基于fpga的串口通信
浅谈一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法及实现

浅谈一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法及实现作者:孙广海来源:《科学与信息化》2020年第27期摘要对于任何设备而言,无不重视对外交互接口的时效性和正确性。
如何在有限的资源条件下保证通信的实时性和正确性成了通信设计的关注重点。
本文介绍了一种基于FPGA实现双冗余422串口通信方法。
关键词 FPGA;双冗余;实时性;正确性1 技术领域本方法涉及电子对抗领域,尤其是电子对抗中与外部接口通信处理,具体而言涉及一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法设计。
本方法提供一种基于FPGA的双冗余RS422通信方法及实现,该方法采用FPGA实现了双路RS422串口通信的冗余备份,同时解决了每路RS422串口通信的主/从应答机制,提高了通信的实时性,同时降低了应用层任务处理资源的消耗[1]。
2 背景技术在现代电子对抗中,无论对于哪种系统设备而言,与外部接口通信都是关键环节。
接收外部命令消息,上报自身设备信息都必须依赖于外部接口,所以外部接口通信尤其要保证稳定、高效。
随着近年来电子技术的发展,雷达体制和信号形式变得越来越复杂而多样,战场空间电磁密度不断提升。
各型设备上报的信息越来越复杂,数据量越来越大,对外部接口设计的实时性要求越来越高。
而由于受限与平台总线形式和外部接口通信协议,通信方法设计难度随之提升,且重要性不言而喻。
下面介绍某型平台上某型设备对外通信方法设计。
该型直升机机上配置的是RS422总线,机上综合任务系统与某型设备系统(以下简称设备系统)通过两路RS422实现通信,两路RS422为双冗余关系。
为实现每路RS422通信的可靠性,定义通信协议为点对点的主/从应答式全双工422通信(传输周期50ms),综合任务系统为主端,设备系统为从端。
主端主动发送通信消息,从端在接收到主端发送的消息时,按照消息块号判断主端发送报文的正确性,正确则发送自身需上报的消息,主端接收到从端发送的消息报文时,根据从端发送的消息块号判断从端发送报文的正确性,正确则发送下一包报文,否则,重新发送当前报文。
FPGA与PC串口通信设计与实现

京 航 空航 天 大 学 出版 社 ,0 8 20.
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m ) 的系统设计中 , y 芯片 程序软件仿 真验证通 过 不会发生误_ 。 麴 将数据存储于 8 I 位的移位寄存器 后 , 要 下载 到 芯 片 需 当中。 存储 8 位数据 以后就完成了一 有效数据 吟 能。可 以使用 P C向 P GA通过 串口发送数据并 的提取 , F 发送端置高等待下次起始位 的到来。 将处理后的数据返 回计算 机分析是否满足设 计 A CI S I码转换模块 : 由于发送端发的是数据 要求 。 完成串口通信可 以选用专用的串行外设接 的 AS I码 , CI 8位数据代表一 0或者 1 3 H代 — 。0 口芯 片如 15 0 N 14 0或者控制单 片机接收 表 0 3 H代表 1 65 ,S65 ,1 ,所以在 T D将数据传送给数 X 图 1 系统 总体 框 图 数据 。而采用模块化设计方法 , 通过硬件描述语 据处理单元 之前先要完成 A C S H码的转换 , 将转 、 单元。RX D的工作流程是 言编程可 以将外部芯片的功能集成到 F G 换 后的 0 1发给下 ~I P A内 囊I I I l l l l _ _ - l 麓 l 部 实现 , 这种 设计方法 可移植性强 , 又能避免不 接收端 一直检测 P C的发送数据是否 为起始位 皇缒 , 因为有 必要 的资源浪费 。本文采 IE 1.软件 开发平 0 一旦检测到就进行有效数据位 的接收, S 01 图 2 异步 串行通信格式 台 ,选 用 Xl x公 司 的 s a a.3 系 列 F G 效数据为 8位 , 以要判断接收的位数 , in i pn r E 一 PA 所 每结束 完 成了与 P C的通信功能。 