導(dǎo)讀

本篇適用于有一定通信基礎(chǔ)的大俠，本篇使用的理論不僅僅是擴(kuò)頻通信。為了便于學(xué)習(xí)，本章將會(huì)以實(shí)戰(zhàn)的方式，對(duì)整個(gè)工程的仿真。并對(duì)一些關(guān)鍵的仿真結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。各位大俠可依據(jù)自己的需要進(jìn)行閱讀，參考學(xué)習(xí)。

第三篇內(nèi)容摘要：本篇會(huì)介紹系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。

仿真

一、模塊的建立及其仿真環(huán)境的生成

1.1、在計(jì)算機(jī)上，找一個(gè)沒(méi)有中文字符的目錄，新建以下幾個(gè)文件，如圖 6：

圖6 上圖為可以建立的文件，sim_wave.do 是仿真波形保存文件.tt.do。 其代碼如下：

#建立 library 名為”work”
vlib work
vmap work work
#編譯當(dāng)前目錄(./)中的 top.v、mcu.v …. 
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./top.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./mcu.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./slaver.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./coder.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./add_noise.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./decoder.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./correct.v
vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./Correct_Decoder.v
#仿真 work 中的 top 模型
vsim -novopt work.top

以上是輸入方式進(jìn)行仿真，也可以直接使用圖形化的方式進(jìn)行仿真。但沒(méi)有開(kāi)始仿真，因?yàn)槲覀円韵逻€要添加一條語(yǔ)句。但沒(méi)有響應(yīng)的文件。 tt.bat 的代碼如下：

echo

pause

vsim -do 。 t.do

pause

tt.bat 文件為批處理文件，僅為打開(kāi) modelsim、運(yùn)行 tt.do 文件使用。也可以不使用該文件（以下不會(huì)詳細(xì)介紹）。

1.2、將對(duì)應(yīng)的代碼寫(xiě)到相應(yīng)的文件中（sim_wave.do、tt.bat 文件可以不管）。

1.3、用 modelsim 的打開(kāi)方式打開(kāi) top.v 文件（或者你先打開(kāi) modelsim，然后把目錄修改成以上所述的目錄也可）。運(yùn)行的界面如圖 7（modelsim6.5d）：

圖7 圖中的亂碼均為modelsim不兼容我所使用的notepad軟件編寫(xiě)的中文字符，大俠均可不以理睬。

1.4、在 Transcript 中輸入”do tt.do”,運(yùn)行當(dāng)前目錄下的 tt.do 文件。 運(yùn)行過(guò)程中，最后跳出如圖 8 的窗口。如果有錯(cuò)誤，會(huì)在 Transcript 中用紅色字體說(shuō)明(當(dāng)然,這里都是英文)。

圖8 在框圖 1 中為整個(gè)仿真平臺(tái)上的模型，可以點(diǎn)擊模型+展開(kāi)。框圖 2 顯示當(dāng)前模型所含的項(xiàng)目。

1.5、添加波形，如圖 9、10、11，對(duì)模塊 coder 添加波形，并對(duì)波形進(jìn)行分組。

圖9

圖10

圖11 對(duì)所有仿真模型添加波形，并且分組，如圖 12。

圖12

圖13

1.6、仿真開(kāi)始 在 Transcript 中輸入”run -all” 等待結(jié)果。以上將生成仿真環(huán)境的全過(guò)程。下面會(huì)將對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行說(shuō)明。

二、模塊仿真

2.1、模塊 mcu仿真

mcu 扮演一個(gè)信源產(chǎn)生模塊，其波形如圖 14。

圖14

在 send_ena 使能的情況下，當(dāng) insourse_ena 為高時(shí)，數(shù)據(jù)從 indatabyte 第 7 位端口輸出到 coder 模塊，圖中發(fā)送十六進(jìn)制 24 的過(guò)程，僅在 insourse_ena 為高時(shí)發(fā)送。該模塊還產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘，兩個(gè)時(shí)鐘分別是 31 倍的頻率。clk1 和 clk31。

2.2、模塊coder仿真

模塊 coder 將對(duì) mcu 傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、擴(kuò)頻。仿真波形如圖 15。

圖15 圖中的 in_data_buf 為發(fā)送碼，當(dāng)接收到 send_ena 后，先發(fā)送頭和數(shù)據(jù)幀，然后才發(fā)送數(shù)據(jù)如圖中從 133600us 開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)”0010”(十六進(jìn)制 2)后發(fā)送監(jiān)督碼的”101”，在 177000us 開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)”0100”(十六進(jìn)制 4)后發(fā)送監(jiān)督碼”110”。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)信道編碼后，out_data 發(fā)送出去。

2.3、模塊noise仿真

添加干擾，經(jīng) coder 發(fā)送的 2bit 數(shù)據(jù)擴(kuò)展到 3bit 數(shù)據(jù)，并與噪聲進(jìn)行加性。

