DIGITALNI MOSTOVI.vp:CorelVentura 7lea.hamradio.si/~s53m/phare/sv_2.pdf · 2001. 9. 7. ·...

RTV KLUB MURSKA SOBOTA

DIGITALNI MOSTOVI"HITRI PACKET RADIO"

Murska Sobota, september 2000

1. Uvod

Od uvajanja novega vozlièaSuperVozelj v nae packet omrejesta minili e dobri dve leti. PrviSuperVozelj smo postavili na SvetoGoro pri Novi Gorici e konecdecembra 1992, veèina naèrtov pa jebila objavljena v CQ ZRS 1/93. Zizjemo nekaj e iveèih "okamenin"predstavlja danes SuperVozelj os-novni omreni raèunalnik, na kate-rega se je veèina uporabnikov hoteali nehote e privadila...

Razvoj packet-radia s tem seveda nikonèan in èas je e za naslednjikorak naprej. Pred dvemi leti smo vsiuporabniki omreja delali s hitrostmi1200bit/s ali 2400bit/s in e pri tehhitrostih smo e kako obèutli po-èasnost tedanjega omreja s TheNetvozlièi. 38400bit/s smo imeli domale vzdrevalci omreja in smo gauporabljali le za poskuse, saj kaj veètedanje omreje ni zmoglo.

Danes si je veèina aktivnih pa-ketaev, to je taknih, ki vsak danredno "visijo" na packetu, izdelalavsaj enostavno irokopasovno postajoza 70cm in pride do svojega vozlièas hitrostjo 19200, 38400 ali76800bit/s. Naprej gre seveda dostipoèasneje, saj ni omrena hitrostprav niè veèja, zmogljivost kanala pase deli med veliko tevilo upo-rabnikov.

Èeprav tudi SuperVozelj ni narejenza veèno in ga bo treba nekega dnezamenjati z zmogljivejo napravo, jenaslednji korak e vedno v mejahzmogljivosti sedanjih naprav. Za vijehitrosti potrebuje SuperVozelj DMAvmesnik, da se mikroprocesor MC68010 osvobodi zamudnega in eno-liènega prekladanja podatkov medglavnim pomnilnikom in zapo-rednimi vmesniki.

Taken vmesnik je bil naèrtovan vvozlièu SuperVozelj e od vsegazaèetka. Obljuba torej dela dolg in vtem èlanku objavljam prvo izvedbotaknega vmesnika, dvokanalnoDMA-SCC ploèico z vezjemMC68450, ki jo z malenkostnimi pre-delavami enostavno vtaknemo v vo-dilo obstojeèega raèunalnika Su-perVozelj vozlièa. Bodoèe izvedbenaj bi uporabljale e zmogljivejeDMA vmesnike, na primer z vezjemMC68302, hkrati pa bo treba raz-

misliti tudi o zamenjavi mikropro-cesorja MC68010 z zmogljivejimMC68020.

Opisani vmesnik trenutno pre-izkuam pri hitrosti 1.2288Mbit/s zdvema PSK radijskima postajama nafrekvenènem podroèju 13cm. 1.2288Mbit/s sicer ni zgornja meja za opi-sani vmesnik, je pa smiselna izbiraob upotevanju sedanjih hitrosti upo-rabnike opreme in zmogljivosti vo-zliè. Na prvi pogled èudna tevilka1.2288Mbit/s ni pravzaprav niè dru-gega kot natanèen 32-kratnik hitrosti38.4kbit/s in jo zato zlahka dobimo sstandardnimi "baud-rate" raèunal-nikimi kristali.

Ustrezna programska oprema jezaenkrat SuperVozelj V70, v bistvunaslednik SVV68 z nekaj odprav-ljenimi napakami in z dodatki zakrmiljenje DMA-SCC vmesnika zavisoke hitrosti. SVV70 je 8-kanalnovozlièe, starim 6 kanalom na pre-kinitvah se dodajata e dva novakanala na DMA vmesniku. Tudi ra-zvoj programske opreme seveda nitizdaleè ni konèan.

