實(shí)現(xiàn)一個(gè)在ARM中通過APB總線連接的UART模塊

功能

實(shí)現(xiàn)一個(gè)在ARM中通過APB總線連接的UART模塊（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），包括設(shè)計(jì)與驗(yàn)證兩部分。

項(xiàng)目需求

• 系統(tǒng)時(shí)鐘最大工作頻率滿足100MHz，功能時(shí)鐘滿足26MHz
• 具有系統(tǒng)和功能時(shí)鐘域的復(fù)位功能
• 配置接口滿足AMBA2.0-APB總線接口時(shí)序，總線位寬16bit
• 數(shù)據(jù)傳輸滿足通用串口時(shí)序，奇偶校驗(yàn)功能可配置
• 波特率滿足115200，或可配置
• 接收和發(fā)送FIFO復(fù)位單獨(dú)可控，觸發(fā)深度可配置
• 數(shù)據(jù)收發(fā)中斷功能可配置
• 數(shù)據(jù)發(fā)送間隔可控
• 具有狀態(tài)指示功能
• 具有FIFO數(shù)據(jù)量指示功能

框架

uart框架

設(shè)計(jì)

• 波特率產(chǎn)生模塊
  • 根據(jù)功能時(shí)鐘和配置，產(chǎn)生收發(fā)波特率時(shí)鐘。
• 數(shù)據(jù)接收
  • 根據(jù)RX波特率時(shí)鐘接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，存放數(shù)據(jù)到RX FIFO，再由CUP經(jīng)過APB總線讀取數(shù)據(jù)。內(nèi)含接收數(shù)據(jù)狀態(tài)機(jī)。
• 數(shù)據(jù)發(fā)送
  • CUP通過APB總線將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放到TX FIFO，根據(jù)TX波特率時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。內(nèi)含發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)機(jī)。
• 寄存器配置
  • 實(shí)現(xiàn)APB讀寫寄存器功能，中斷操作，功能選擇，模塊狀態(tài)指示等。

驗(yàn)證

• 波特率產(chǎn)生
  • 產(chǎn)生仿真環(huán)境使用的波特率時(shí)鐘。
• 數(shù)據(jù)接收
  • 仿真環(huán)境的接收數(shù)據(jù)模型。
• 數(shù)據(jù)發(fā)送
  • 仿真環(huán)境的發(fā)送數(shù)據(jù)模型。
• APB總線
  • 仿真環(huán)境的APB總線模型，模擬cpu響應(yīng)中斷和實(shí)現(xiàn)各種功能。
• 數(shù)據(jù)對(duì)比
  • 根據(jù)對(duì)比發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)和時(shí)序，產(chǎn)生不同的對(duì)比結(jié)果，便于仿真時(shí)對(duì)結(jié)果的觀察。
• Testcase產(chǎn)生
  • 通過不同的激勵(lì)或配置產(chǎn)生不同的case，驗(yàn)證功能是否符合。

AMBA-APB協(xié)議

AMBA

AMBA總線是ARM研發(fā)的高級(jí)微控制器總線體系（Advanced Microcontroller Bus Architecture），定義了在設(shè)計(jì)高性能嵌入式微控制器時(shí)的一種片上通信標(biāo)準(zhǔn)。AMBA2.0定義了三種不同的總線：AHB、ASB、APB。

AMBA典型系統(tǒng)

典型的基于AMBA的微控制器由一個(gè)高性能系統(tǒng)中樞總線（AHB或者ASB）組成，能夠支持高帶寬外部存儲(chǔ)器，包括CPU，片上存儲(chǔ)器和其他直接數(shù)據(jù)存?。?a href="http://www.ttokpm.com/tags/dma/" target="_blank">DMA）設(shè)備。這條總線為上述單元之間大多數(shù)的傳輸提供高帶寬接口。在這條高性能總線上也有一個(gè)橋接器以連接低帶寬的APB，而在APB上連接著大多數(shù)的系統(tǒng)外設(shè)。

APB

• 接口信號(hào)

PCLK （input）：APB總線的時(shí)鐘，所有的傳輸都和它的上升沿同步。

PRESETn （input）：APB總線的復(fù)位信號(hào)，低有效。

PADDR （input）：APB的地址總線。

PSELx （input）：APB模塊的選擇信號(hào)，高有效。這個(gè)信號(hào)選擇需要和APB總線傳輸數(shù)據(jù)的模塊。

PENABLE （input）：APB模塊的觸發(fā)信號(hào)，標(biāo)志APB傳輸?shù)牡诙€(gè)時(shí)鐘周期。

PWRITE （input）：APB總線上的寫（高有效），讀（低有效）信號(hào)。

PWDATA （input）：APB總線的寫數(shù)據(jù)信號(hào)，由APB總線橋來驅(qū)動(dòng)。

PRDATA （output）：APB總線的讀數(shù)據(jù)信號(hào)，由APB模塊來驅(qū)動(dòng)。

說明：

1. APB總線的傳輸需要兩個(gè)時(shí)鐘周期
2. input，output是相對(duì)APB模塊（slave）的輸入，輸出信號(hào)
3. “寫”操作是將數(shù)據(jù)從APB總線傳輸?shù)紸PB模塊，“讀”操作是將數(shù)據(jù)從APB模塊傳輸?shù)紸PB總線

apb狀態(tài)圖

• APB寫操作

  • PADDR，PWRITE，PSEL，PWDATA信號(hào)有效時(shí)刻相同

    如果只有一個(gè)“寫”操作，上述信號(hào)只持續(xù)兩個(gè)周期。

    如果有多個(gè)“寫”操作（如Burst方式），PWRITE，PSEL可以保持不變，PADDR，PWDATA每?jī)蓚€(gè)周期改變。

  • PENABLE信號(hào)在PSEL有效之后一個(gè)周期有效，持續(xù)一個(gè)周期。

    如果有多個(gè)“寫”操作，PENABLE信號(hào)在每?jī)蓚€(gè)周期內(nèi)，保持一個(gè)周期低電平，一個(gè)周期高電平

apb寫操作時(shí)序圖

• APB讀操作

  • PADDR，PWRITE，PSEL信號(hào)有效時(shí)刻相同

    如果只有一個(gè)“讀”操作，上述信號(hào)只持續(xù)兩個(gè)周期。

    如果有多個(gè)“讀”操作（如Burst方式），PWRITE，PSEL可以保持不變，PADDR每?jī)蓚€(gè)周期改變。

  • PENABLE信號(hào)在PSEL有效之后一個(gè)周期有效，持續(xù)一個(gè)周期。

    如果有多個(gè)“讀”操作，PENABLE信號(hào)在每?jī)蓚€(gè)周期內(nèi)，保持一個(gè)周期低電平，一個(gè)周期高電平

  • APB模塊需要在PENABLE有效的時(shí)刻，將“讀”操作需要的數(shù)據(jù)送到APB總線上，并保持一個(gè)周期。

apb讀操作時(shí)序圖