曼彻斯特解码-参考代码（Verilog)

根据曼彻斯特码的编解码原理，使用verilog 语言设计曼彻斯特编码的PHY层逻辑。

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曼彻斯特编码-参考代码（Verilog）

 

本工程采用mvb 相关曼码通讯协议，其他曼码工程与之类似。 一般情况下，只需要修改起始定界符，终止定界符就可以应用到其他的曼码工程中去了。

曼码设计框图：

整个曼码模块由 phy_mcode.v phy_bt.v mcode_tx_phy.v mcode_rx_phy 四个文件组成。

顶层文件：phy_mcode.v 接口包括：

clk : 系统时钟， 当前使用的系统时钟为48M 时钟，mvb 的通讯速率是1.5M， 48M 系统时钟会非常方便分频。

reset： 对整个曼码模块进行复位。

mcode_tx： 曼码发送pin ，可连接到fpga pin 上 ，用于曼码的发送。

mcode_tx_de：曼码发送enable pin， 可连接到fpga pin 上， 用于曼码发送。（有时硬件设计会采用rs485，rs422等通讯方式，这时就需要这个pin 来控制） 不是必须的，根据用户的硬件方案选择使用。 这个信号会包含mcode_tx 信号，宽度（时间轴）会大于 mode_tx， 用来防止数据传输时丢失。

mcode_rx: 曼码接收到的串行数据。

mcode_rx_de: 曼码接收enable 线。 使用方法和发送类似。

tx_data: 8bit 数据 输入， 由fpga 内容逻辑产生，将这个数据发送给曼码模块， 曼码模块将数据以曼彻斯特编码方式串行输出的fpga pin 上。

tx_data_en： tx_data 的enable， 通知曼码模块，当前的tx_data 可以使用了。（48M单时钟周期）

tx_start_en: 通知曼码模块，发送起始定界符（48M单时钟周期）

tx_stop_en： 通知曼码模块，发送终止定界符（48M单时钟周期）

tx_busy: 在曼码数据发送期间（包括发送 起始定界符，终止定界符，正常的数据发送）一直为高电平，当发送结束，tx_busy 为低电平。这时fpga 系统软件可以发送下一个指令了（起始定界符，终止定界符，数据）。

rx_data: 从曼码phy 层得到的数据（将曼码解码得到的正常数据，可用于fpga 系统使用）

rx_rdy: 表示rx_data 已经正常接收到了（48M单时钟周期）

 

rx_eop: 表示 当前曼码包已经结束了（48M单时钟周期）

rx_data_err: 表示 当前曼码接收到的数据由错误。

rx_start_err: 表述 当前曼码接收的起始定界符错误。  

 

本文主要对mcode_rx_phy.v 进行介绍，其他模块的相关信息，可以参考曼彻斯特编码-参考代码（Verilog）

mcode_rx_phy.v接口介绍：

clk:  系统时钟（48M）

mcode_rx:  与顶层文件：phy_mcode.v 中的介绍相同

mcode_rx_de:  输入信号，当mcode_rx_de = 1 时，mcode_rx_phy.v 才开始接收数据。

rx_data: 将接收到的曼码数据解码后得到正常的接收数据

rx_rdy: 表示rx_data 接收到（48M 时钟下的单沿）

rx_eop: 表示曼码数据包接收完毕（整包接收结束， 48M时钟下的单沿）

rx_data_err: 表示接收到的数码 曼码解码发生错误

rx_start_err: 表示在接收到曼码的起始定界符时，发生错误

reset: 整个模块的复位信号

mcode_rx_phy 参考代码：

 

输入信号采样部分：

reg [2:0] rx_r = 0;
always @ (posedge clk)
if(mcode_rx_de) rx_r <= {rx_r[1:0], mcode_rx};

wire rx_pos = (rx_r[2:1] == 2’b01) ? 1’b1 : 1’b0;
wire rx_neg = (rx_r[2:1] == 2’b10) ? 1’b1 : 1’b0;

wire rx_value = rx_r[2];