V tem èlanku bom opisal tri noveoziroma popravljene sestavne delevozlièa SuperVozelj: popravljenoCPU ploèico (za delovanje z DMAvezjem), DMA-SCC ploèico, to jenovi dvokanalni hitri zaporednivmesnik za SuperVozelj in 1.2288Mbit/s bitno sinhronizacijo s skram-bliranjem podatkov, to je enoto, kismo jo pri nijih hitrostih obièajnoimenovali modem. O radijskih po-stajah zaenkrat e niè. Naèrte le tehbom objavil ele po temeljitih pre-izkusih. Raèunalnika oprema vklju-èno z bitno sinhronizacijo je sicertako naèrtovana, da dopuèa uporaboskoraj vseh vrst PSK in FM radijskihpostaj.

2. Popravljena CPU ploèica

Vozlièe SuperVozelj je naèrtovanona osnovi DSP raèunalnika, ki sem ganajprej objavil v UKW-Berichte (VHF-Communications) in potem e vnaem glasilu CQ ZRS. Uporabljenisestavni deli DSP raèunalnika so biliopisani v tevilkah 1/91, 2/91, 3/91 in1/92. Po razpadu Iskre Delte je prilav roke radioamaterjev veèja kolièinamikroprocesorjev MC68010 v sicer

zelo dragem PGA ohiju in za te novesestavne dele je Mijo S51KQ narisalnovo CPU ploèico, objavljeno vtevilki 1/93 naega glasila.

Izvirna CPU ploèica DSP ra-èunalnika (opisana v 2/91) je siceruporabljala bolj pogosto in cenejoDIL izvedbo MC68010. Ker imaintegrirano vezje MC68010 kar 64prikljuèkov, zamenjava DIL, PGAoziroma drugih vrst ohiij med saboni prav niè enostavna. Izvirna CPUploèica tudi ni pripeljala na vodiloDSP raèunalnika treh signalov, po-trebnih za delovanje DMA vmes-nikov, in sicer BR, BG in BGACK.

DMA je kratica za Direct MemoryAccess. DMA vezje uporabljamo tako,da ga najprej sprogramiramo spomoèjo mikroprocesorja. Nato DMAvezje prevzame vodilo mikroraèu-nalnika in za prenos podatkov DMAvezje samo naslavlja pomnilnik invhodno/izhodne enote, da za prenospodatkov ne potrebuje veè pomoèimikroprocesorja. Prenose DMA vezjaproi obièajno vhodno/izhodna enotapreko ustreznih REQ (REQuest)vodov.

Smisel uporabe DMA vezja jenaslednji: ob zahtevi vhodno/izhodneenote DMA vezje za trenutek za-ustavi delovanje mikroprocesorja,prevzame vodilo, opravi prenos inponovno sprosti mikroraèunalnik. Pritem se v notranjosti mikroprocesorjane zgodi prav niè, vrednosti vsehregistrov ostanejo nespremenjene.DMA prenos je zato izredno hiter inpotrebuje za vsak podatek le en alidva dostopa do pomnilnika oziromavhodno/izhodnih enot.

Èe bi isto nalogo opravljal pre-kinitveni podprogram, bi moral mi-kroprocesor najprej shraniti vred-nosti vseh svojih notranjih registrov,nato izvesti prekinitveni podprogramin konèno obnoviti svoje prejnjenotranje stanje. Skupno je za to po-trebno nekaj sto dostopov do pom-nilnika in e nekaj dostopov dovhodno/izhodnih enot. Izvajanje pre-kinitvenega podprograma je zato obi-èajno veè kot 100-krat poèasneje odDMA prenosa podatkov.

Mikroprocesorji druine Motorola68k se z izjemo MC68008 pogovar-jajo z DMA vmesniki preko trehelektriènih signalov. S signalom BR(Bus Request) sporoèi DMA vmesnik

RTV KLUB Murska Sobota 105

PHARE 2000 Packet-radio vozlièe SuperVozelj (2)

Packet-radio vozlièe SuperVozelj (2)Matja Vidmar, S53MV

106 RTV KLUB Murska Sobota

Packet-radio vozlièe SuperVozelj (2) PHARE 2000

mikroprocesorju, da èimprej eliuporabljati vodilo mikroraèunalnika.Mikroprocesor se na BR zahtevoodzove s signalom BG (Bus Grant),seveda ele potem, ko je uspenozakljuèil svoj lastni cikel uporabevodila. Na signal BG se DMAvmesnik odzove z BGACK (Bus GrantACKnowledge). BGACK ostane ak-tiven za celoten èas, ko DMAuporablja vodilo. Ko DMA konènosprosti BGACK, mikroprocesor po-novno prevzame uporabo vodila.

