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[導(dǎo)讀]UART(通用異步收發(fā)器)串口通信是FPGA設(shè)計中常見的通信方式之一。本文將介紹FPGA入門基礎(chǔ)中的UART串口通信設(shè)計,并附上相應(yīng)的代碼示例。

UART(通用異步收發(fā)器)串口通信是FPGA設(shè)計中常見的通信方式之一。本文將介紹FPGA入門基礎(chǔ)中的UART串口通信設(shè)計,并附上相應(yīng)的代碼示例。

一、UART串口通信概述

UART串口通信是一種異步串行通信方式,通過一對傳輸線(TX和RX)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。在UART通信中,數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸,每個字節(jié)由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位組成。起始位為低電平,用于標(biāo)識一個字節(jié)的開始;數(shù)據(jù)位通常為8位,表示實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù);校驗位用于數(shù)據(jù)校驗,可以選擇奇校驗、偶校驗或無校驗;停止位為高電平,用于標(biāo)識一個字節(jié)的結(jié)束。

二、FPGA中的UART串口通信設(shè)計

在FPGA中實現(xiàn)UART串口通信,我們需要設(shè)計發(fā)送模塊和接收模塊。下面將分別介紹這兩個模塊的設(shè)計過程。

1. 發(fā)送模塊設(shè)計

發(fā)送模塊的主要任務(wù)是將FPGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)以UART格式發(fā)送出去。設(shè)計步驟如下:

(1)配置串行通信參數(shù):確定波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位等參數(shù)。

(2)設(shè)計數(shù)據(jù)緩沖區(qū):使用FPGA內(nèi)部的Block RAM或FIFO(先進(jìn)先出)緩沖區(qū)來存儲要發(fā)送的數(shù)據(jù)。

(3)生成波特率時鐘:根據(jù)配置的波特率,使用FPGA內(nèi)部的計數(shù)器和時鐘分頻器生成相應(yīng)的時鐘信號。

(4)串行化數(shù)據(jù):從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù),并按照UART格式將其轉(zhuǎn)換為串行比特流。

(5)發(fā)送數(shù)據(jù):將串行比特流通過TX線發(fā)送出去。

以下是發(fā)送模塊的部分偽代碼示例:

verilog復(fù)制代碼

// 偽代碼,僅用于說明設(shè)計思路

// 配置參數(shù)

parameter BAUD_RATE = 9600;

parameter DATA_BITS = 8;

parameter STOP_BITS = 1;

// ...(其他參數(shù)配置)


// 波特率時鐘生成

// ...(使用計數(shù)器和時鐘分頻器生成波特率時鐘)


// 數(shù)據(jù)發(fā)送

always @(posedge uart_tx_clk) begin

if (start_bit) begin

// 發(fā)送起始位

tx_line <= 0;

// ...(等待一個波特率時鐘周期)

start_bit <= 0; // 清除起始位標(biāo)志

end else if (data_index < DATA_BITS) begin

// 發(fā)送數(shù)據(jù)位

tx_line <= data_buffer[data_index];

// ...(等待一個波特率時鐘周期)

data_index <= data_index + 1;

end else if (parity_enable) begin

// 發(fā)送校驗位(如果啟用)

// ...(計算校驗位并發(fā)送)

end else begin

// 發(fā)送停止位

tx_line <= 1;

// ...(等待停止位時間)

// 發(fā)送完成處理(如重置計數(shù)器、標(biāo)志位等)

end

end

2. 接收模塊設(shè)計

接收模塊的主要任務(wù)是從RX線接收UART格式的數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換為FPGA內(nèi)部可處理的數(shù)據(jù)格式。設(shè)計步驟與發(fā)送模塊類似,但需要考慮數(shù)據(jù)的同步和校驗等問題。以下是接收模塊的部分偽代碼示例:

verilog復(fù)制代碼

// 偽代碼,僅用于說明設(shè)計思路

// ...(配置參數(shù)、生成波特率時鐘等步驟與發(fā)送模塊相同)


// 數(shù)據(jù)接收

always @(posedge uart_rx_clk) begin

if (sync_detected) begin

// 檢測到同步信號(起始位)

// ...(初始化接收狀態(tài)機、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)等)

end else if (in_data_bit) begin

// 接收數(shù)據(jù)位

rx_data_buffer[data_index] <= rx_line;

// ...(等待一個波特率時鐘周期)

data_index <= data_index + 1;

// 檢查是否接收完所有數(shù)據(jù)位

if (data_index == DATA_BITS) begin

// 接收完成,處理校驗位、停止位等

// ...(根據(jù)校驗位檢查結(jié)果設(shè)置錯誤標(biāo)志位)

// ...(處理接收到的數(shù)據(jù))

data_index <= 0; // 重置數(shù)據(jù)位索引

end

end

// ...(處理校驗位、停止位等邏輯)

end



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