摘要：文中基于RS編解碼原理提出了一種可運(yùn)用于無(wú)線遙控智能探測(cè)車的RS編碼器，并使用Altera公司的FLEX系列芯片MAX EPF10K10LC84-4設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的RS編碼器模塊，完成了智能探測(cè)車通信模塊中的信號(hào)編碼功能。該編解碼器已經(jīng)成功應(yīng)用于無(wú)線遙控智能探測(cè)車上，結(jié)果可以滿足要求，并取得了令人滿意的效果。
關(guān)鍵詞：探測(cè)車；遠(yuǎn)程控制；數(shù)據(jù)采集；RS編碼器；FPGA

0 引言
    可控性探測(cè)車產(chǎn)品是一種綜合電氣、通信和機(jī)械技術(shù)的綜合性產(chǎn)品，它主要是通過(guò)自身的傳感器對(duì)其所在環(huán)境的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)環(huán)境或?qū)ο蟮目睖y(cè)任務(wù)。因此可廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域和科研領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用和商業(yè)價(jià)值。由于智能探測(cè)車實(shí)現(xiàn)的是遠(yuǎn)程通信和控制，在與控制中心通信的過(guò)程中，其信息的完整性和安全性就成了重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，因此，如何設(shè)計(jì)出一個(gè)即結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又具有高可靠性的編解碼器就成了智能探測(cè)車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。RS糾錯(cuò)碼機(jī)制具有優(yōu)良的糾錯(cuò)能力，并且算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)越來(lái)越多應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，因此也為智能探測(cè)車的進(jìn)一步發(fā)展提供了可能性。

1 智能探測(cè)車通信系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
    智能探測(cè)車的通信模塊與探測(cè)車行駛驅(qū)動(dòng)控制模塊完全兼容，并負(fù)責(zé)探測(cè)車和控制中心的無(wú)線通信功能。其總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中的無(wú)線傳輸部件即為無(wú)線通信模塊。

2 RS編解碼算法
    RS碼的全稱為Reed-Solomon碼，1960年由Irving Reed和Gus Solomon應(yīng)用MS多項(xiàng)式構(gòu)造出來(lái)。是一類對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤和隨即錯(cuò)誤具有較強(qiáng)糾錯(cuò)能力的多進(jìn)制BCH碼，到目前為止已經(jīng)成為最有效、應(yīng)用范圍也最廣的差錯(cuò)控制編碼方式之一，可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信如數(shù)字電視，車載通信，衛(wèi)星通信等的差錯(cuò)控制中。
    RS碼屬于循環(huán)碼的一種，常用(n，k)表示；其中：n為碼字長(zhǎng)度，k為信息長(zhǎng)度，糾錯(cuò)能力是t，校驗(yàn)位為n-k=2t。這里的碼字均在有限域GF(2m)上，可以理解為在這個(gè)域上的單個(gè)碼元由mbit組成，因此，連續(xù)m bit的錯(cuò)誤僅相當(dāng)于該碼單位碼元的錯(cuò)誤，這樣就可以大幅度提高抗突發(fā)錯(cuò)誤的能力。
2．1 RS編碼原理
    RS編碼原理可分為頻域編碼和時(shí)域編碼兩種，編碼器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)也可分為N-K級(jí)編碼器和K級(jí)編碼器兩種，電路結(jié)構(gòu)可分為基于多項(xiàng)式g(x)的乘法電路和基于多項(xiàng)式g(x)的除法電路。
    在基于乘法電路的RS編碼器中，假設(shè)輸入的信息序列可表示為信息多項(xiàng)式：，m∈GF(2m)，碼字多項(xiàng)式為C(x)，由編碼理論可得到：C(x)=m(x)g(x)，其中生成多項(xiàng)式，α為有限域GF(2m)的本原元素。也就是說(shuō)RS碼的每個(gè)碼字都是生成多項(xiàng)式g(x)的倍式。g(x)的度數(shù)為n-k，校驗(yàn)位為n-k=2t。用這種方法的編碼器輸出的是非系統(tǒng)碼，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)碼的編碼效率較高，因此，可以采用基于多項(xiàng)式除法電路的編碼器，即C(x)m=(x)，其中余式為校驗(yàn)多項(xiàng)式，其系數(shù)就是校驗(yàn)位。將此余式加上信息多項(xiàng)式m(x)就組成了碼字多項(xiàng)式C(x)。
2．2 RS譯碼原理
    RS碼的譯碼方法和編碼方法類似，也分時(shí)域譯碼和頻域譯碼兩種。時(shí)域譯碼是把碼字看作是時(shí)間軸上的信號(hào)序列，利用碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)譯碼。時(shí)域譯碼算通?？煞譃橐韵氯齻€(gè)步驟：第一步是從接收到的碼組R(x)計(jì)算出伴隨式S；第二步求解關(guān)鍵方程，由伴隨式計(jì)算錯(cuò)誤位置，從而找出錯(cuò)誤樣值E(x)；第三步是錯(cuò)誤校正，得到發(fā)送的碼字序列C(x)=R(x)-E(x)。


