基于SOPC的異步串行通信IP核設計

3. 3 UART協(xié)議邏輯模塊設計

本文設計的UART協(xié)議邏輯模塊主要包括波特率產(chǎn)生模塊，發(fā)送模塊，接收模塊，寄存器組等幾個(gè)部分，其結構如圖4所示。寄存器組說(shuō)明如表2，其他幾個(gè)模塊的設計如圖4所示。

3. 3.1波特率模塊

波特率模塊根據PLB總線(xiàn)提供的時(shí)鐘產(chǎn)生需要的發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘。由于UABT在發(fā)送數據時(shí)只需要按照發(fā)送波特率將數據串行地發(fā)出就可以了，因此發(fā)送時(shí)鐘就等于發(fā)送波特率。而當UART在接收數據時(shí)，需要對串行數據進(jìn)行采樣以判斷接收數據。由于接收方和發(fā)送方的時(shí)鐘不可能完全同步，所以需要對每一位接收數據持續電平的時(shí)間進(jìn)行分段。分段越多，接收出現誤判的概率就越低，但系統開(kāi)銷(xiāo)也越大。在實(shí)際的設計中通常采用發(fā)送時(shí)鐘的16倍作為接收時(shí)鐘。波特率模塊的分頻功能由兩個(gè)16位計數器實(shí)現，它將PLB總線(xiàn)時(shí)鐘按配置寄存器的設定進(jìn)行分頻，產(chǎn)生發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘。

3.3.2發(fā)送模塊

發(fā)送模塊主要包括發(fā)送FIFO和發(fā)送單元兩部分，如圖5(a)所示。發(fā)送FIFO數據位寬度為8bit，深度為16字節。發(fā)送FIFO緩存MicroBlaze處理器需要發(fā)送的數據。當FIFO空間滿(mǎn)時(shí)，發(fā)送模塊將狀態(tài)寄存器中“發(fā)送FIFO滿(mǎn)”標志位置1，MicroBlaze處理器通過(guò)查詢(xún)該位以判斷UART IP核是否可以接收下一個(gè)發(fā)送數據。

發(fā)送單元的設計用有限狀態(tài)機的方法實(shí)現，其狀態(tài)轉換圖如圖5(b)所示。系統在復位后，發(fā)送單元處于空閑狀態(tài)。當FIFO有發(fā)送數據時(shí)(Empty管腳為低)，發(fā)送單元發(fā)出讀FIFO操作，并進(jìn)入數據準備狀態(tài)。當數據從FIFO中讀出，發(fā)送單元首先發(fā)送起始位，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。在發(fā)送狀態(tài)下，發(fā)送單元依次串行發(fā)送8比特數據，并計算當前的奇偶校驗碼。在數據發(fā)送結束后，若配置寄存器中奇偶校驗位為1，則發(fā)送奇偶校驗位。最后發(fā)送單元發(fā)送停止位，回到空閑狀態(tài)，完成次數據發(fā)送。

3.3.3接收模塊

接收模塊由接收FIFO和接收單元兩部分組成，如圖6(a)所示。接收FIFO數據位寬度為8bit，深度16字節，它負責緩存接收單元收到的數據，并在收到數據后將狀態(tài)寄存器中“接收數據有效”標志位置1.MicroBlaze處理器通過(guò)查詢(xún)該位來(lái)判斷是否有數據到達。

接收單元的設計同樣采用了有限狀態(tài)機的方法，其狀態(tài)轉換圖如圖6(b)所示。系統在復位后接收單元處于就緒狀態(tài)。當接收單元在接收管腳連續檢測到8個(gè)低電平時(shí)認為起始位有效，進(jìn)入接收狀態(tài)。在接收狀態(tài)下，接收單元每16個(gè)接收時(shí)鐘采集一次接收數據。8個(gè)接收數據都采集完成后，接收單元根據配置寄存器中“奇偶校驗位”是否為1決定是否進(jìn)行奇偶校驗。若奇偶校驗通過(guò)，接收單元將接收到的數據寫(xiě)入接收FIFO.若奇偶校驗未通過(guò)接收FIFO滿(mǎn)，接收單元丟棄收到的數據，并在狀態(tài)寄存器中置“奇偶校驗出錯”位或“接收FIFO滿(mǎn)”位為1.