摘? 要: 介紹利用計算機增強型并口與高速分組無線網交換數據的方法。重點闡述了增強型并口協議及增強型并口與高速分組無線網收/發(fā)模塊間的通信過程,給出了較詳細的軟、硬件設計思想,并通過實驗得到了一些增強型并口的傳輸參數。

　　關鍵詞: 高速分組無線網? 增強型并口? 復雜可編程邏輯器件? 數字信號處理器

?

　　高速分組無線網是近年來分組無線網發(fā)展的一個重要方向,通過提供很高的鏈路速率(通常為幾百kbps)和使用一系列新技術,高速分組網可以在各種復雜環(huán)境下為用戶提供多種通信服務,因而具有廣闊的發(fā)展前景。

　　近年來,隨著社會信息化進程的加快和Internet的飛速發(fā)展,無線環(huán)境下為計算機提供數據服務的需求變得更加迫切,高速分組無線網(High Speed Packet Radio Network，HSPRN)成為Internet的一種重要接入手段。而如何將分組無線網接入設備與普通計算機連接以提供便捷、可靠、高速的數據傳輸就成為一個很迫切的問題。

1?問題的描述

　　通常的通信協議可粗略地劃分為三層:應用層、網絡鏈路層和物理層,即系統由三大模塊:終端、網絡控制單元和收/發(fā)模塊組成。高速分組無線網中物理層只有寬帶收/發(fā)模塊。考慮到設備成本、體積、用戶的使用和充分利用計算機的運算能力,將網絡節(jié)點控制單元的功能以軟件的方式實現,即用計算機完成網絡控制和終端的功能。這意味著計算機必須要與收/發(fā)模塊進行雙向高速數據的實時交換。顯然,普通的計算機串行口與并行口已不能滿足這樣的要求,為此,需要采用更高速、更便捷的接口技術。

　　出現于1995年的IEEE 1284標準^[2]中規(guī)定了計算機并行口的多種工作模式,包括標準并行口(SPP),增強型并行口(EPP),擴展型并行口(ECP)。其中,SPP模式的正向(計算機到外設)數據速率可以達到150kbps。但反向(外設到計算機)傳輸卻很不方便,多次I/O才能完成一個完整數據的傳輸,大大降低了數據速率。ECP與EPP模式是依靠符合IEEE STD 1284標準的I/O控制器實現的。ECP模式雖然支持DMA操作,可以明顯減輕計算機CPU的負擔,但獲得高性能的代價是必須設計很復雜的接口。而EPP模式則可以通過一條OUT或IN指令將一個字節(jié)的數據傳輸到外設或計算機,由I/O控制器操縱所有的握手線,不需要CPU干預。由此可見,EPP模式是一種簡單、高效、高速的方法。如果將EPP技術應用于高速分組無線網節(jié)點設備中,能降低設備的成本與復雜度,進而擴大高速分組無線網的應用范圍。

　　要使用EPP模式,就必須根據系統的實際情況,設計合理的接口電路,尤其要注意握手信號的設計,以保證數據交換的順暢。

2 采用增強型并口連接計算機與高速分組無線網接入設備

2.1 計算機增強型并行口

　　計算機并行口處于EPP工作模式時各信號線的定義如表1所示。

?

?

????其中,最主要的兩根握手線是/DSTRB和/WAIT,計算機中相應的I/O控制芯片會根據/DSTRB和/WAIT的電平轉換情況自動執(zhí)行或終止對并行口數據的讀寫操作,時序關系如圖1所示。圖中未給出的EPP協議數據讀周期與EPP協議地址寫周期可以由此圖推出。

?

2.2 采用增強型并口時的系統設計

　　采用增強型并口(EPP)時,高速分組無線網網絡節(jié)點的結構如圖2所示。

?

?