Na izvirni CPU ploèici sta vhodaBR in BGACK enostavno povezanana neaktivni logièni nivo (+5V na-pajanje), izhod BG pa je nepovezan.Mijo S51KQ je na svoji CPU ploèiciizloèil neuporabljena signala CLK inHALT ter ju zamenjal z BG inBGACK, signal VPA pa le po potrebizamenjamo z BR s prevezavo mos-tièka pod podnojem PGA MC68010.Pri obièajni uporabi CPU ploèice,brez DMA vezja, drita vhoda BR inBGACK na neaktivnem logiènemnivoju dva upora po 2.2kohm.

Pri uporabi PGA CPU ploèice zDMA vezjem je treba zato prevezatimostièek pod podnojem MC68010.Pri izvirni DIL CPU ploèici pa je

treba prevezati vse tri signale nakontaktih 14C (BGACK), 15C (BG) in18C (BR) vodila mikroraèunalnika terdodati dva upora po 2.2kohm. Elek-trièno vezje popravljene CPU plo-èice je prikazano na Slikah 1. in 2.

Ker je izvor cenenih PGAMC68010 presahnil in so novi mi-kroprocesorji v tem ohiju izrednodragi, sem se odloèil, da popravimtudi izvirne tiskanine za DILMC68010. Pri povezavi novih si-gnalov BR, BG in BGACK sem sedral iste razporeditve kot priMijotovi PGA CPU ploèici, le VPAsignal sem takoj povsem izloèil, saj gaod vseh sestavnih delov DSP ra-èunalnika potrebuje edino pekaèEPROMov in e ta se da prevezati naDTACK.

Obe strani popravljene DIL CPUtiskanine sta prikazani na Slikah 3. in4. Ustrezna razporeditev sestavnihdelov je prikazana na Sliki 5.Dodatna upora 2.2kohm sta vgrajenapod DIL podnoje MC68010! Trijeupori oznaèeni z R* so potrebni le vsluèaju uporabe starih 74LSxx vezij,èesar pa ne priporoèam. V oscilatorjuza takt priporoèam 74AC00, ker sovezja 74HC00 nekaterih proiz-

vajalcev prepoèasna za to nalogo.Razen DMA signalov vsebuje nova

izvedba DIL CPU ploèice e enospremembo: vzporedni vmesnik niveè vezan na VPA, paè pa na DTACKenako kot pomnilniki. Vzporednivmesnik je tako prisiljen delatihitreje, vendar tudi poèasna NMOSvezja 8255 delajo pri taktu 12MHz,noveja CMOS 71055 pa tudi veè.Nekatera vezja 8255, predvsem82C55, potrebujejo e kondenzatorC* na vhodu CS, za katerega so zdajpredvidena oèesca na tiskanini.

VPA je uporabljen le e za pre-kinitvene autovektorje, kar naj bipoenostavilo prilagodilno ploèico zazmogljiveja mikroprocesorja MC68020 oziroma MC68302. Oba omen-jena mikroprocesorja sta vgrajena ve veèja PGA ohija z veè kot 120noicami, zato se mi zdi edini moennaèin vgradnje dodatna mala pri-lagodilna ploèica za DIL CPU plo-èico, èe naj se izognemo tirislojnimali veèslojnim tiskanim vezjem.



3. Dvokanalni hitri zaporednivmesnik za SuperVozelj

Izvirni SuperVozelj uporablja kotzaporedne vmesnike tri vezja Z8530SCC, ki skupno omogoèajo 6 medsabo skoraj neodvisnih zaporednihkanalov. Hitrosti delovanja ne ome-jujejo sama SCC vezja, paè pa èasizvajanja razmeroma dolgih pre-kinitvenih podprogramov. VezjeZ8530 sicer zna uporabljati tudizunanji DMA vmesnik v veè monihnaèinih. Pri uporabi DMA vmesnikaje omejitev vezja Z8530 dosti vija:hitrost prenosa podatkov lahko navsakem kanalu neodvisno doseeèetrtino takta PCLK, to je okoli2Mbit/s pri obièajnem PCLK taktu8MHz.

al to ni edina omejitev vezjaZ8530. Notranji DPLL, ki ga Su-perVozelj lahko uporablja za bitnosinhronizacijo, dela s taktom, ki je 32-kratnik bitne hitrosti. V tem naèinudelovanja je hitrost vezja Z8530omejena na okoli 250kbit/s. Za vijehitrosti potrebuje vezje Z8530zunanjo bitno sinhronizacijo, ki vezjupoleg podatkov dovaja e rege-nerirani takt. Tudi drugi zaporednivmesniki, ki jih dobimo na trièu,niso bistveno bolji. Tako stari

Z80SIO-0, ki ga uporablja TNC2, kotnajnoveji MC68302 naprimer splohnimata notranjega DPLLja za rege-neracijo takta sprejemnika.