仿真波形如圖 16。

圖16 圖中是對(duì) 1bit 數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻后，其中 un_noised_data 為輸入數(shù)據(jù)(無(wú)噪聲)、經(jīng)過(guò)與 noise 數(shù)據(jù)相加,得到數(shù)據(jù) noised_data。 這模塊就是充當(dāng)信道中的加性干擾源。

2.4、模塊decoder仿真

解擴(kuò)是本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。它包含同步頭的同步和數(shù)據(jù)的接收等。

本設(shè)計(jì)采用一個(gè)循環(huán)偽隨機(jī)作為解擴(kuò)碼。采用一個(gè) 31bit 的寄存器，初始化為級(jí)數(shù)為 5 的 m 序列，首尾循環(huán)。那么，在寄存器每一位上采數(shù)，都可以得到一個(gè)偽隨機(jī)序列。分別得出 31 個(gè) m 序列。而且靠近的寄存器位，采集的 m 序列只有一位的移位。因此，可以采用該方法，在發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，不管為何時(shí)發(fā)送，在 31bit個(gè)寄存器中的 1 個(gè)寄存器中與之對(duì)應(yīng)。更通俗的說(shuō)法，不管發(fā)送設(shè)備何時(shí)開(kāi)始發(fā)送。都可以在 31bit 的寄存器中找到一個(gè)寄存器采到的 m 序列與之對(duì)應(yīng)。

由于在 31 比特的寄存器同時(shí)采數(shù)是比較耗費(fèi) FPGA 內(nèi)部資源，所以本設(shè)計(jì)采用寄存器的每 10 個(gè) bit 位進(jìn)行一一處理。如果前 10 個(gè)沒(méi)能找到對(duì)應(yīng)的 m 序列，則累加到后 10 個(gè)，以此類(lèi)推，在 3 次的累加中，總能完全掃描完 31bit 位的寄存器。此時(shí)可以找到對(duì)應(yīng)的比特位。

由于發(fā)送設(shè)備的數(shù)據(jù)頭為 10 個(gè)”1”和 1 個(gè)”0”，而在 10 個(gè)”1”中的 1 是延伸的，沒(méi)法直接得到相鄰”1”的交界，而在得到合適的 m 序列位后，必須進(jìn)行同步，同步的方法為采集最后一個(gè)”0”作為同步。

在接收完成數(shù)據(jù)頭后，進(jìn)行數(shù)據(jù)幀同步。數(shù)據(jù)幀是 4bit 數(shù)據(jù)”0000”和 3bit 監(jiān)督位”000”。

接收完成數(shù)據(jù)幀之后才是數(shù)據(jù)的開(kāi)始。由于數(shù)據(jù)比較大，累加基數(shù)這里是 100，閥值為 30，那么，當(dāng)接收到 130，說(shuō)明接收到一個(gè)”1”。

仿真結(jié)果如下：

圖17

圖17 為接收的整體工作狀態(tài)，sum1~sum10 分別采集 10 個(gè)寄存器比特位，當(dāng)有1 個(gè)接收超過(guò) 130，說(shuō)明寄存器該為上的 m 序列可以接收到 1 個(gè)”1”，sum 是對(duì)數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)的解擴(kuò)統(tǒng)計(jì)。

圖18

圖18 是一個(gè)完整數(shù)據(jù)解擴(kuò)的過(guò)程，clk31 是采集時(shí)鐘，數(shù)據(jù)為 in_data_buf，從輸入到輸出，延遲一段時(shí)間后傳送到解擴(kuò)模塊。psumi 為解擴(kuò)的值，通過(guò)累加得到sum(in_data[2]判斷。為 1，則加;為 0，則減)。如果 sum 超過(guò) 130，說(shuō)明發(fā)送數(shù)據(jù)為”1”，否則為”0”。(以上為數(shù)據(jù)”1”的例子)

通過(guò)解擴(kuò)的數(shù)據(jù)，送到 correct 模塊進(jìn)行糾錯(cuò)。

2.5、模塊correct仿真

模塊 correct 為糾錯(cuò)模塊。它將解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即對(duì)漢明碼的反運(yùn)算。該模塊的仿真過(guò)程省略。

2.6、模塊Slaver仿真

Slaver 是接收模塊端，它將解擴(kuò)、糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。仿真過(guò)程省略。

2.7、模塊Top仿真

Top 模塊應(yīng)該放第一塊講解，因?yàn)樗且粋€(gè)仿真平臺(tái)，它的子模塊包括 mcu 和slaver。它將兩個(gè)模塊的發(fā)送接收進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、并且進(jìn)行計(jì)算、輸出，并對(duì)模塊參數(shù)設(shè)置。以下設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)比特位為 500 的輸出結(jié)果(圖 19、圖 20)：

圖19

圖20 以上是整個(gè)設(shè)計(jì)的仿真過(guò)程。

審核編輯：郭婷