个 比特计数 加一 ,当计到 8 时判定接收完毕 , 将接收的数据进行 A CI SI 码转换 , 然后传送给数 l系统的总体设 计 系统 的总体设计 思想是 : 发送 数据 , 据处理模块进行处理。 C P 由 由于数据处理部分在不同 本文不再赘述 。 MA 3 X2 2完成 R - 3 S 2 2电平到 1- 电平 的转换 , 系统中完成的工作各不相同 , Il lJ FG P A内部的 R D模块负责转换后 串行数据的 X 22FF . IO模 块 接收 , 数据处理单元 对接收数据进行处理 , 处理 I  ̄( i n itou) FF 1rtI Fr t是 一种先进先出的 es s 完成以后将数据暂存于 F F IO中 ,D T X读取暂存 数据缓存器 , 即读取数据h 僦 读取最早存人的 敬 据按通 信协 议把数 据发 给 MA 2 2反 馈给 数据。本 系统调用的 IE 带的 F O I , X3 S I F P核 保 图 3 R D模块仿真 图 X C 分析数据是否符 合要求 , 而验证整个系统 证 了速度与功耗的最优 , P, 从 并节省 了开发周期。使 设 计 的 合理性 。系 统框 图如 图 I 示 。 所 用 FF IO需要设 置~ 参数 。 些 数据宽度设置为 1 , R D单 元每接 收完 一 X 个数据 即向数据 处 即存储的数据宽度是 1 。 位 数据深度是指存储器 理单元发送—个 a e 电平有效信 号, v 高 告之其 可以存储数据的个数 , 此时的数据是需要处理的 , 数据处理单元接收到 代码 长耋 , 如果要测试 10 0 0个发送数据 的编码 那么编码后产生了 2 0 个数据 , 00 深度 ale ci 有效后采集 dt,这样可以避免数据采集 是否正确, v a a 0 8 留有一定富裕度 。 读写使能信 的错 误。 不同的系统所要完成的数据处理功能也 可以设置为 2 4 , 图 4 FF 存 储 器仿 真模 块 IO 不相同, 本实验中完成 的是对接 收信号进行 2 3 号 由分 别 由 T D和数据 处理单 元给 出。每 次 1 X 当完成 8 位数据的接收 I F 卷积编码功能 。 如果其他系统需要采集 多个数据 F O时钟的上升沿到来时,如果读写使能为高 存 储—个数据到最高位 。 将 . r x 1 转换后 数据处理单元每次处理 时 , 其转换为 0或 1如图 , d为 3 H, 后再处理一次,可以在接收端也添加一个 FF 就进行相应的读写操作。 IO oe , cv 高电平通 i 缓存数据。 个数据后就 向 FF IO发送 一个写使 能信号 , 告 的数据 cd 是 1 同时发送—个 at e 知数据处理单元进行接收并处理 。 2F G P A主要 功 能 模 块设 计 之存 储一个数据 ,X T D的操作类似。 32FF . IO存储器模块 21 B D模块 . X 2 T D模 块 . X 3 如 图4 所示 ,i d n是数据的输入端 , 依次输入 T D模块 负责把 处理后 的放据从 FF X IO中 R XD主要包括分频模块 , 数据采样存储模 个不同数 据, 【朋 为写使能端 , w- 在时钟上升沿 块 , S H码转换模块。为了更好的理解 R D工 读出, AC X 将其传送给 MAX 3 2 2完成电平转换 , 回 8 返 读时钟一直允许置高 , 可以看 出 d . tt _ 渎 给P C分析通过验证 处理 的 的数据是 否符合 前置位 , 作流程 , 下面先介绍一下 符 IO的工 输格式 每发~ 帧数据包 含—位起始位 、 一 8位数 设 计要求 来证 明收发 系统 的合理 性 。T D给 数据端按顺序输出写入 的数据 , 合 FF X 据位 、 一 位奇偶校验位和_位 停止位 。当发送端 FF — I O提供读使能信号 r e , d n 当数据处理单元完 作原理。 _ 4结 沧 这之 处 于空闲状态时, 一直发送高电平。每次开始发 成 一个数的编码后存 赭器中就存入有效值, Fea芯 片越 来越广泛 的应 用于电子设计 l 送新数据前首先发送一位低 电平的起始位 , 这样 后 T D就可以置 r_ ̄为高提 取存储器数据 。 X de 它与 P c的通信完成设计的调试 起蕾 要 检测端检测到低电平 就能判 断有效数据 已开始 存储器中数据是一位的 0或 l ,发送给 P C接收 当中, P A与 P 的串 口通信 系 C 发送 , 准备接收数据。 之后接 收 8 位有效数据, 由 的数据需要符合异步串行通信 的格式 例如发送 作用 。