HDLC的FPGA实现方法

文章摘要：摘要： HDLC（高级数据链路控制）的一般实现方法为采用ASIC器件和软件编程等。应用ASIC器件时设计简单，但灵活性较差；软件编程方法灵活，但占用处理器资源多，执行速度慢，实时性不易预测。FPGA器件采用硬件处理技术，可以反复编程，能够兼顾速度和灵活性，并能多路并行处理，实时性能能够预测和仿真。在中小批量通信产品的设计中，FPGA是取代ASIC实现HDLC功能的一种合适选择。 采用Altera公司的FPGA芯片，在MAX+plus II软件平台上实现了多路HDLC电路的设计，并已在某通信产品样机中应用成功。关键词： 数据通信; HDLC； CRC校验； FPGA； MAX+plus II 1

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摘要： HDLC（高级数据链路控制）的一般实现方法为采用ASIC器件和软件编程等。应用ASIC器件时设计简单，但灵活性较差；软件编程方法灵活，但占用处理器资源多，执行速度慢，实时性不易预测。FPGA器件采用硬件处理技术，可以反复编程，能够兼顾速度和灵活性，并能多路并行处理，实时性能能够预测和仿真。在中小批量通信产品的设计中，FPGA是取代ASIC实现HDLC功能的一种合适选择。 采用Altera公司的FPGA芯片，在MAX+plus II软件平台上实现了多路HDLC电路的设计，并已在某通信产品样机中应用成功。

关键词： 数据通信; HDLC； CRC校验； FPGA； MAX+plus II

1 引言

HDLC（High-level Data Link Control Procedures, 高级数据链路控制规程）广泛应用于数据通信领域，是确保数据信息可靠互通的重要技术。实施HDLC的一般方法通常是采用ASIC（Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成电路） 器件和软件编程等。

HDLC的ASIC芯片有Motorola公司的MC92460、ST公司的MK5025、Zarlink公司的MT8952B等。这些集成电路使用简易，功能针对性强，性能可靠，适合应用于特定用途的大批量产品中。但由于HDLC标准的文本较多，ASIC芯片出于专用性的目的难以通用于不同版本，缺乏应用灵活性。例如CCITT、ANSI、ISO/IEC等都有各种版本的HDLC标准，有的芯片公司还有自己的标准，对HDLC的CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余码校验）序列生成多项式等有不同的规定。况且，专用于HDLC的ASIC芯片其片内数据存储器容量有限，通常只有不多字节的FIFO（先进先出存储器）可用。对于某些应用来说，当需要扩大数据缓存的容量时，只能对ASIC芯片再外接存储器或其它电路，ASIC的简单易用性就被抵销掉了。 HDLC的软件编程方法功能灵活，通过修改程序就可以适用于不同的HDLC应用。但程序运行占用处理器资源多，执行速度慢，对信号的时延和同步性不易预测。对于多路信号的HDLC应用，处理器的资源占用率与处理路数成正比，所以软件HDLC一般只能用于个别路数的低速信号处理。

FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）采用硬件技术处理信号，又可以通过软件反复编程使用，能够兼顾速度和灵活性，并能并行处理多路信号，实时性能能够预测和仿真。FPGA芯片虽成本略微高于ASIC芯片，但具有货源畅通、可多次编程使用等优点。目前FPGA单片所含的逻辑门和片上存储器的容量越做越大，百万门级的可编程逻辑芯片已成为寻常产品。在中小批量通信产品的设计生产中，用FPGA实现HDLC功能是一种值得采用的方法。正是有鉴于此，Innocor、Xilinx等公司推出了能在FPGA中实现HDLC功能的IP Core（Intellectual Property Core，知识产权核），但这些IP Core需要付费购买许可（License）才能使用，且在应用中受到各种限制。
本文从HDLC的基本定义出发，通过对FPGA设计输入的模块化描述，介绍一种能够在可编程逻辑芯片中实现HDLC功能的方法。

 

2 HDLC的帧结构和CRC校验

HDLC规程主要由帧结构、规程要素、规程类别三个部分组成[1]。为了使FPGA的设计能够实现HDLC的基本功能并能按照各项标准的规定灵活采用不同的CRC校验算法，首先回顾一下HDLC基本的帧结构形式。
HDLC是面向比特的链路控制规程，其链路监控功能通过一定的比特组合所表示的命令和响应来实现，这些监控比特和信息比特一起以帧的形式传送。

以下是ISO/IEC 3309标准规定的HDLC的基本帧结构。

起始标志	地址数据	控制数据	信息数据	帧校验序列	结束标志
01111110	8bits	8bits	8bits	16或32bits	01111110

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