　　其中,接收模塊向計算機發(fā)送接收到的數據,而發(fā)射模塊從計算機接收待發(fā)送的數據;同時,利用INTR、/DSTRB、/WAIT握手線實現收/發(fā)模塊與計算機間的通信流控。從時序圖可以看出,當/DSTRB與/WAIT均為低時可以對數據進行讀寫,而/WAIT變?yōu)楦邥r則認為一個I/O周期結束。所以,在外設認為一次數據傳輸結束時,即可將/WAIT置為高;相應地,計算機內的I/O控制芯片會置/DSTRB為高。外設可通過INTR使計算機進入中斷處理程序,開始數據的發(fā)送或接收。計算機通過增強型并口及外部接口電路分別與接收模塊、發(fā)射模塊進行通信,相應的通信流程見圖3。

?

?

2.3 硬件實現方法

　　為充分利用各模塊資源和降低系統復雜性,根據收發(fā)模塊的實際情況,用FPGA^[3](具體為Altera公司的FLEX10K100)和DSP實現與計算機增強型并口的通信功能。在接收模塊,首先要去除物理層的幀同步碼才能將后續(xù)數據上傳。四組巴克碼串聯作為幀同步碼[5](共48位),并用巴克碼的不同組合方式代表不同的傳輸速率,對幀同步碼的處理和其他處理(如信道估計等)用DSP實現。通過FPGA解調后的數據均送入DSP^[4](具體為AD公司的AD2181)中,利用DSP的可編程I/O管腳實現通信的握手功能。發(fā)射模塊的接口完全由FPGA實現,包括中斷請求、并口數據的讀取、握手信號的產生、以及時序控制等。發(fā)射模塊用單片機來完成控制。當控制單元檢測到終端請求發(fā)送數據時,控制單元首先將幀同步碼送入FPGA進行擴頻、編碼、調制并送入電臺,之后給終端(計算機)發(fā)出發(fā)送數據的中斷請求,啟動數據的發(fā)送過程。

2.4 計算機對并口的操作

　　因為在EPP模式下,由I/O控制器對所有的握手線進行處理,不需要CPU干預,所以計算機上的通信程序較簡單。EPP協議的用戶編程接口是協議定義的幾個I/O地址。當并口基地址為378H時,EPP的地址寄存器為37BH,數據寄存器為37CH,對這兩個寄存器的讀寫就可產生地址和數據的讀寫周期。

　　通過試驗發(fā)現,在主頻為400MHz的奔騰計算機上,沒有/WAIT信號的情況下,一個EPP I/O周期最長為2μs;而在接口電路設計合適的情況下,/WAIT信號在輸入數據100ns后升高,即數據穩(wěn)定時間為100ns,可以保證數據傳輸的穩(wěn)定可靠。即使再縮小數據穩(wěn)定時間,數據傳輸仍能正常進行。從試驗結果看,數據速率可達2Mbyte/s。

　　通常情況下,計算機并口為標準并口(SPP)模式,可以在BIOS中設置為增強型并口,也可以向I/O控制器中的控制寄存器(ECR)寫入控制字來完成EPP模式的設置。ECR的I/O端口地址為77AH。首先,向ECR端口發(fā)IN指令,存儲讀回的數據;然后,向ECR端口發(fā)OUT指令,寫入相應的狀態(tài)字,所有傳輸完成后,把原存儲的狀態(tài)字寫回。

?

參考文獻

1 C.K Toh.Wireless ATM and Ad-Hoc Networks：Protocols and Architectures.Kluwer Academic Publishers，Dec.1996

2 Institute of Electrical and Electronics Engineers.IEEE? Standard Signaling Method for a Bidirectional Parallel?Peripheral Interface for Personal Computers.1994；(10)

3 Altera Corporation.Altera Data Book，1999?

4 Analog Device Inc.ADSP-2100 Family User＇s Manual，1994

5 李維英,陳育斌,李建東.FPGA在多進制正交擴頻通信系統中的應用.電子技術應用,2000；26(4)