本 艾实现 了 F G 统, 通过软件仿真和下载测试验证了设计的合理 低位到高位存储。根据收发方约定 , 可以采用无 个 0应先发 一位起始位 0 ,再发送 0的 A G SH 性, 系统可移植性 强 , 于其他场合只需改变 内 对 0 0 0, 1 奇偶校验位方式 , 发送数据率为 9 O 6 O波特。 其发 码 0 0 10 最 后 发 送终 止 位 l 部处理单元的功能 即可使用。 送格式如图 2 分频模块 :P 。 F GA系统的主时钟为 3 F GA主要模块的仿真分析 P 参考文献 5 M, 0 而采样频率为 9 9 " h , 6 0 4 z为了提供采样时 3】 R D模 块仿真 - X 1 l Vr g i I 京: I 北 北 钟 可以将主时钟进行 10 分频。 32 分频可由计数 如图3 所示 ,X R D单元 的接收串行信 号为 【夏字 ̄.eh 数字 系统设计教程f
正点原子fpga串口多字节-概述说明以及解释

正点原子fpga串口多字节-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述概述正点原子FPGA(现场可编程门阵列)串口多字节是一种用于串口通信的技术,借助正点原子FPGA芯片的特性,实现了在传输数据时可以同时发送多个字节的功能。
传统的串口通信只能逐个字节地发送和接收数据,效率较低。
而正点原子FPGA串口多字节技术的出现,极大地提高了串口通信的速度与效率。
本文将介绍正点原子FPGA串口多字节技术的基本原理、实现方法以及其在实际应用中的优点和应用场景。
通过深入分析和论述,读者将能够更好地理解正点原子FPGA串口多字节技术的工作原理和优势,为其在实际项目中的应用提供指导和参考。
在接下来的章节中,我们将会详细讨论正点原子FPGA串口多字节技术的具体内容。
首先,在第一个要点中,我们将介绍其基本概念和原理,并阐述其如何在FPGA芯片中实现。
其次,在第二个要点中,我们将深入探讨正点原子FPGA串口多字节技术在实际应用中的优势和应用场景,包括其在数据传输、通信系统和嵌入式系统中的应用。
通过本文的阐述,我们希望读者能够全面了解正点原子FPGA串口多字节技术,并能够在实际项目中运用此技术,提高串口通信的效率和性能。
在结论部分,我们将对正点原子FPGA串口多字节技术进行总结,并展望其在未来的发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分的内容:本文共分为三个部分,分别是引言、正文和结论。
引言部分主要对本文进行概述,介绍文章的目的和结构。
第一个要点是正文的第一个部分,将详细介绍正点原子FPGA串口多字节的原理和应用。
我们将从FPGA的基本概念出发,通过对正点原子FPGA的介绍和分析,深入探讨其串口多字节的实现原理和相关技术。
第二个要点是正文的第二个部分,将进一步展开对正点原子FPGA串口多字节的设计和实现进行详细阐述。
我们将从硬件设计和软件编程两个方面入手,介绍如何在FPGA上进行串口多字节的设计和开发,并给出相应的实例和实验结果。
结论部分将对本文的内容进行总结,并展望正点原子FPGA串口多字节在未来的应用前景。
基于FPGA的千兆以太网端口通信的设计

设计思路
设计需求:本次演示旨在设计一个具有十个端口的千兆以太网接口,以满足 高数据传输速率和多任务处理的需求。
设计原理:基于FPGA的十端口千兆以太网接口的设计原理是利用FPGA的并行 处理能力,将十个千兆以太网物理层(PHY)芯片与FPGA集成在一起,实现高速 数据传输。
逻辑实现:通过FPGA编程语言(如VHDL或Verilog)实现逻辑设计,完成十 个端口的千兆以太网接口的配置和管理。
另外,我们还需要定义一个以太网帧的发送模块。该模块包括一个外部存储 器接口、一个封装模块和一个曼彻斯特编码器。当需要发送一个数据帧时,外部 存储器接口会从存储器中读取数据并将其传递给封装模块。封装模块会将数据封 装成一个以太网
帧,然后将其传递给曼彻斯特编码器。曼彻斯特编码器会将数字信号转换为 模拟信号,以便在物理层上进行传输。
结论
基于FPGA的十端口千兆以太网接口的设计与实现具有重要的应用价值和优势。 在硬件设计中,通过选用高性能的PHY芯片和优化信号完整性分析等措施,提高 了数据传输的稳定性和可靠性。在软件设计中,实现了以太网协议栈和TCP/IP协 议,
