基于普通异步Modem的同步通信技术 - 通信/网络 - 电子工程

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1 引言

异步通信和同步通信是两种不同的通信方式。异步通信采用字符起止同步技术,前后字符的间隔没有严格要求，发送端在发送的每个字符前加上起始位，字符后加上停止位，接收端据此完成传输字符的接收。双方毋需同步时钟，因而通信设备和控制手段相对简单。同步通信是一种比特同步通信技术，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。显然，因为发送端和接收端必须有同步信号的支持，使得通信设备和控制技术比异步通信复杂得多。

由于异步通信中需为每个字符添加起始位、停止位，往往还要附加校验位，因而传输速率不高，效率也较低。设字符宽度为8位，起始位、停止位、校验位均为1位，则在传送的数据流中，有效信息仅占8/11。若考虑到字符间隔，则不到8/ 11，有3/11以上的比特开销被用作通信控制的冗余信息，大大降低了信道利用率。若设定异步速率为33.6kb/s，在上述的字符格式下，其真正的信息速率不到24.4kb/s。正因为异步通信的这个缺点，致使其使用范围比较局限，在实际的通信系统中，主要采用同步通信技术。

目前，调制解调器（Modem）得到了广泛的应用,特别在网络应用中，人们普遍以Modem作为DCE设备，实现PC机的拨号上网。在这里，PC 机提供的是RS232异步通信端口，普通的Mo dem也只支持异步通信。故在这种应用中，我们进行的仍只是异步通信。

调制解调技术和调制解调器都发展得十分迅速，目前已能支持V.90/V.92协议，各种智能型的调制解调器也在不断推出。但在通信方式上，市售的Modem均只能支持异步通信。我们通过对Mo dem内核的深入分析和试验，发现只要对现有的 Modem采取一定的技术措施，一般的外置Mo dem均能支持同步通信。我们以美国Rockwell公司的调制解调芯片组RC56D[2]和TI公司的DSP 为核心，研制成功了一种同步通信数字终端，获得了理想的同步通信效果。

2 RC56D简介

Rockwell是当今调制解调产品的最主要生产厂商，RC56D是目前Modem使用的主流芯片。它采用TCM调制技术，支持ITU-T V.90/K56Flex数据调制协议、V.42/MNP2-4差错控制协议和V.42bis/ MNP5数据压缩协议，单工接收/双工传输速率达57.6/33.6kb/s，且具有自动升降速功能，当数据压缩比为4:1时（V.42bis压缩标准），吞吐量可达230.4kb/s。

RC56D芯片组由两块大规模集成电路组成，一块是8位的微控制单元MCU（80引脚PQFP封装），另一块是100引脚的数据泵MDP。MCU执行各种功能命令，支持主机/DTE和MDP接口；MDP则是一个专用DSP，主要完成数据的调制解调和握手功能，Modem的TCM调制、自适应均衡和Viterbi软判决译码等，均由MDP实现。

用RC56D实现同步传输的关键是正确控制芯片的各种时钟信号引脚以及利用AT命令正确设置Modem的工作模式。表1列出了MCU和MDP中的时钟信号。



3 和同步方式有关的AT命令

AT命令是Hayes公司发明，用于设置Mo dem 参数、发起和终止呼叫、执行Modem测试等操作的一组命令。因其均以AT开头，故称为AT命令集。在Modem中设置了三套参数存储器，即工厂配置存储器、当前参数存储器（或称动态存储器）、用户配置存储器。用AT命令可修改当前参数存储器，即设置Modem当前的操作状态。命令执行结果，Modem将把执行结果以代码的形式送回计算机或终端。Modem具有两种工作方式，即数据方式和命令方式，命令方式又有离线命令方式和在线命令方式两种。

为采用同步通信方式，需用到以下AT命令：

① &M1 在异步离线命令状态下选择同步连接模式。即命令在异步方式下呼叫后， Modem转换为同步方式。
② +ES=6，，8 使能同步传输模式。
③ &X0 内部定时，即Modem自己产生发送时钟信号并将其用于串口输出TXCLK。
&X1 外部定时，由本地DTE产生发送时钟信号，送到MDP的XTCLK ，Modem将此时钟用于串口输出。
&X2 从定时，即Modem从收到的载波中提取时钟信号。
④ +MS = 若干参数，用于确定调制、编码算法及传输速率的最大/最小值。

从后面的例子可以知道AT命令的使用方法。

4 同步通信的实现

根据前节介绍的&Xn命令，可以采用两种同步方式，即内部定时和外部定时。无论选择那种方式，通信双方的从端均应选择“从”定时方式。

（1）外部定时。图1是采用外部定时方式时， DSP、MCU、MDP和比特率产生电路之间的同步时钟信号接线图。


图中，比特率产生电路由MC14411组成，也可根据需要另行设计。比特率产生电路生成的时钟信号由MDP的XTCLK 输入，经MDP的内部锁相环电路产生发送和接收时钟TDCLK、RDCLK，并送给DSP和MCU的TXCLK、RXCLK，控制DSP和MCU的同步工作。同时TDCLK还经分频电路形成DSP 所需的帧同步接收脉冲FSR（因篇幅有限，DSP的同步工作模式略）。当速率为14.4kb/s和28.8kb/s时，同步时钟信号TDCLK/RDCLK和发送/接收数据TXD/RXD相互关系的波形图如图2所示。


为实现外部定时的同步通信，使用的AT设置命令为：

AT &F1 C1+ES=6, ,8&M1&X1+MS=11，1，2400，33600，1，33600。

命令中“&F1”指定恢复工厂配置1，“C1” 为返回“OK”信息，“+MS=”后面的数个参数指定为A律编码，V.34调制，最低接收速率为 2400b/s，最高发送/接收速率为33.6kb/s，其它同步方式命令已在前面解释。

在图1的信号连接中，DSP的TXCLK也可以直接与DSP的RXCLK相连，即DSP的发送/接收共用同一个时钟。根据我们的经验，这种接法的传输效果更好。

（2）内部定时。为设为内部定时方式，只要将前述AT命令中的&X1改为&X0即可。这时，单独的比特率产生电路删去，由MCU自己生成发送和接收时钟TXCLK/RXCLK（外接晶振28.224MHz）。MDP的XTCLK引脚悬空不用。此时的同步信号连接图如图3所示。


（3）同步传输的控制软件。我们使用的DSP 是TMS320F206，使用异常灵活方便。实现同步通信的软件流程是：先利用DSP异步口进行异步连接，建立数据链路后，Modem转换为同步模式， DSP则关闭异步口，打开同步口，从而进入同步传输工作状态，其DSP程序流程如图4。


我们按照本文方案研制的同步通信终端，在一些专业通信应用（如视频监控和传输）中使用，获得了非常理想的效果，不但传输效率高，误码率也极低。