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论文2536

基于FPGA的UARTIP核设计与实现

董大成，张建东，史国庆

（西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072）

摘要：

UART控制器是计算机串行通信子系统和电信领域广泛使用的设备。

针对实际工程中应用中UART的内部FIFO空间不能满足需求的问题，提出了一种基于FPGA芯片的嵌入式UARTIP核设计方法。

利用硬件描述语言VHDL来设计UART的各个子功能模块以及顶层模块，完成了各个模块和整个UART的功能仿真，结果显示设计满足要求，具有良好的使用价值。

关键词：

通用异步收发器；IP核；FPGA；硬件描述语言

Abstract：

UARTControllerisaserialcommunicationinterfacewidelyusedincomputerserialcommunicationsubsystemandtelecommunicationfields.ItproposedaFPGA-basedembeddedUARTIPcoredesignmethod.Simulationresultsshowthatthedesignmeetstherequirementsofgoodvalue.

Keywords:

UART；IPcore；FPGA；VHDL

UART是设备间进行异步通信的关键模块。

而专用串行接口芯片的缺点FIFO空间比较小，发送字节间隔不可控。

本论文提出了一种基于FPGA芯片的嵌入式UARTIP核的设计方法，并利用硬件描述语言VHDL来设计实现UART[1]。

所设计的UARTIP核除具有通用异步接口的基本功能外，最重要的是设计两个256字节的大容量数据缓冲区FIFO分别用于接收和发送数据，适用于高速数据传输，而且设置发送数据字间隔为编程可控。

1、UART总体设计

本论文所设计的UART要求除具有通用异步接口的基本功能外，具有可编程串行接口特性（包括数据位长度、奇偶校验模式、停止位长度、波特率）、具有全双工的数据发送器／接收器、四种通信中断源、具有标准Modem接口控制功能等[2]，并具有中断优先级的控制逻辑，还要求内部配置256字节的发送FIFO和256字节的接收FIFO，这样可有效减小其对CPU资源的占用，提高CPU的性能。

Figure1.ArchitectureofUART

图1UART的内部结构图

在UART中共设置13个寄存器（包括两个FIFO）用于储存数据信息和控制信息，其中两个FIFO用于存放已接收或待发送的数据，中断使能控制寄存器IER和中断等级寄存器IIR用于中断控制，线路控制寄存器LCR和MODEM控制寄存器MCR用于设置数据帧的格式和MODEM的输出，线路状态寄存器LSR和MODEM状态寄存器MSR用于储存数据通信状态和MODEM的状态信息，波特率除数寄存器用于存储对外部输入时钟的分频系数。

2、UART仿真验证

利用VHDL语言对设计项目进行描述并编译无误后，需要进行仿真验证[3]。

本论文使用Quartus软件对所设计的UART进行功能仿真。

3、结束语

本论文基于工程应用中的实际需求和现代FPGA技术上的优势，为解决传统UART芯片中的不足之处所设计。

设计的UART由于配置有256字节的FIFO，能够有效减小其对CPU资源的占用，提高IP核的性能。

经过验证，显示本设计符合设计要求。

参考文献：

[1]韩明.基于FPGA的通用异步收发器的设计：

[博士论文].大连：

大连海事大学，2009

[2]王金明，周顺.数字系统设计与VHDL.北京：

电子工业出版社，2010

[3]李欣,张海燕.VHDL数字系统设计.北京：

科学出版社，2009

基金项目：

航空科学基金（2010ZC53036）

作者简介：

董大成，男，电子信息学院系统工程研究生，硕士在读，研究方向为航空电子综合化系统。

张建东,男,山东人，西北工业大学电子信息学院副教授,研究方向为航空电子综合化系统及仿真技术。

未知环境中无人机实时航路规划

张坤1，罗岭2

（1.西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072；

2.西北工业大学管理学院，陕西西安710072）

摘要：

指出了未知环境下无人机实时航路规划与航路规划的关系；提出了模糊控制用于实时航路规划的算法。

根据模糊控制和航路规划原理，构造了模糊控制规则库；将传感器实时探测的信息送给模糊控制器进行处理，得到水平偏转角控制量，使无人机规避障碍同时飞向目标点。

用MATLAB进行仿真验证，仿真结果证明了算法的有效性。

关键词：

无人机；航路规划；模糊控制

Abstract:

Thisstudyproposedareal-timepathplanningalgorithminunknownenvironmentbymeansoffuzzycontroltheory.Accordingtotheprincipleoffuzzycontrolandpathplanning,weconstructedthefuzzycontrolsystemofUAV.Thefuzzycontrollerreceivesreal-timedetectioninformationfromtheairbornesensor,processestheinformationusingthefuzzycontrolrulebase,andfinallysendsthehorizontaldeflectionangletotheflightcontrolcomponent,whichcontrolstheUAVflyingalongtheplanedpath.Intheend,MATLABsimulationreslutsshowtheeffectivenessofthealgorithm.

