關(guān)于FPGA開(kāi)發(fā)手記之UART接口的開(kāi)發(fā)

以下內(nèi)容均以Xilinx的Nexys3作為開(kāi)發(fā)板

1. UART簡(jiǎn)介
UART（即Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用異步收發(fā)器）是廣泛使用的串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。UART允許在串行鏈路上進(jìn)行全雙工的通信。

串行外設(shè)用到RS232-C異步串行接口，一般采用專用的集成電路即UART實(shí)現(xiàn)。如8250、8251、NS16450等芯片都是常見(jiàn)的UART器件，這類芯片已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，有的含有許多輔助的模塊（如FIFO），有時(shí)我們不需要使用完整的UART的功能和這些輔助功能?；蛘咴O(shè)計(jì)上用到了FPGA/CPLD器件，那么我們就可以將所需要的UART功能集成到FPGA內(nèi)部。使用VHDL將UART的核心功能集成，從而使整個(gè)設(shè)計(jì)更加緊湊、穩(wěn)定且可靠。本文應(yīng)用EDA技術(shù)，基于FPGA/CPLD器件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)UART。

以上內(nèi)容摘自某位網(wǎng)友的熱心博文。

就我個(gè)人而言，UART就是一個(gè)異步串行接口，見(jiàn)過(guò)最多的就是RS232。而我們的開(kāi)發(fā)板則是一個(gè)Mircro USB來(lái)模擬這樣一個(gè)接口，電路圖如下：

根據(jù)manual的介紹，我們可以通過(guò)指令來(lái)通過(guò)這個(gè)接口首發(fā)數(shù)據(jù)。Mircroblaze提供了這一接口的控制器，官網(wǎng)上也有著一接口的VHDL語(yǔ)言Demo。所以原理內(nèi)容本人就不再贅述，主要還是注意串行異步通信協(xié)議，如下圖所示。

道理很簡(jiǎn)單，但是這個(gè)Demo筆者卻研究了很久時(shí)間，因?yàn)槲乙恢笔褂?a target="_blank">Verilog語(yǔ)言，VHDL語(yǔ)言和Verilog區(qū)別還是挺大的，為了方便其他使用Verilog研究本Demo，筆者現(xiàn)將Xilinx網(wǎng)站上的GPIO_UART Demo改寫(xiě)為Verilog。

該Demo采用單工方式，開(kāi)發(fā)板最為發(fā)送器，PC最為接收器。同時(shí)，該Demo還兼具了按鍵消抖，7段數(shù)碼管顯示等模塊，筆者也進(jìn)行了改寫(xiě)，但此處不做詳細(xì)介紹。

由于該源代碼注解較為詳細(xì)，現(xiàn)僅將功能介紹：其實(shí)由switch控制led顯示，同時(shí)switch[0]作為系統(tǒng)復(fù)位端。五個(gè)按鍵的中間按鍵也可作為復(fù)位端。程序燒錄后，啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)將自動(dòng)向PC發(fā)送27個(gè)16位字符串；當(dāng)按其他按鍵時(shí)，開(kāi)發(fā)板也將向PC發(fā)送24個(gè)16位字符串。字符串內(nèi)容相同，但數(shù)據(jù)不同。其中筆者認(rèn)為該程序按鍵消抖部分不是很好，但是本人并未修改，畢竟只是改寫(xiě)人家的源代碼。Xilinx官網(wǎng)的大部分都是VHDL程序，看起來(lái)真的是很費(fèi)力，希望對(duì)感興趣的同學(xué)有幫助吧。

2.程序源代碼介紹

其中，筆者使用IPcore生成rom，按鍵發(fā)送和初始發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容相同，但長(zhǎng)度不同，作為測(cè)試依據(jù)。源碼打包在最后面。

3.實(shí)驗(yàn)截圖
（1）狀態(tài)機(jī)截圖

圖1 頂層文件狀態(tài)機(jī)

圖2 子層狀態(tài)機(jī)

（2）測(cè)試截圖
驗(yàn)證工具為網(wǎng)上下載的小工具——串口調(diào)試器。打開(kāi)該工具前需要保證開(kāi)發(fā)板已經(jīng)與PC相連，否則無(wú)法找到串口COM3。測(cè)試前，別忘記將選擇串口選為COM3，波特率9600，數(shù)據(jù)位8，校驗(yàn)位無(wú)，停止位1，單擊打開(kāi)串口即可測(cè)試。如圖。