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

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，用于標識一個字節(jié)的結束。

二、FPGA中的UART串口通信設計

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

1. 發(fā)送模塊設計

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

（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）設計數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：使用FPGA內(nèi)部的Block RAM或FIFO（先進先出）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復制代碼

// 偽代碼，僅用于說明設計思路

// 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、標志位等）

end

end

2. 接收模塊設計

接收模塊的主要任務是從RX線接收UART格式的數(shù)據(jù)，并將其轉換為FPGA內(nèi)部可處理的數(shù)據(jù)格式。設計步驟與發(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復制代碼

// 偽代碼，僅用于說明設計思路

// ...（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)校驗位檢查結果設置錯誤標志位）

// ...（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