shù)存儲(chǔ)器（或稱動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器）、用戶配置存儲(chǔ)器。用AT命令可修改當(dāng)前參數(shù)存儲(chǔ)器，即設(shè)置Modem當(dāng)前的操作狀態(tài)。命令執(zhí)行結(jié)果，Modem將把執(zhí)行結(jié)果以代碼的形式送回計(jì)算機(jī)或終端。Modem具有兩種工作方式，即數(shù)據(jù)方式和命令方式，命令方式又有離線命令方式和在線命令方式兩種。

為采用同步通信方式，需用到以下AT命令：

① &M1 在異步離線命令狀態(tài)下選擇同步連接模式。即命令在異步方式下呼叫后， Modem轉(zhuǎn)換為同步方式。

② +ES=6，，8 使能同步傳輸模式。

③ &X0 內(nèi)部定時(shí)，即Modem自己產(chǎn)生發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)并將其用于串口輸出TXCLK。

&X1 外部定時(shí)，由本地DTE產(chǎn)生發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，送到MDP的XTCLK ，Modem將此時(shí)鐘用于串口輸出。

&X2 從定時(shí)，即Modem從收到的載波中提取時(shí)鐘信號(hào)。

④ +MS = 若干參數(shù)，用于確定調(diào)制、編碼算法及傳輸速率的最大/最小值。

從后面的例子可以知道AT命令的使用方法。

4 同步通信的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前節(jié)介紹的&Xn命令，可以采用兩種同步方式，即內(nèi)部定時(shí)和外部定時(shí)。無(wú)論選擇那種方式，通信雙方的從端均應(yīng)選擇“從”定時(shí)方式。

（1）外部定時(shí)。圖1是采用外部定時(shí)方式時(shí)， DSP、MCU、MDP和比特率產(chǎn)生電路之間的同步時(shí)鐘信號(hào)接線圖。

圖中，比特率產(chǎn)生電路由MC14411組成，也可根據(jù)需要另行設(shè)計(jì)。比特率產(chǎn)生電路生成的時(shí)鐘信號(hào)由MDP的XTCLK 輸入，經(jīng)MDP的內(nèi)部鎖相環(huán)電路產(chǎn)生發(fā)送和接收時(shí)鐘TDCLK、RDCLK，并送給DSP和MCU的TXCLK、RXCLK，控制DSP和MCU的同步工作。同時(shí)TDCLK還經(jīng)分頻電路形成DSP 所需的幀同步接收脈沖FSR（因篇幅有限，DSP的同步工作模式略）。當(dāng)速率為14.4kb/s和28.8kb/s時(shí)，同步時(shí)鐘信號(hào)TDCLK/RDCLK和發(fā)送/接收數(shù)據(jù)TXD/RXD相互關(guān)系的波形圖如圖2所示。

為實(shí)現(xiàn)外部定時(shí)的同步通信，使用的AT設(shè)置命令為：

AT &F1 C1+ES=6， ，8&M1&X1+MS=11，1，2400，33600，1，33600。

命令中“&F1”指定恢復(fù)工廠配置1，“C1” 為返回“OK”信息，“+MS=”后面的數(shù)個(gè)參數(shù)指定為A律編碼，V.34調(diào)制，最低接收速率為 2400b/s，最高發(fā)送/接收速率為33.6kb/s，其它同步方式命令已在前面解釋。

在圖1的信號(hào)連接中，DSP的TXCLK也可以直接與DSP的RXCLK相連，即DSP的發(fā)送/接收共用同一個(gè)時(shí)鐘。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這種接法的傳輸效果更好。

（2）內(nèi)部定時(shí)。為設(shè)為內(nèi)部定時(shí)方式，只要將前述AT命令中的&X1改為&X0即可。這時(shí)，單獨(dú)的比特率產(chǎn)生電路刪去，由MCU自己生成發(fā)送和接收時(shí)鐘TXCLK/RXCLK（外接晶振28.224MHz）。MDP的XTCLK引腳懸空不用。此時(shí)的同步信號(hào)連接圖如圖3所示。

（3）同步傳輸?shù)目刂栖浖?。我們使用的DSP 是TMS320F206，使用異常靈活方便。實(shí)現(xiàn)同步通信的軟件流程是：先利用DSP異步口進(jìn)行異步連接，建立數(shù)據(jù)鏈路后，Modem轉(zhuǎn)換為同步模式， DSP則關(guān)閉異步口，打開(kāi)同步口，從而進(jìn)入同步傳輸工作狀態(tài)，其DSP程序流程如圖4。

我們按照本文方案研制的同步通信終端，在一些專業(yè)通信應(yīng)用（如視頻監(jiān)控和傳輸）中使用，獲得了非常理想的效果，不但傳輸效率高，誤碼率也極低。

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