FPGA：RS编码仿真过程

FPGA：RS编码仿真过程

RS码是一种纠错性能很强的线性纠错码，能够纠正随机错误和突发错误。RS码是一种多进制BCH码，能够同时纠正多个码元错误。

之前已经记录了在MATLAB中进行rs编解码的过程，现在利用FPGA的IP核实现RS编码的过程，方便使用RS编码。

这个过程分成两部分来记录，这篇主要记录rs编码过程。

1. 开始准备

在FPGA设计通信系统的过程中进行rs编译码，需要用到rs编译码的IP核，这个IP核已经分享，可以直接下载。也已经通过程序自己编写编译码的过程，但是完全没有必要，现成的IP核用好就可以了。

同时为了更好的理解FPGA中rs编码的过程，这个仿真程序的参数是可以与记录的MATLAB教程相对应的。

同时在使用IP核的重要的一步，需要下载对应的pdf文档，这个能够帮助更好的使用IP核，编写自己的程序。

2. RS编码IP核

RS编码IP核全名 Reed-Solomon Encoder，首先看这个rs编码IP核的需要设置的参数。

这里面和MATLAB仿真对应的参数设置是Symbol Width,这个对应MATLAB中的参数m,也就是符号的位宽，Data Symbols(k)和Symbols Per Block(n)分别对应k和n。这里的设置注意，k的限制是和n相差正偶数。简单来说就是每一次k个数据被编码，然后生成n个数据，每个数据的位宽是m，然后参数Field Polynomial是多项式，这个所对应的和MATLAB中的也是一样的，这在文档中有。

然后注意剩下的参数，其中第一个Code Specification参数选择第一个选项Custom，其他的选项可以对应不同的协议的，这个详细的可以查看文档，这个直接选择Custom，然后参数Scaling Factor(h)这个参数可以设置成默认的1，然后注意Generator Start参数设置为1.
这两个参数的解释参照技术文档中的说法是h是生成器多项式根索引的比例因子，第二个参数是生成多项式第一个根的伽罗瓦域对数，这两个参数直接都设置成1就可以了。

然后再Implementation参数设置页面中，需要设置的参数相对较少。

可以参考如上设置，选择一个通道，然后把m_axis_output_tready信号勾选上。同时注意Latency的数值是多少，这个可以与生成的编码数据对应上，这里main设置完为5，相当于编码后的输出延时5个clk。

3. 代码编写

接下来进行代码编写，直接上代码rs_encoder.v。在这里是利用自然数进行编码，0-15。大体思路是用有效信号控制输入的数据，使得在有效的时候依次输入0-15。这里面的ready信号和valid信号相关控制可以直接看程序，和最后的仿真时序。编码的参数如上面的设置m=4,n=15,k=3,ploy=19。

`timescale 1ns / 1ps

module rs_encoder(
    input clk,          //时钟
    input rst_n         // 复位  高电平复位
//    input [7:0] data_in,  // 输入的待编码数据
//    output [7:0] dataout      // 输出的解码数据
    );

wire rs_encode_input_tready;  // 编码输入准备信号
reg rs_encode_input_tvalid_reg;  // 编码输入有效信号
reg rs_encode_input_tready_reg;
wire rs_encode_input_tlast;
reg rs_encode_input_tlast_reg;
wire[7:0] rs_encode_data;
wire rs_encode_output_tvalid;
wire rs_encode_output_tlast;
wire rs_enocde_output_tready;
reg rs_enocde_output_tready_reg;

parameter K = 3;   //  对应MATLAB仿真中的k和n的值，这个在IP核设置中已经有体现
parameter N = 4;   //
parameter L = 15;  // 编码之后的数据长度

reg [3:0] datain_num; // 每一组编码的原始数据个数
reg [5:0] dataout_num;  //输出编码数据的个数

// 设计输入数据
reg [3:0] datain;
always@(posedge clk)begin
    if(~rst_n)begin
        datain <= 4'b0;
        rs_encode_input_tready_reg <= 1'b0;
        rs_encode_input_tvalid_reg <= 1'b0;
        rs_encode_input_tlast_reg <= 1'b0;
        rs_enocde_output_tready_reg <= 1'b0;
        datain_num <= 4'b0;
    end
    else begin
        rs_encode_input_tready_reg <= rs_encode_input_tready;
        rs_encode_input_tvalid_reg <= 1'b1;
        if(rs_encode_input_tready == 1'b1 && rs_encode_input_tvalid_reg == 1'b1)begin // 在ready 和valid信号都有效的时候才开始编码数据，可以在这里计数编码的个数。
            datain <= datain + 4'b1;
            datain_num <= 4'b1 + datain_num;
            rs_enocde_output_tready_reg <= 1'b1;
        end
        else begin
        end
    end
end