Za novi zaporedni vmesnik sem sezato odloèil za dobro znano vezjeZ8530, prikljuèeno na DMA vezjeMC68450. Elektrièni naèrt noveDMA-SCC ploèice je prikazan naSliki 6. Novi vmesnik omogoèa dvadodatna kanala za SuperVozelj, boljtoèno kanala #7 in #8. DMA-SCCploèica se seveda lahko vgradi vkaterikoli DSP raèunalnik s poprav-ljeno CPU ploèico, saj megabitnihhitrosti ne bomo uporabljali samo zazveze med packet-radio vozlièi, paèpa tudi doma!

Vezje MC68450 je tirikanalniDMA vmesnik iz druine mikrora-èunalnikov Motorola 68k. Kljub 64noicam ima MC68450 multiplek-sirane naslove in podatke na vodilu.Za trenutno hranjenje gornjih 16naslovnih bitov MC68450 potrebujedve vezji 74HC373, svoje lastno vo-dilo pa loèuje od podatkovnega vo-dila mikroraèunalnika z dvema74HC245. Ko MC68450 upravlja zvodilom mikroraèunalnika, razen na-slova sam proizvaja tudi kontrolnesignale AS, UDS, LDS in R/W inpovsem enako kot mikroprocesor

prièakuje odgovor DTACK.Da pri prevzemu upravljanja z vo-

dilom mikroraèunalnika ne pride donedoloèenih stanj, imajo AS, UDS,LDS in R/W upore 10kohm proti+5V, ki drijo omenjene signale vneaktivnih stanjih. MC68450 znaobravnavati tudi izjemne dogodke navodilu, naprimer BERR. Izjemnedogodke javljamo MC68450 prekovhodov BEC0, BEC1 in BEC2. Vopisanem vezju sem izkoristil edinoRESET in vsi trije omenjeni vhodi soenostavno vezani na RESET vod navodilu mikroraèunalnika. BERR niizkorièen, ustrezna logika poskrbizato, da MC68450 vedno dobi od-govor DTACK, ne glede na zahtevaninaslov.

MC68450 zna prenaati podatkemed vmesniki in pomnilnikom narazliène naèine. MC68450 lahkoneposredno prepisuje podatke izvmesnikov v pomnilnik in obratnobrez uporabe vmesnih pomnilnikovoziroma lahko podatke trenutnoshrani v svojih notranjih registrih. Vopisanem vezju sem se odloèil zadrugo, èeprav poèasnejo varianto.ACK0 do ACK3 izhodi zato nisoizkorièeni, prav tako ne vhodi PCL0do PCL3. MC68450 naslavlja vezjeZ8530 povsem enako kot pomnilnik,



kar znatno poenostavi povezave.tirje kanali vezja MC68450 so iz-

korièeni za dva neodvisna spre-jemna kanala in dva neodvisna od-dajna kanala, vse iz enega samegavezja Z8530. MC68450 je sicer zelovarèen z dostopi do pomnilnika, daèimmanj zavira delovanje mikro-procesorja MC68010. Pri prenosu 8-bitnih podatkov z vmesnika Z8530 tenajprej shrani v svojem notranjemvmesnem pomnilniku in jih vpie vglavni pomnilnik ele takrat, ko zberecelotno 16-bitno besedo.

Na ta naèin prenese MC68450kljub dvojnemu naslavljanju dva baj-ta podatkov v samo treh dostopih dovodila. Problem se pojavi pri spre-jemu, saj lahko AX.25 okvirji vse-bujejo sodo ali liho tevilo bajtov. alse iz dostopnih registrov MC68450nikakor ne da izvedeti, èe v vmesnempomnilniku èaka na prenos e osam-ljeni bajt. Program, ki ga izvaja mi-kroprocesor ob koncu okvirja, zatopreprogramira ustrezne REQ izhodevezja Z8530 in upora 3.3kohmposkrbita za to, da vezje proizvede eeno dodatno zahtevo za DMA.