将fpga 的输入pin (曼码的接收线)锁存三次，同时提取输入信号的（曼码信号）的上升沿， 下降沿。在接下来的曼码采样中会使用rx_value ，这样可以和采样的边沿同步。

采样点定位：

localparam RX_SAMP_POS = 7;
reg [3:0] bt_cnt = 0;
always @ (posedge clk)
if(^rx_r[2:1]) bt_cnt <= 0;
else
begin
     bt_cnt <= bt_cnt + 1;
end

(* mark_debug = “true” *)wire bt_trigger = (bt_cnt == RX_SAMP_POS) ? 1’b1 : 1’b0;

^rx_r[2:1] 表示上升沿或者下降沿（边沿）， bt_cnt 分频为3M 的采样率

bt_trigger 在边沿过后7个48M时钟 产生第一个 trigger， 之后如果没有边沿，则每16个bt_cnt 产生一次trigger.

localparam RX_SAMP_POS = 7;  这里指示采样点（0.25BT）的位置， 用户也可以根据自己的需求更改(原则：尽量采样点的位置是数据的中心点，最稳定的地方）

定界符：

wire [17:0] start_flag = {2’b10, 2’b10, 2’b10, 2’b10, 2’b00, 2’b11, 2’b10, 2’b00, 2’b11};
wire [3:0] stop_flag = {2’b00, 2’b11};

接收到的的数据：（曼码数据）

reg [17:0] temp_data = 0;
wire [7:0] temp_odd = {temp_data[15], temp_data[13], temp_data[11], temp_data[9], temp_data[7], temp_data[5], temp_data[3], temp_data[1]};
wire [7:0] temp_even = {temp_data[14], temp_data[12], temp_data[10], temp_data[8], temp_data[6], temp_data[4], temp_data[2], temp_data[0]};

对于定界符，由start_flag, stop_flag来判断； 对于数据， 分为奇偶两种数据 。8bit 数据在编码时产生8对16bit的数据， 所以解码时会接收到16个数据，

将这16个数据分为奇偶两个部分 ，在解码（数据）中，我们发现 temp_odd = ~temp_even; 或者说temp_even = ~temp_odd 时， 解码是正确的， 否则解码错误，产生rx_data_err 信号。

同时我们会发现：temp_odd 正好就是解码后的数据，（rx_data)

 

状态机讲解：

状态0：等待下降沿，在我们观察mvb 协议中， 起始位都是以下降沿时发生的，当检测到下降沿，就得到了起始定界符中的第一个1

wire [17:0] start_flag = {2’b10, 2’b10, 2’b10, 2’b10, 2’b00, 2’b11, 2’b10, 2’b00, 2’b11};

状态1：每次采样，temp_data 左移一位，当收到了18个数据时，起始定界符完全收到了

状态2：检查收到的起始定界符是否正确，如果不正确，输出rx_start_err 信号； 如果正确，跳转到状态3 

状态3：每当bt_trigger 时，接收一个数据，当收到16个数据后就可以跳转到状态4； 如果收到的数据是4’b0011 ，代表当前接收的不是数据，而是终止定界符，跳转到状态5

状态4：数据已经收到，检查数据是否错误（曼码解码），如果解码正确，跳转到状态3； 如果错误，输出rx_data_err = 1, 跳转到状态7。

状态5：如果刚好接收4个数据，同时数据为4’b0011，表示正常的终止定界符，输出rx_eop = 1, 跳转到状态6； 如果不满足之前的条件，输出rx_data_err = 1 信号，跳转状态7

状态6：跳转状态0，表示一个完整的没有错误的曼码包解码接收结束。

状态7：异常状态下，当接收到全0，或者全1的信号时，表示整包结束了，跳转到状态0， 接收下一个包。

 

仿真波形：

 

到此，一个完整的曼码包解码完成。 用户可以根据这个例子为参考， 修改相关的代码，以满足用户当前的需求。