// 根据每一组编码的组数来确定数据顺序 控制最后一个tlast信号。
always@(posedge clk)begin
    if(~rst_n)begin
        rs_encode_input_tlast_reg <= 1'b0; // 这个信号是需要在一组中的最后一个数据时候信号处于高电平 和k的大小对应
    end
    else begin
        if(datain_num >= K)begin
            rs_encode_input_tlast_reg <= 1'b1;
        end
        else begin
            rs_encode_input_tlast_reg <= 1'b0;  //然后重新置零
        end
    end
end

wire [3:0] data_in;
assign data_in = datain;

rs_encoder_0 rs_encoder_0_ins (   //latency 5clk
  .aclk(clk),                                                      // input wire aclk
  .aresetn(rst_n),                                                // input wire aresetn
  .s_axis_input_tdata(data_in),                          // input wire [7 : 0] s_axis_input_tdata
  .s_axis_input_tvalid(rs_encode_input_tvalid_reg),                        // input wire s_axis_input_tvalid
  .s_axis_input_tready(rs_encode_input_tready),                        // output wire s_axis_input_tready
  .s_axis_input_tlast(rs_encode_input_tlast_reg),                          // input wire s_axis_input_tlast
  .m_axis_output_tdata(rs_encode_data),                        // output wire [7 : 0] m_axis_output_tdata
  .m_axis_output_tvalid(rs_encode_output_tvalid),                      // output wire m_axis_output_tvalid
  .m_axis_output_tready(rs_enocde_output_tready_reg),                      // input wire m_axis_output_tready
  .m_axis_output_tlast(rs_encode_output_tlast)                       // output wire m_axis_output_tlast
);

// 通过编码模块输出的valid信号和ready信号来记录输出数据的个数
always@(posedge clk)begin
    if(~rst_n)begin
        dataout_num <= 6'b0;
    end
    else begin
        if(rs_encode_output_tvalid==1'b1 && rs_enocde_output_tready_reg==1'b1)begin
            dataout_num <= dataout_num + 6'b1;
            if(dataout_num >= 6'd15)begin
                dataout_num <= 6'b0;
            end
        end
        else begin
            
        end
    end
end

endmodule

首先利用MATLAB仿真看一下[0,1,2,3,4,5,6,7,8]这几个编码后的数据是多少，在MATLAB仿真中用的是矩阵，所以结果得到的也是矩阵，三个数据一组，所以相当于进行了三次编码

4. 仿真测试

然后添加一个testbench文件然后程序运行起来。rs_tb.v，这个程序比较简单，就是进行初始化，设置时钟和复位信号。

`timescale 1ns / 1ps

module rs_tb();

reg l_clk;
reg rst_n;

rs_encoder rs_test_ins(
    .clk(l_clk),          //时钟
    .rst_n(rst_n)         // 复位  高电平复位
//    input [7:0] data_in,  // 输入的待编码数据
//    output [7:0] dataout      // 输出的解码数据
    );

initial l_clk = 1;
always #5 l_clk= !l_clk;  //15.625   


initial begin
    rst_n <= 0;
    #40;
    rst_n <= 1;
    #320;
    //#50000000;
    #320;
//    $stop;
end
endmodule

然后运行仿真，可以得到.

首先看第一个蓝色标线，ready信号和valid信号同时为高，此时输入的编码数据有三个,分别为0,1,2,然后经过5个clk延迟，第2个蓝色标线处，编码输出的ready信号和valid信号同时为高，表示编码输出有效，得到的编码结果为0,1,2,1,15,0,12,3,2,12,14,3,15,13,13,然后是第二组编码数据的结果3,4,5与MATLAB仿真的结果是能够对应的上的。

这个仿真中的s_tlast信号可以调整一下，每输入三个数据拉高一次，防止出错。

等下一部分进行rs解码的仿真。