Za prilagoditev vezja Z8530 na vo-dilo 68k raèunalnika poskrbi74HC00. Z8530 se sicer da spro-

gramirati tako, da tirje DMA REQizhodi povsem ustrezajo DMA vmes-niku MC68450. Proti modemom ozi-roma radijskim postajam pa v sluèajuvijih hitrosti Z8530 potrebuje vsaj 5ic. Razen obièajnih TXD, RTS, DCDin RXD je treba pripeljati vsaj eregenerirani takt za sprejemnik. Vopisanem vmesniku sem se odloèil zaest ic, obièajnim signalom stadodana e RTxC in TRxC. Sedanjiprogram je napisan tako, da je RTxCtaktni vhod za oddajnik in spre-jemnik danega kanala, TRxC pa iz-hod notranjega DPLLja, èe ga sevedamoremo uporabljati.

Vezji MC68450 in Z8530 po-trebujeta za svoje delovanje tudiustrezna takta. Takta obeh vezij nistanujno enaka niti sinhronizirana natakt mikroprocesorja MC68010. Vvezju sem zato predvidel dva kri-stalna oscilatorja, èeprav obièajno za-doèa en sam, prespojen preko mos-tièka CLK? na obe vezji. Vezji MC68450 in Z8530 lahko tudi proitaprekinitve, vendar sedanja programs-ka oprema teh prekinitev ne potre-buje in ustreznih mostièkov enos-tavno ne vgradimo.

Dvokanalni hitri DMA-SCC zapo-redni vmesnik je zgrajen na dvostran-

ski tiskanini dimenzij 120x170mm, kije prikazana na Slikah 7. in 8. Raz-poreditev sestavnih delov je pri-kazana na Sliki 9. Na Sliki 9. jevrisanih tudi 7 kondenzatorjev 100nFza blokiranje napajalne napetosti+5V, ki zaradi preglednosti nisoprikazani na elektriènem naèrtu naSliki 6. Vsi upori so vgrajeni vodo-ravno, vzporedno s ploèico. BAT47sta lahko katerakoli malosignalni sc-hottky diodi.

Vsa vezja 74... naj bojo iz 74HCxxserije. Duilni upori 680ohm so pri-merni za vezja 74HC373, da pre-preèujejo motnje na vodilu. Veèjavezja, MC68450 in Z8530, terkristalne oscilatorje v DIL-14 ohijihvgradimo na kvalitetna podnoja.Objavljena tiskanina je primerna zaDIL izvedbo MC68450. Sevedaobstaja tudi PGA MC68450 in ekopica drugih ohiij, ki bi jih le steavo vgradili na opisano tiskanino.

CMOS izvedba MC68450 nosioznako 63450, vendar je e nisempreizkusil, kot tudi ne CMOS izvedbeSCC vezja z oznako Z85C30. Poskusiso pokazali, da delajo 8MHz 68450proizvajalca Hitachi tudi pri taktnifrekvenci 13.7MHz, 6MHz Z8530Aproizvajalca Zilog pa doseejo



10MHz. Teave nastopijo le pri taktnifrekvenci mikroprocesorja MC68010.DMA-SCC ploèica predstavlja zaradidolgih povezav zelo veliko kapa-citivno breme na vodilu, veèje odobièajnih ploèic DSP raèunalnika,kar zahteva znianje taktnefrekvence MC68010 na 12MHz alimanj, èe elimo doseèi zanesljivodelovanje SuperVozlja.

Dvokanalni hitri zaporedni vmes-nik ima standardni 64-polni "euro-card" konektor za vodilo DSP ra-èunalnika. Naslovi vhodno/izhodnihenot so prikazani v tabeli A:

Ker naslovni dekoder ni popoln, seti naslovi ponavljajo vse do naslova$1FFFFF! Uporabe veè DMA-SCCvmesnikov nisem predvidel, saj e ensam vmesnik polno zasede zmo-gljivost vodila in mikroprocesorja.

