FPGA與GPS_OEM板的UART設計

　　引言

　　UART(標準異步接收器/發(fā)射器)得到了相當廣泛的應用，它允許串行鏈路上進(jìn)行全雙工通信。一般使用通用的UART接口芯片，但這種芯片存在電路復雜、成本高，降低了系統的可靠性和穩定度，由于結構和功能的相對固定，因而我們不能根據自己的設計需要去進(jìn)行剪裁和移植。而日益成熟的SOPC(Silicon on Programmable Chip，系統可編程芯片)技術(shù)要求將整個(gè)設計功能集成到一塊或幾塊芯片中，本文通過(guò)對UART功能的分析，提出了在FPGA上集成UART功能模塊，增強了設計的靈活性，簡(jiǎn)化了電路，并通過(guò)有限狀態(tài)機來(lái)描述核心功能控制邏輯，從而提高了整個(gè)系統的穩定性和可靠度?；谶@種思想，本文提出了一種使用VHDL[1]語(yǔ)言開(kāi)發(fā)UART核心功能的方法，將UART模塊嵌入到FPGA芯片，實(shí)現了FPGA與GPS_OEM板之間的數據通信，為FPGA采集并處理GPS_OEM板數據提供基礎。UART所有功能的實(shí)現全部采用VHDL硬件描述語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行描述。設計、綜合、仿真在QUARTUS II9.0軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下實(shí)現。

　　系統設計

　　由于FPGA接口采用TTL電平，而OEM[2]板的串行通信采用RS-232標準電平，故需電平轉換，電平轉換接口可以通過(guò)MAX202[3]片來(lái)實(shí)現。GPS25LP[4]兩個(gè)串行口，其端口1可用來(lái)輸入差分修正信息和輸出衛星的原始測量信息，而端口2則用來(lái)輸入設定語(yǔ)句和輸出定位語(yǔ)句，因此，只需將FPGA接口與GPS25LP串行口2對應連接即可。其接口電路如圖1所示。FPGA的全局時(shí)鐘Global_clk由24 MHz的晶振產(chǎn)生。

　　UART電路由波特率發(fā)生器、發(fā)送模塊和接收模塊3部分組成。UART的RTL(寄存器傳輸級)模塊組合電路如圖2。波特率發(fā)生器為發(fā)送模塊和接收模塊提供時(shí)鐘信號，以實(shí)現數據的異步可靠傳輸。

　　假定本方案設計的UART數據格式為：數據位為8位、波特率可選、不設奇偶校驗位、1位停止位，異步通信的過(guò)程如下：GPS_OEM板產(chǎn)生發(fā)送串行數據，由MAX202的TXD端輸入，經(jīng)過(guò)MAX202進(jìn)行電平轉換由FPGA串口接收模塊的RXD端進(jìn)入，進(jìn)行串并轉換得到8位位寬數據總線(xiàn)，該數據由FPGA的其他模塊進(jìn)行處理;FPGA產(chǎn)生發(fā)送的8位并行數據，數據由8位數據線(xiàn)進(jìn)入FPGA串口發(fā)送模塊，進(jìn)行并串轉換后由TXD輸出到MAX202的，經(jīng)過(guò)MAX202電平轉換發(fā)送至GPS_OEM板。