嵌入式UART接口模塊的設計

圖7　發(fā)送數據緩沖器仿真波形圖

　　由波形圖可知，發(fā)送數據緩沖器在復位后，在輸入的計數值si_count為0時(shí)，send_si輸出起始位‘0’。在輸入的計數值si_count為1～8時(shí)，send_si分別輸出send_bus上相應的數據位。在輸入的計數值si_count為9時(shí)，send_si輸出停止位‘1’。

　　2.6　UART內核模塊

　　UART內核模塊是整個(gè)設計的核心。在數據接收時(shí)，UART內核模塊負責控制波特率發(fā)生器和移位寄存器，使得移位寄存器在波特率時(shí)鐘的驅動(dòng)下同步地接收并且保存RS232接收端口上的數據。在數據發(fā)送時(shí)，UART內核模塊首先根據待發(fā)送數據產(chǎn)生完整的發(fā)送數據序列（包括起始位、數據位和停止位），之后控制移位寄存器將序列加載到移位寄存器的內部寄存器里，最后再控制波特率發(fā)生器驅動(dòng)移位寄存器將數據串行輸出。UART內核模塊的主要功能是控制數據接收、數據加載和數據發(fā)送的過(guò)程，這可以用狀態(tài)機來(lái)實(shí)現，其狀態(tài)圖如圖8所示。

圖8　UART內核狀態(tài)轉移圖

　?。?）數據加載過(guò)程。數據的接收過(guò)程可以定義3個(gè)狀態(tài)：空閑“idle”狀態(tài)、接收“receive”和接收完成“receive_over”。UART內核模塊在復位后進(jìn)入空閑狀態(tài)。如果信號檢測器檢測到數據傳輸，即new_data=‘1’，UART內核檢測到此信號就會(huì )進(jìn)入接收狀態(tài)。

　　在UART進(jìn)入由空閑狀態(tài)轉為接收狀態(tài)過(guò)程中，需要進(jìn)行一系列的接收預備操作，包括將子模塊復位、選擇移位寄存器串行輸入數據以及選擇移位寄存器的輸入時(shí)鐘等。進(jìn)入接收狀態(tài)后，波特率發(fā)生器開(kāi)始工作，其輸出波特率時(shí)鐘驅動(dòng)移位寄存器同步的存儲RS232接收端口上的數據，并且其提示信號“indicator”驅動(dòng)計數器進(jìn)行計數。當所有數據接收完成，計數器也達到了其計數的上閾，此時(shí)overflow=‘1’，通知UART內核進(jìn)入接收狀態(tài)。UART內核進(jìn)入接收完成狀態(tài)的同時(shí)，會(huì )檢奇偶校驗的結果，同時(shí)使得子模塊使能信號無(wú)效，以停止各個(gè)子模塊。

　　UART內核的接收完成狀態(tài)僅保持1個(gè)時(shí)鐘周期，設置這個(gè)狀態(tài)的作用是借用一個(gè)時(shí)鐘周期復位信號檢測器，準備接收下次數據傳輸。

　　檢測器，準備接收下次數據傳輸。

　?。?）數據加載和發(fā)送過(guò)程。數據加載和發(fā)送的過(guò)程都是為發(fā)送數據而設定的，所以將它們放在一起進(jìn)行介紹，可以用4個(gè)狀態(tài)來(lái)實(shí)現上述的過(guò)程，即空閑、加載、發(fā)送和發(fā)送完成。其中的空閑狀態(tài)是UART內核復位后的空閑狀態(tài)，與上面介紹的數據接收過(guò)程的空閑狀態(tài)一致。數據加載過(guò)程在數據發(fā)送過(guò)程之前進(jìn)行。

　　UART內核復位后進(jìn)入空閑狀態(tài)，當探測到發(fā)送控制信號有效時(shí)，即send=‘1’，便會(huì )進(jìn)入加載狀態(tài)開(kāi)始數據加載。在進(jìn)入加載狀態(tài)的同時(shí)，UART內核會(huì )將移位寄存器、計數器復位，并且通過(guò)選擇信號使得移位寄存器的輸入為發(fā)送數據緩沖器模塊產(chǎn)生的串行數據序列，使得移位寄存器和計數器的工作時(shí)鐘為系統時(shí)鐘。

　　進(jìn)入加載狀態(tài)后，在UART內核控制下，發(fā)送數據緩沖器模塊會(huì )將完整的待發(fā)送序列加載到移位寄存器的數據輸入端，發(fā)送的序列是和系統時(shí)鐘同步的，移位寄存器在系統時(shí)鐘的驅動(dòng)下不斷讀入輸入端數據并保存在內部寄存器內。在移位寄存器加載數據的同時(shí)，計數器也在時(shí)鐘的驅動(dòng)下進(jìn)行計數，由于都是工作在系統時(shí)鐘下，所以當所有數據被加載時(shí)，計數器也達到了計數的上閾（即串行數據的總量），此時(shí)overflow=‘1’，通知UART內核進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。UART內核進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)的同時(shí)會(huì )改變幾個(gè)選擇信號，比如將移位寄存器的時(shí)鐘設為波特率時(shí)鐘，將計數器時(shí)鐘設為波特率的提示信號，最重要的是將輸出信號送到RS232的發(fā)送端口TxD上。發(fā)送的過(guò)程和接收類(lèi)似，移位寄存器在波特率時(shí)鐘的驅動(dòng)下內部寄存器的數據串行的發(fā)送出去，同時(shí)計數器在波特率發(fā)生器的提示信號驅動(dòng)下進(jìn)行計數。

　　UART內核在計數器到達計數上閾后便進(jìn)入發(fā)送完成模式，并且輸出發(fā)送完成信號。