    從而求出錯(cuò)誤值Yi完成譯碼。其原理圖如圖2所示。

3 RS編碼器電路實(shí)現(xiàn)及仿真結(jié)果
    本設(shè)計(jì)采用時(shí)域編碼方式下的16級(jí)RS(204，188)編碼器，電路結(jié)構(gòu)采用g(x)除法電路?；敬a長(zhǎng)n=204，信息位k=188，校驗(yàn)位n-k=204-188=16，糾錯(cuò)能力，RS碼本原多項(xiàng)式，生成如下多項(xiàng)式：
   
    RS(204，188)編碼電路與其它的線性分組碼的編碼電路一樣，其編碼器可以看作是一個(gè)多項(xiàng)式除法器，編碼電路的主要部分是一組線性移位反饋寄存器，是16級(jí)的編碼器。D16寄存器的值和當(dāng)前輸入的信息碼元異或得到反饋寄存器的值。編碼開始，首先將各寄存器清零，開關(guān)置于Code input位上，188個(gè)信息碼元依次進(jìn)入除法電路，并依次輸出。待所有信息碼元進(jìn)入電路，將開關(guān)置于Code output位上，校驗(yàn)碼按時(shí)鐘節(jié)拍載入寄存器并依次輸出，當(dāng)所有校驗(yàn)位輸出完畢，編碼結(jié)束。相關(guān)的編碼器電路如圖3所示。

   
    Verilog-HDL是一種硬件描述語(yǔ)言，采用Verilog語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，設(shè)計(jì)修改比較方便。所完成的電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的綜合與布局，并快速燒錄至FPGA上進(jìn)行測(cè)試，因此可提供集成系統(tǒng)于單個(gè)可編程邏輯器件中的性能，是現(xiàn)代IC設(shè)計(jì)驗(yàn)證的主流技術(shù)。本設(shè)計(jì)中采用的就是OuartusⅡ設(shè)計(jì)環(huán)境下Altera公司的FLEX系列FPGA開發(fā)芯片MAX EPF10K10LC84-4，該芯片是一種復(fù)雜可編程邏輯器件，IC管腳參閱原理圖，是84pinPLCC封裝。另外還有其它類型的管腳和封裝，選擇性強(qiáng)。該IC具有以下主要性能：
    1)高密度：提供10000～250000個(gè)可用門，6144～40960位內(nèi)部RAM；
    2)低功耗：多數(shù)器件在靜態(tài)模式下電流小于0．5 mA，在2．5 V、3．3 V或5．0V下工作；
    3)高速度：時(shí)鐘鎖定和時(shí)鐘自舉選項(xiàng)分別用于減少時(shí)鐘延時(shí)／過(guò)沖和時(shí)鐘倍頻；
    4)靈活的互連方式：快速、互連延時(shí)可預(yù)測(cè)的快速通道(Fast Track)連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)；
    5)強(qiáng)大的引腳功能：每個(gè)引腳都有一個(gè)獨(dú)立的三態(tài)輸出使能控制及漏極開路配置選項(xiàng)及可編程輸出壓擺率控制；
    6)多種配置方式：內(nèi)置JTAG邊界掃描測(cè)試電路，可通過(guò)外部EPROM、智能控制或JTAG接口實(shí)現(xiàn)在電路重構(gòu)(ICR)；
    7)多種封裝形式：引腳范圍為84～600，封裝形式有TQFP、PQFP、BGA和PLCC等，同一封裝的FLEX 10K系列器件的引腳相兼容。
    將所設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)燒錄在該芯片中，進(jìn)行仿真則可得到圖4的仿真結(jié)果輸出，從仿真結(jié)果圖中可以看出，第230個(gè)數(shù)據(jù)188即為g15，52，103，31，104，126，187，237，17，56，183，49，100，81，44，79分別為g14～g0，該仿真輸出結(jié)果與前面g (x)中的系數(shù)相符。

4 結(jié)束語(yǔ)
    RS碼是一種功能強(qiáng)大且應(yīng)用范圍廣泛的糾錯(cuò)碼，尤其是在應(yīng)對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤方面具有更為明顯的優(yōu)勢(shì)，文中通過(guò)分析和設(shè)計(jì)出的RS(204，188)編解碼器已經(jīng)成功應(yīng)用于試驗(yàn)用無(wú)線遙控智能探測(cè)車上，其結(jié)果令人滿意。