Modema oziroma vezji za bitnosinhronizacijo poveemo na DMA-SCC vmesnik preko 26-polnegakonektorja za ploèati kabel. Ta jepovezan na moki DB25 konektor naprednji ploèi tako, da ni treba meatiic ploèatemu kablu:

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 = masa(vsaka druga ica v kablu)

14 = RTxC kanal 7 (RX in TX taktnivhod)

15 = RXD kanal 716 = DCD kanal 717 = RTS kanal 718 = TXD kanal 719 = TRxC kanal 7 (DPLL izhod -

obièajno neuporabljen)20 = RTxC kanal 8 (RX in TX taktni

vhod)21 = RXD kanal 822 = DCD kanal 823 = RTS kanal 824 = TXD kanal 825 = TRxC kanal 8 (DPLL izhod -

obièajno neuporabljen)

Oba kanala sta dupleksna. DCDvhod posameznega kanala doloèa le,kdaj gra lahko ta kanal na oddajo.DCD vhod ne vpliva na sprejemokvirjev! RTS izhod preklaplja sin-hronizator in postajo med sprejemomin oddajo (PTT). Taktni vhod jeskupen za RX in TX in je povezan naRTxC vhod na vezju Z8530. Na



$1C0000 do $1C0039 DMA MC68450 DREQ#0 registri - kanal 8 TX$1C0040 do $1C0079 DMA MC68450 DREQ#1 registri - kanal 8 RX$1C0080 do $1C00B9 DMA MC68450 DREQ#2 registri - kanal 7 TX$1C00C0 do $1C00F9 DMA MC68450 DREQ#3 registri - kanal 7 RX$1C00FF DMA MC68450 general control register$1E0001 SCC#4 (DMA) naslov B command - kanal 8$1E0003 SCC#4 (DMA) naslov B data$1E0005 SCC#4 (DMA) naslov A command - kanal 7$1E0007 SCC#4 (DMA) naslov A data

Tabela A

TRxC pa je doveden izhod not-ranjega DPLLja iz Z8530 (obièajnoneuporabljen).

4. 1.2288Mbit/s bitnasinhronizacija s skrambilranjempodatkov

Na zaèetku packet-radia je bilvmesnik med raèunalnikom in po-stajo znan. Modem ali kakorkoli esmo imenovali napravo, ki se je mo-rala obnaati kot zvoènik, mikrofonin stikalo za oddajo, gledano s straniradijske postaje. Podobne signalepotrebujejo tudi irokopasovne 70cmin 23cm FM radijske postaje, saj bi stemi postajami v krajnem sluèaju tudilahko prenaali govorne signale. Prinaèrtovanju e hitrejih packet-radiopovezav pa se takno razmiljanjezatakne, saj se na primer govornisignal ne bo nikoli uspel prebiti skozivezja PSK radijske postaje.

Veèje hitrosti prenosa zavzemajo

iri frekvenèni spekter in zato zah-tevajo uporabo mikrovalovnih frek-venènih podroèij. Na mikrovalovihvsakren antenski vod prinaa velikeizgube, zato bi eleli vgraditi postajoèimblije anteni. Dolina voda medradijsko postajo in modemom pa nipoljubna: sedanji Manchester mode-mi in WBFM postaje ne dopuèajoveè kot kaken meter oklopljenih ic,sicer nizkofrekvenèni signal popaèijoin duijo parazitne kapacitivnostipovezovalnih ic.

Ne glede na to, èe se za novepacket-radio povezave odloèimo zanavidez enostavneje FM radijskepostaje z manjim dometom oziromabolj komplicirane PSK radijske po-staje z veèjim radijskim dometom, jetreba najprej doloèiti vmesnik medradijsko postajo in raèunalnikoopremo. Po daljem razmisleku semse odloèil za vmesnik s signali naTTL nivoju (0-5V), ki lahko krmili 75-ohmski koaksialni kabel. Sprejemnain oddajna enota sta seveda za-

kljuèeni na karakteristièno impe-danco voda, da prepreèimo ali vsajomilimo vpliv neeljenih odbojev.

Èeprav se da izdelati FM in PSKradijske postaje, ki zmorejo prenaatitudi enosmerno komponento modu-lacijskega signala, ta zadnja zahtevaobièajno povzroèi naèrtovalcu radij-ske postaje obilo preglavic. Vmesniknaj bi poskrbel za to, da modulacijskisignal ne vsebuje enosmerne kom-ponente. Taken signal je lahkoAFSK izhod Bell-202 modema ozi-roma Manchester signal.

