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帶硬件地址識別的UART IP 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
摘要：在通信和控制系統(tǒng)中，常使用異步串行通信控制器(UART)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輔助信息的傳輸。為實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，通常用軟件識別發(fā)往本站點(diǎn)或其它站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這會(huì)加大CPU的開銷。介紹了一種基于FPGA的UART IP，由硬件實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信時(shí)的數(shù)據(jù)過濾功能，降低了CPU的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞：UART 多點(diǎn)通信 FPGA 知識產(chǎn)權(quán)
在通信和控制系統(tǒng)中，常使用異步串行通信實(shí)現(xiàn)多塊單板之間的輔助通信，各個(gè)單板通過總線方式連接。為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，需要由軟件定義一套較復(fù)雜的通信協(xié)議，過濾往來的數(shù)據(jù)，消耗了CPU較多的時(shí)間。89C51單片機(jī)有一種九位通信方式，采用一位地址位來實(shí)現(xiàn)通信對象的選擇，只對發(fā)往本地址的地址發(fā)生中斷進(jìn)而接收數(shù)據(jù)。通用的UART芯片如16C550和89C51等構(gòu)成總線式的通信系統(tǒng)時(shí)，需要由CPU通過軟件處理接收到的地址和產(chǎn)生九位的數(shù)據(jù)。本文介紹的UART采用Verilog HDL硬件描述語言設(shè)計(jì)，可以用FPGA實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于SoC設(shè)計(jì)中。其主要特性如下：
·全硬件地址識別，過濾數(shù)據(jù)不需要CPU的介入；支持一個(gè)特殊地址，可用于監(jiān)聽和廣播。
·支持查詢和中斷兩種工作方式，中斷可編程。
·接收和發(fā)送通路分別有128Byte FIFO，每個(gè)接收字節(jié)附帶狀態(tài)信息。
·設(shè)計(jì)采用Verilog HDL語言，全同步接口，可移植性好。
·支持自環(huán)測試功能。
·波特率可以編程，支持八位或者九位兩種數(shù)據(jù)格式。
設(shè)計(jì)的UART的九位串行數(shù)據(jù)格式如圖1所示。在空閑狀態(tài)，數(shù)據(jù)線處于高電平狀態(tài)�？偩�由高到低跳變，寬度為一個(gè)波特率時(shí)間的負(fù)脈沖為開始位，然后是8bit的數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位后面是lbit的地址信息位。如果此位是1，表示發(fā)送的字節(jié)是地址信息；如果此位是0，傳輸?shù)氖钦?shù)據(jù)信息。地址指示位后是串行數(shù)據(jù)的停止位。
1 UART設(shè)計(jì)
UART采用模塊化、層次化的設(shè)計(jì)思想，全部設(shè)計(jì)都采用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)，其組成框圖如圖2所示。整個(gè)UART IP由串行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、串行數(shù)據(jù)接收模塊、接收地址識別模塊、接收和發(fā)送HIFO、總線接口邏輯、寄存器和控制邏輯構(gòu)成。串行發(fā)送模塊和接收完成并/串及串/并的轉(zhuǎn)換，接收地址的識別由接收地址識別模塊完成。發(fā)送和接收HIFO用于緩存發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。總線接口邏輯用于連接UART IP內(nèi)部總線和HOST接口。寄存器和控制邏輯實(shí)現(xiàn)UART IP內(nèi)部所有數(shù)據(jù)的收發(fā)、控制和狀態(tài)寄存器、內(nèi)部中斷的控制及波特率信號的產(chǎn)生。以下詳細(xì)說明主要部分的設(shè)計(jì)原理。
1.1 串行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊
串行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)或
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