背景
在 FPGA 应用领域，与编码器的对接是一项关键且有趣的工作。海德汉 1313 Endat 绝对值编码器凭借高精度和可靠性，在工业领域被广泛应用。Endat 协议是其数据传输的核心，定义了编码器与外部设备（比如我们基于 FPGA 的 PG 卡）之间如何进行通信。这种编码器能够提供绝对值位置信息，这对于需要精确位置反馈的系统，如机器人手臂、数控机床等至关重要。
FPGA 与 PG 卡的角色
FPGA 在这里扮演着一个灵活的'翻译官'角色。它通过编程可以适应不同协议和接口要求，PG 卡则是实现 FPGA 与编码器之间物理连接和信号处理的桥梁。基于 FPGA 开发 PG 卡的源代码，就是要让 FPGA 能够正确地解析编码器传来的数据。
接收逻辑解析
下面来看一段简单的 Verilog 代码示例，这部分代码负责接收 Endat 编码器的串行数据：
module endat_rx (
input wire clk,
input wire rst_n,
input wire endat_data,
output reg [31:0] position_data
);
reg [4:0] bit_count;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
bit_count <= 5'b0;
position_data <= 32'b0;
end else begin
if (bit_count < 32) begin
position_data <= {position_data[30:0], endat_data};
bit_count <= bit_count + 1;
end
end
end
endmodule
这段代码定义了一个名为 endat_rx 的模块。输入端口包括时钟信号 clk、低电平有效的复位信号 rst_n 以及来自编码器的串行数据 endat_data；输出端口 position_data 用于存储解析后的 32 位位置数据。
变量 bit_count 用于记录已经接收的位数，这里用 5 位宽的寄存器表示，因为 Endat 协议一次传输的数据通常是 32 位左右。position_data 是 32 位宽的寄存器，用于存储最终解析得到的位置数据。
在时钟上升沿或者复位信号有效时触发 always 块。当复位信号有效时，将 bit_count 和 position_data 清零。当复位信号无效时，如果 bit_count 小于 32，就将新接收到的 endat_data 逐位移入 position_data 中，同时 bit_count 加 1。这样，当接收到 32 位数据后，position_data 中就存储了完整的位置信息。实际工程中要注意时序约束和复位策略。
数据处理与解析
接收到数据后，还需要按照 Endat 协议对数据进行解析。Endat 协议的数据格式包含了位置信息、状态信息等。例如，下面这段代码用于从接收到的 32 位数据中提取位置信息：
module data_decode (
input wire [31:0] raw_data,
output reg [23:0] position
);
always @(*) begin
position = raw_data[23:0];
end
endmodule
data_decode 模块接收 raw_data（即前面 endat_rx 模块解析得到的 32 位原始数据），然后通过简单的位选择操作，将 raw_data 的低 24 位提取出来作为位置信息存储在 position 寄存器中。实际应用中，可能还需要根据协议对数据进行校验等操作，以确保数据的准确性。
总结
基于 FPGA 的海德汉 1313 Endat 绝对值编码器 PG 卡源代码开发，涉及到对 Endat 协议的深入理解、FPGA 编程技巧以及数据处理的方法。通过上述简单的代码示例，我们只是揭开了这个复杂系统的冰山一角。在实际项目中，还需要考虑更多的因素，如抗干扰、多轴同步等。希望这篇博文能为正在研究相关领域的朋友提供一些思路和参考。