V digitalnem svetu pomeni gornjazahteva enostavno to, da je teviloenic in nièel v sporoèilu priblinoizenaèeno ter so enice in nièle skorajpovsem nakljuèno premeane v sa-mem sporoèilu. Ker vsebujejo packet-radio signali doloèeno redundanco(odveène bitke) zaradi mehanizmavrivanja nièel oziroma oddaje za-stavic, je za takne signale razme-roma enostavno izdelati skrambler naoddajni strani ter ustrezen des-

krambler na sprejemni strani.Skrambiliranje (scrambling ali

ran- domization po angleko)pomeni enostavno to, dakoristnemu signalu dodamo naoddajni strani navidezno povsemnakljuèen signal in na spre- jemnistrani ta dodatek spet toènoodstranimo. Postopkaskrambliranja ne smemo zamenjatis kriptozaèito (ifriranjem)podatkov, èeprav je kon- ènirezultat za nepouèenega opazo-valca podoben. Pri skrambliranjuuporabljamo znanapsevdonakljuèna zaporedja, ki jihnaredimo s pomi- kalnimi registri zlinearno povratno vezavo iz samihEXOR vrat.



Tako skrambliran signal je zeloenostavno "deifrirati", tudi ko natan-èno ne poznamo naèina skrambli-ranja. Matematiki so e pred leti nalialgoritem, ki takno uganko rei vtrenutku z zelo majhnim tevilomraèunskih operacij. Kriptoloka vred-nost taknega "ifriranja" je danesnièna, zato ne obstajajo pravni raz-logi, da radioamaterji ne bi upo-rabljali skrambliranja v naih zvezah,èe s tem poenostavimo nae napravein celo omejimo motnje drugimuporabnikom.

Skrambliranje je v packet-radiuprviè uspeno uporabil K9NG vsvojem 4800bit/s modemu in sicer zuporabo polinoma 1+X**12+X**17.K9NG modem je kasneje izboljalG3RUH z dodatkom boljih analog-nih vezij in gnusno naèrtovanegaDPLLja ter dosegel 9600bit/s skozi vta namen predelane ozkopasovne FMpostaje. V opisani vmesnik sem tudisam vgradil skrambliranje z istimpolinomom, ki potrebuje le 17-stopenjski pomikalni register in dvojeEXOR vrat za skrambliranje oziromadeskrambliranje podatkov.

Elektrièni naèrt 1.2288Mbit/s bitnesinhronizacije s skrambliranjem po-datkov je prikazan na Sliki 10. Vezjevsebuje "interpolacijski" DPLL za re-generacijo takta na sprejemu, skram-bler/deskrambler s pomikalnim regis-trom, vezja za preklop spre-jem/oddaja ter vmesnik za 75-ohmskakabla.

Regeneracijo takta pri sprejemusinhronih podatkov obièajno izvede-mo s sitom s fazno-sklenjeno zanko(PLL ali Phase-Locked Loop). PLLlahko izdelamo z analognimi alidigitalnimi vezji. Analogni PLL jetreba seveda uglasiti na pravo frek-venco. Razen tega je analogni PLLobièajno PLL drugega reda, ker vezjeopisuje diferencialna enaèba drugegareda. Reitve takne enaèbe so lahkonestabilne, kar privede do nepred-videnih teav.

V nasprotju z analogno izvedbolahko digitalni PLL (DPLL) izdelamokot PLL prvega reda, ki je vednostabilen. al pri hitrostih nad 1Mbit/sDPLL ni enostavno izvedljiv. DPLLvezja obièajno delajo s taktnofrekvenco, ki je vsaj 32-kratnik bitnehitrosti, e bolje veè (64-, 128- ali256-kratnik). Pri 1.2Mbit/s to pomenitaktno frekvenco vsaj 40MHz, kar vmalo bolj kompliciranem vezju komajzmore najhitreja 74Fxxx druinaTTL vezij. Enakovredno vezje Man-chester modemu iz CQ ZRS 6/96 bipotrebovalo taktno frekvenco okoli

79MHz, kar ni izvedljivo z amaterjemdosegljivimi sestavnimi deli!

Prikazano vezje na Sliki 10. zatovsebuje drugaèen DPLL, ki deluje le z8-kratnim taktom bitne frekvence.Frekvenco kristalnega oscilatorja na9.8304MHz deli z 8 gornji 74HC161.e en 74HC161 je uporabljen kotfazni sukalnik, ki ga krmilita dvadvosmerna tevca 74HC191. Po-mikalni register 74HC164 skupaj zustreznimi EXOR vrati zaznava pre-hode logiènega nivoja v vhodnemsignalu, ki poveèajo ali zniajo vse-bino tevcev 74HC191. Konèni re-zultat ustreza enostavnemu DPLLvezju, ki bi delovalo z 256-kratnikombitne frekvence oziroma s taktnofrekvenco okoli 315MHz.