并添加了异常处理机制。经过严格的测试和验证,设计的接口具有高性能、 高稳定性、高可靠性等特点,适用于各种需要多端口千兆以太网连接的应用场景。
我们将FPGA中的数据通过SGMII接口传输到以太网控制器中,或者将从以太 网控制器中接收到的数据传递给FPGA处理。
五、SPI接口设计
SPI接口用于在FPGA和外部存储器之间进行数据传输。在设计中,我们使用 了一种同步串行通信协议来实现数据传输。该协议使用一根时钟线和多根数据线 来传输数据,具有简单、高速和可靠等优点。我们将需要保存的数据通过SPI接 口存储到一个外部存储
基于FPGA的串口通信设计与实现

置和输人数据计算出响应
的奇偶校验位,它是通过
纯组合逻辑来实现的。
2.6总线选择模块
总线选择模块用于
选择奇偶校验器的输入是
数据发送总线还是数据接
收总线。
2.7计数器模块
计数器模块的功能
是记录串行数据发送或者
接收的数日,在计数到某
数值时通知UART内核模
块。 3 UART程序设计 UART完整的工作流程可以分为接收过程
关键词:FPGA:UART:RS232
引言 串行接口的应用非常广泛,为实现串口通 信功能一般使用专用串行接口芯片,但是这种 接口芯片存在体积较大、接口复杂以及成本较 高的缺点,使得硬件设计更加复杂,并且结构与 功能相对固定,无法根据设计的需要对其逻辑 控制进行灵活的修改。介绍了一种采用FPGA 实现串口通信的方法。 1串口通信协议 对一个设备的处理器来说,要接收和发送 串行通信的数据,需要一个器件将串行的数据 转换为并行的数据以便于处理器进行处理,这 种器件就是UART(Universal Asynchronous Re— ceiver/Transmitter)通用异步收发器。作为接iSl的 一部分,UART提供以下功能: 1.1将由计算机内部传送过来的并行数据 转换为输出的串行数据流; 1.2将计算机外部来的串行数据转换为字 节,供计算机内部使用并行数据的器件使用; 1.3在输出的串行数据流中加入奇偶校验 位,并对从外部接收的数据流进行奇偶校验: 1.4在输出数据流中加入启停标记,并从 接收数据流中删除启停标记。 2 UART模块设计 UART主要由UART内核、信号检测器、移 位寄存器、波特率发生器、计数器、总线选择器 和奇偶校验器7个模块组成。(见图1) 2.1 UART内核模块 UART内核模块是整个设计的核心。在数 据接收时,UART内核模块负责控制波特率发 生器和移位寄存器同步的接收并且保存 RS一232接收端口上的串行数据。在数据发送 时,UART内核模块首先产生完整的发送序列, 之后控制移位寄存器将序列加载到移位寄存器 的内部寄存器里,最后再控制波特率发生器驱 动移位寄存器将数据串行输出。 2_2信号检测模块 信号检测器用于对RS一232的输入信号进 行实时检测,一旦发现新的数据则立即通知 UART内核。需要注意的是,这里所说的 RS一232输入输出信号都指经过电平转换后的 逻辑信号,而不是RS一232总线上的电平信号。 2_3移位寄存器模块 移位寄存器的作用是存储输入或者输出 的数据。 2.4波特率发生器模块 由于RS一232传输必定是工作在某种波特 率下,比如9600,为了便于和RS一232总线进行 同步,需要产生符合RS一232传输波特率的时 钟。 2.5奇偶校验器模块 奇偶校验器的功能是根据奇偶校验的设
基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计

基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计摘要:串口作为一种常见的通信接口,在嵌入式系统中广泛应用。
本文基于FPGA(Field Programmable Gate Array)和W5500芯片,设计了一种串口数据切换系统。
该系统能够实现多个串口的数据交换和切换操作,并具备高速传输和稳定性。
关键词:FPGA,W5500,串口,数据切换1. 引言串口是一种用于在设备之间进行数据传输的通信接口,在各种嵌入式系统中得到广泛应用。
然而,常见的串口接口数量有限,无法满足复杂系统对多串口的需求。
为了解决这一问题,本文提出了一种基于FPGA和W5500芯片的串口数据切换系统。
2. FPGA和W5500芯片简介2.1 FPGAFPGA是一种可编程逻辑器件,可以根据需求进行编程,实现不同的电路功能。
