(昆明船舶设备研究试验中心,昆明 650051)

0 引言

多节点传感器的数据采集传输系统有着广泛的应用，在具体的实现技术上，物理层实现方式主要分为并行传输和串行传输[1]。如图1所示，图(a)中每个节点都有独占的有线信道与主机直接相连，并行传输的数据传输速率只与节点本身的传输速率有关，与节点数无关；节点控制程序设计简单，各节点间相对独立[2]。图(b)中每个节点与下级节点相连，各节点共用信道与主机相连，在总线带宽相同的情况下，串行传输速率与节点数量负相关，节点间有数据或命令交互。

图1 多节点数据传输物理层实现方式

相比并行传输，串行传输的优势主要在于电缆长度较短、直径较小、重量较轻。式(1)、式(2)分别为并行传输与串行传输方式下，电缆长度与节点数量的关系为：

(1)

Ds=d0+N*Δd

(2)

式(1)～(2)中，N为节点数量；n=1,2,…，N，为每个节点序号；Δd为节点间距，d0为主机与最近一个节点间距。

在某些应用场景中，对电缆的重量及直径较为敏感[3]。针对这些应用场景，本文选用串行传输的方式，使用Verilog语言实现了水下拖缆多节点传感器数据同步采集与传输的RTL代码设计，并在Modelsim中进行了功能仿真验证。

1 串行传输物理层设计

在串行传输方式的物理层设计上，为了进一步减小电缆重量及直径，节点间采用半双工的工作模式，为保证较高的传输信噪比，节点间使用双绞线连接，数据以差分信号的形式传输。具体各节点使用Intel公司的Cyclone系列EP4CE15 FPGA为主控芯片，主机使用了硬件资……