3 KCPSM控制系统的设计
3.1KCPSM设计的特点
KCPSM是常变量可编程状态机的简称，其主要组成部分为嵌入式处理器单元，用于实现基于常量的状态机主控单元。与传统的基于时序电路的状态机控制设计相比，使用KCPSM作为主控单元有以下特点：
(1)结构简单，占用资源少。以Xilinx公司推出 的8位嵌入式微处理器IP核PicoBlaze为例，其逻辑模块仅占用Spartan-IIE的76个slice，相当于最小的XC2S50E器件可用资源的9％，或XC2S300E器件可用资源的2.5％。对于较大规模的设计几乎可以忽略这样的资源占用。虽然该IP核占用的硬件资源很少，但它的运算性能可以达到40MIPS。因其占用资源少，在实际设计中可以同时使用多个KCPSM以完成复杂的控制功能。
(2)使用灵活，易于调试。对于KCPSM单元，控制状态的转换及相关信号的处理都是以程序指令的形式存储于Block RAM单元中，不涉及到IP核的逻辑模块单元。使用时只需要根据不同的目的编写相应的指令代码就可实现不同的功能。特别是在对电路进行调试时，易于实现特定的非正常运行状态。
(3)指令周期相对较长。KCPSM采用的是从Block RAM单元读取指令的操作模式,每步操作的完成包括确定RAM地址和读取指令两步，需要花费两个时钟周期。与由时序电路组成的状态机相比，KCPSM的运行效率较低，不适合用于对时钟沿敏感情况下的控制需要。
由上面几点可以看出，KCPSM作为可编程的控制单元，适合用于情况比较复杂但对时间要求不高的系统级控制，特别是有大量控制参数需要计算调整的情况。相对于由时序单元组成的控制电路，它在节省硬件开销的同时，降低了设计的复杂性，增强了设计的灵活性。
3.2Turbo译码的控制设计
根据Turbo码的迭代译码原理，KCPSM控制系统的基本流程如图5所示。从图中可以看出，该控制系统根据Turbo译码器当前的工作状态检测对应的控制信号并改变输出参数。当译码器没有处于译码状态时，KCPSM会周期性地检测译码启动信号。该信号有效后，Turbo译码器进入译码状态，KCPSM 向TurboDec译码模块输出第一次反向递推译码计算的起始地址、译码段长度等参数和控制信号，同时准备下一次前向递推的相关参数。译码器进入译码状态后，KCPSM改为检测TurboDec译码模块的译码完成信号。当TurboDec完成递推译码计算后，KCPSM根据迭代次数决定是否还需要进行下一次的递推计算。若迭代译码过程尚未结束，KCPSM会控制TurboDec译码模块开始新一次的递推计算，并为下次的递推计算相关参数。迭代译码结束后， KCPSM使TurboDec译码模块输出译码结果，并控制Turbo译码器退出译码状态。
在整个译码过程中，KCPSM将Turbo译码器的状态以编码的形式存储在内部的寄存器中，并根据译码的要求和递推计算的次数确定下次递推译码的参数。TraceDec译码单元对前向状态概率的计算与对反向状态概率的计算是交替进行的，在每次译码操作后都要改变下次译码递推的方向。译码的起始地址和译码段的长度由译码方向和已完成的译码长度确定。对位于帧尾的最后一段序列，译码的起始地址和译码段的长度需根据剩余的序列长度进行调整。由于只有一个TurboDec译码模块作为SISO译码器，在结束一次MAP译码后，下一次的MAP译码需采用不同的校验序列，以实现对两组校验信息的充分利用。
在Turbo译码过程中，KCPSM要将多个参数传递给TurboDec译码模块，为此需要同时使用 OUT_PORT和PORT_ID两个输出端口。将这些参数分别看作KCPSM的不同“虚拟端口”，为每个输出参数设定一个特定的PORT_ID。 KCPSM输出数据后，TurboDec译码模块根据PORT_ID的数值判断当前OUT_PORT端输出的是什么参数。
4 性能分析
本设计采用Xilinx公司的Spartan-IIE系列作为目标器件，采用Xilinx ISE作为开发环境。根据设计的综合情况，在硬件资源方面，该Turbo码译码器的逻辑模块占用了829个slice，而存储模块则占用了56Kbit的 BlockRAM，最高时钟频率约达到50MHz。根据RAM单元的使用情况，该译码器可完成对最大帧长为3 084位的输入序列的译码。