Keywords:

unmannedaerialvehicles;routeplanning;fuzzycontrol

Figure1Systemframework

图1系统结构图

Figure2Simulationresult

图2仿真结果

参考文献

[1]符小卫,高晓光.一种无人机路径规划算法研究[J].系统仿真学报,2004,16

（1）:

20-21

[2]高晖,陈欣,夏云程.无人机航路规划研究[J].南京航空航天大学学报,2001,33

（2）:

135-138

[3]唐　强,张翔伦,左　玲.无人机航迹规划算法的初步研究[J].航空计算技术,2003,33

（1）:

125-128

[4]张海,周德云,佟明安.对地攻击的路线规划方法[J].电光与控制,1999,

（1）:

37-42.

作者简介：

张坤，男，系统工程，博士在读，主要研究复杂武器系统指挥与控制。

罗岭，女，管理科学与工程，硕士在读，主要研究智能决策。

Vxworks下1553B通信系统的设计与实现

刘明阳，张建东，庞敏

（西北工业大学电子信息学院，陕西西安710129）

摘要:

本文介绍了1553B数据总线和Vxworks实时操作系统的基本概念和特点，分别从软件和硬件两方面论述了在Vxworks下建立基于1553B总线通信系统，并完成既定的定制功能。

通信系统采用了1553B总线协议和1553pci-mch总线协议接口板完成实时设计要求的通讯功能，运用Vxworks嵌入式操作系统确保了通信系统的高可靠性、实时性，为综合航电系统总线通信技术的发展提供新的方向。

关键词:

Vxworks；嵌入式系统；1553B总线；设备驱动程序

Abstract:

Byintroducing1553BdatabusandVxworksreal-timeoperatingsystem,thisarticlemainlytalksaboutthedesignandrealizationmethodfromhardwareandsoftwareforestablishinga1553BbuscommunicationsystemunderVxworks.Communicationsystemcompletesreal-timecommunicationbyusing1553Bbusprotocoland1553pci-mchbusprotocolinterfaceboard,andensureshighreliabilityandreal-timebytheuseofVxworksembeddedoperatingsystem.ThedesignoffersanewresearchwayforthebuscommunicationtechnologyofAvionicsIntegratedSimulationSystem.

Keywords:

Vxworks；Embeddedoperatingsystem；1553Bbus；Devicedriverprogram

仿真系统的设计

整体方案设计

仿真通信系统整体设计分软硬件两部分，通过定制的PC机选择作为宿主机和目标机构建仿真通信系统的硬件环境，结合Tornado和C语言编制仿真系统的软件来完成既定的仿真要求，应用宿主机的调试环境对目标机的驱动程序和应用程序进行调试，完成既定的功能需求。

系统的硬件设计

系统的硬件设计包括选取合适的PC机定制为宿主机和目标机，选取功能完备的MBI板卡完成通信需求；连接以太网完成通信系统的调试。

系统的软件设计

本仿真系统的实现软件包括定制的Vxworks，板卡的驱动程序和功能调试的应用程序：

（1）Vxworks系统:

本系统的节点机选择Vxworks作为实时操作系统，配合X86PentiumBSP管理节点机硬件资源，可提供一个多进程的实时系统平台，完成仿真系统高效的实时通信。

（2）MBI驱动程序:

驱动程序位于I/O系统与系统底层硬件之间，相当于将物理硬件映射称为一个逻辑设备，向I/O系统提供数个标准定义的接口。

驱动程序负责直接管理MBI硬件设备，为上层应用程序提供接口调用。

（3）系统应用程序:

应用程序通过对MBI设备驱动层函数库的调用，仿真1553B总线在不同模式和状态下的数据传输过程和通信机制，程序是灵活的，可以根据不同的需求编写不同的功能，逐步调试完成目的。

系统应用软件开发与实现

应用程序的开发是在Vxworks的开发环境Tornado中进行的。

本系统应用软件的开发可以在工作空间中添加新的工程，运用C语言编写，组建1553BC.out和1553RT.out分别加载到目标机实现既定的功能。

应用软件可根据自己的需求设计开发，本文设计典型的BC与RT通信软件，完成实时周期性和非周期的子系统通信，其他功能不在此赘述。

结束语

通过应用程序的调试本通信系统达到了系统设计要求，实现了预期目标。

本文所建立的基于Vxworks的通信仿真平台和现有的同类系统相比，具有可靠性好、实时性强、仿真度高、扩展性好等特点。

可以针对具体的设备进一步完善系统的应用层软件，对各种地面综合仿真系统的建立提供很好的平台。

参考文献:

[1]WindRiversystems,Inc.VxworksProgrammer’sGuide5.5[z].2002．

[2]孔祥营.嵌