喬麗萍　王聰華　李淑萍　趙亞妮　劉靜　郭曉軍

【摘要】提出了一種藍牙基帶數(shù)據(jù)流控制器的VLSI設計方法。該方法基于有限狀態(tài)機理論，生成和解析藍牙基帶所要處理的數(shù)據(jù)，完成控制器的邏輯架構，此案例可完整體現(xiàn)有限狀態(tài)機的原理與應用。實踐證明，該教學案例能加深電子工程專業(yè)學生對于時序邏輯電路模塊的理解和認識，有效提高學生應用EDA技術設計數(shù)字系統(tǒng)的興趣和能力。

【關鍵詞】基帶控制器；EDA；有限狀態(tài)機

1 引言

在集成電路的設計過程中，狀態(tài)機是最典型、應用最廣泛的電路模塊，在運行速度的高效、執(zhí)行時間的確定性和高可靠性方面都顯現(xiàn)出強大的優(yōu)勢[1]。

有限狀態(tài)機是根據(jù)當前狀態(tài)以及觸發(fā)條件進行狀態(tài)轉換的一種機制，包含一組狀態(tài)集、一個起始狀態(tài)、一組輸入符號集、一個映射輸入符號和當前狀態(tài)到下一狀態(tài)的輸換函數(shù)的計算模型[2，3]。本文基于有限狀態(tài)機理論，以藍牙基帶數(shù)據(jù)流控制器作為EDA課程的設計實例，完整呈現(xiàn)有限狀態(tài)機的工程應用。實踐證明，該課程設計具有綜合性、實用性，能夠激發(fā)學生學習EDA課程的興趣。通過選用與信息產(chǎn)品聯(lián)系的課題，軟硬件結合，使學生了解設計電子系統(tǒng)的過程，為提高學生的電子系統(tǒng)設計能力奠定基礎。

2 藍牙基帶數(shù)據(jù)流控制器有限狀態(tài)機設計

作為一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，藍牙技術是目前使用較為廣泛的一種短距離無線通信技術，它以低成本的短距離無線連接為基礎，為固定的或移動的終端設備提供廉價的連接服務[4～5]。選取藍牙基帶數(shù)據(jù)流控制器模塊開發(fā)作為課題設計，學生將所學有限狀態(tài)機理論應用于實際產(chǎn)品的通用模塊開發(fā)之中，與當前信息技術同步，有助于提高學生的就業(yè)競爭力。

藍牙基帶數(shù)據(jù)流控制器根據(jù)藍牙基帶處于的工作信息來對數(shù)據(jù)進行幀包裝。為了滿足生成和解析藍牙基帶所要處理的數(shù)據(jù)分組，將組成藍牙基帶數(shù)據(jù)分組的每個部分當做一個狀態(tài)，控制后面的功能實現(xiàn)模塊去完成，從而實現(xiàn)藍牙基帶生成和解析各種數(shù)據(jù)分組的功能，達到基帶數(shù)據(jù)處理的目的。控制藍牙基帶數(shù)據(jù)流處理的狀態(tài)遷移圖如圖1所示。

初始情況下，狀態(tài)機處于IDLE狀態(tài)；當藍牙基帶處于發(fā)送狀態(tài)時，狀態(tài)機從IDLE進入輸出TX狀態(tài)，根據(jù)數(shù)據(jù)分組選擇跳轉相應的狀態(tài)。flag標識為高時狀態(tài)機保持TX狀態(tài)。發(fā)送過程結束，狀態(tài)機從TX跳到IDLE，再進入輸入RX狀態(tài)，同時清空flag標識位。對ID數(shù)據(jù)分組的發(fā)送由發(fā)送使能控制，發(fā)送完成ID數(shù)據(jù)分組后，保持TX狀態(tài)。接收過程是輸出過程的逆過程。

在教學實踐中，EDA課程作為語言類設計課程，學生要對提取的藍牙基帶數(shù)據(jù)流狀態(tài)機應用可綜合的Verilog語言編碼實現(xiàn)，并使用Modelsim仿真驗證狀態(tài)機功能.

3 FPGA硬件驗證

為了使學生完整地掌握數(shù)字電路與系統(tǒng)的EDA設計流程。該教學案例通過FPGA驗證平臺對所設計完成的藍牙基帶控制器進行進一步的硬件驗證。教學中所采用的FPGA驗證平臺采用ARM 926EJ-S內核處理器的Versatile Platform開發(fā)板，射頻模塊采用NORDIC推出的2.4GH射頻芯片nRF2401。學生可以通過邏輯分析儀觀測射頻接口信號，測試證明基帶設計是否可以正確配置射頻芯片，能否正確接收標準藍牙數(shù)據(jù)包。正確的FPGA驗證仿真波形圖如下圖2示。

4 結論

針對通信及電子專業(yè)的本科課程EDA的教學與實踐，本文提出了本文提出了一種藍牙基帶數(shù)據(jù)流控制器VLSI設計方法作為該課程的教學案例。該案例以有限狀態(tài)機理論為基礎，完成藍牙基帶控制器的邏輯架構，Verilog代碼實現(xiàn)及FPGA硬件驗證，有效體現(xiàn)了有限狀態(tài)機的原理與應用，加深學生對于時序邏輯電路及完整的EDA設計流程的理解和認識。

參考文獻：

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[6]Specification of the Bluetooth System.Version 1.1[S]. Volume 1. 2001，33～177.

國家自然科學基金（61162025），西藏民族學院重大項目培育計劃（12myZP02）、西藏民族學院青年學人培育計劃（13myQP10）資助項目。