DPLL krmili tudi DCD vezje, kiugotavlja, èe se prehodi nivojevpojavljajo v vhodnem signalu obprièakovanem èasu ali ne. RezultatDCD vezja se povpreèi z razmeromaveliko RC èasovno konstanto okoli500 mikrosekund, saj so zakasnitveob preklopu radijske postaje naoddajo e dosti veèje. Kot primer-jalnik DCD napetosti so uporabljenakar CMOS logièna vrata iz pre-klopnika 74HC157.

Vezje bitne sinhronizacije jepredvideno za simpleksno delovanje.Izhod DPLL vezja dovaja en sam taktza sprejemnik in oddajnik zapo-rednega vmesnika Z8530, vendar jezanka DPLL vezja sklenjena navhodni signal le na sprejemu. Naoddaji DPLL enostavno deli taktkristalnega oscilatorja z 8, saj RTSsignal tedaj onesposobi delovanjedetektorja prehodov s pomikalnimregistrom 74HC164.

Regenerirani takt iz DPLLja po-tebuje za delovanje tudi vezje skram-blerja/deskramblerja. V tem vezjusem uporabil stari pomikalni register4006 ker vsebuje skupno kar 18stopenj, za kar bi sicer potrebovalvsaj tri vezja iz druine 74HCxxx.Uporaba starega in poèasnega 4006ne gre brez teav: za zagotavljanjepravilnega delovanja je potrebnonekoliko zakasniti vhodne podatkeglede na takt s kondenzatorjem 1nFmed noico 6 in maso.

Toèno nalogo vezja: skrambler naoddaji oziroma deskrambler nasprejemu, preklaplja 74HC157. Istovezje poskrbi tudi za to, da sta naoddaji izhoda RXD in DCD v neak-tivnem stanju in po nepotrebnem neobremenjujeta DMA-SCC vmesnika.Razen pomikalnega registra 4006vsebuje vezje e D-flip-flop (polovica74HC74) za "èièenje" vhodnih po-

datkov predvsem na sprejemu.Vmesnik za radijsko postajo je

izdelan z vezjem 74HC04. Oddajnepodatke ojaèijo tirje vzporedno ve-zani inverterji tega vezja, da pravilnokrmilimo nizkoimpedanèni koaksial-ni kabel do radijske postaje. Vhodsprejemnika je zakljuèen z dvemauporoma po 330ohm, kar daje ne-koliko vijo vhodno impedanco, sicerpa se tudi sprejeti podatki ojaèijo zenim od inverterjev vezja 74HC04.Konèno preostali inverter krmilitranzistor BD137, ki deluje kot PTTstikalo za oddajo. Za razliko odostalih modemov opisano vezje nevsebuje "kuapazi" èasovne konstanteza oddajnik!

1.2288Mbit/s bitna sinhronizacija sskrambliranjem podatkov je zgrajenana enostranski tiskanini dimenzij60x120mm (glej Sliko 11.). Raz-poreditev sestavnih delov je prika-zana na Sliki 12. Na ploèici je karest iènih mostièkov. Z ustreznimiènim mostièkom izbiramo fazoizhodnega takta. Za DMA-SCC plo-èico z vezjem Z8530 je ta mostièekspojen na maso. Upori, duilka inelektrolit so vgrajeni leeèe, kristal intranzistor BD137 pa pokonèno.

Vezje bitne sinhronizacije vsebujele eno uglaevalno toèko in sicertrimer za DCD, ki ga pri sprejemuuma nastavimo tako, da DCD LEDravno ugasne. Na SuperVozeljpoveemo bitno sinhronizacijo kotvsak modem, le na dodatno ico zatakt ne smemo pozabiti. Radijskapostaja mora seveda vsebovati po-doben TTL vmesnik za povezavo zbitno sinhronizacijo. Pri naèrtovanjuvmesnika v radijski postaji moramoupotevati, da oddaja bitna sin-hronizacija "avje" preko TXM vodatudi na sprejemu, bolj toèno takrat tudobimo zakasnjen in regeneriransprejeti signal brez deskrambliranja.



DIGITALNI MOSTOVI.vp:CorelVentura 7lea.hamradio.si/~s53m/phare/sv_2.pdf · 2001. 9. 7. ·...

Documents

Transcript of DIGITALNI MOSTOVI.vp:CorelVentura 7lea.hamradio.si/~s53m/phare/sv_2.pdf · 2001. 9. 7. ·...