其灵活性和高度可定制性使得FPGA成为嵌入式系统设计的重要工具。
2.2 W5500芯片W5500是一种以太网控制器,其集成了MAC(Media Access Control)和PHY(Physical Layer)功能。
该芯片能够实现高速数据传输,并支持TCP/IP协议栈。
3. 系统设计3.1 硬件设计本系统使用FPGA作为核心控制器,通过FPGA与多个串口通信。
为了实现数据切换,本文引入W5500芯片,利用其高速传输和稳定性,实现串口数据的交换和切换。
具体的硬件设计包括FPGA和W5500的连接,以及串口与W5500的连接。
3.2 软件设计本系统的软件设计主要包括FPGA的逻辑设计和W5500的驱动程序设计。
FPGA的逻辑设计根据具体需求,编写程序实现串口数据的交换和切换。
W5500的驱动程序设计则包括数据的接收和发送等功能。
4. 系统性能测试为了验证本系统的性能,对其进行了多方面的测试。
首先,测试系统能够稳定运行并实现串口数据的交换和切换。
其次,测试系统的数据传输速度和实时性,确保系统能够满足实际应用的需求。
基于FPGA的串口通讯与VGA显示

功 能 。 此设 计具 有 较 强的 通 用 性 和 推 广 价值 。
关 键 词 :串 口接 收 ; P A;数据 的存 储 ; G 显 示 FG V A 中 图分 类号 : N 8 T 9 文 献标 识 码 : A 文 章 编 号 :1 7 — 2 6 2 1 ) 7 0 4 — 3 6 4 6 3 (0 1 1 — 1 6 0
串 行 通 信 的 数 据 流 是 由 若 干 个 l i 的 数 据 符 号 的 串 1 t bs
联 . 个数据符号包括 1 i 每 t b s的起 始 位 、 i 8bt s的数 据 位 、 i 1bt
i lme tt n .B n l zn h e in, e d sg o l e p ti t h e d l s o e b n o a h e e te e t re mp e na i s y a ay i g t e d sg t e in c u d b u n o t r e mo u e n y o e t c iv , s h e o h h
S ra o e i lc mm u i a i i a d VGA s l y ba e o n c tO l n dip a s d n FPGA
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( . oe eo c neo G i o n e i , uyn 50 5 C i ; 1C lg l fS i c u huU i rt G iag5 0 2 , hn e f z v sy a 2 Po l s m d . ep e e’Ar
te et r e mo u e , n n t i b ss o a h e e te t r emo u e o k tg t e o lt ef n t n o es se T i h s h e d ls a d o s a i t c iv h e d l sw r o e rt c mp ee t u ci ft y tm. h s h h h o h o h d sg a t n e s t i n o u a z t n e inh sa s o gv ra i t a dp p lr ai . r ly i o Ke r s u r r c ie;F GA;f o;V y wo d : a t e ev P f i GA i和 微 机 网络 的发 展 , 通信 功能 显
基于FPGA实现CRC校验功能的通用异步串口通信

T ONG a .o g.S Xio r n HENG h n . io Z o g ba ( o eeo te t sa dIfr t nS i c ,We a ec es iesy We a 10 0 hn ) C l g f l Mahma c n nomai ce e i o n i nT ah r vri , i n74 0 ,C ia n Un t n
Ab t a t U T i u e d l st e i tr c fRS 2 2,t ba n a c r t e a o sr c : AR s s d wie y a h e a e o - 3 n f o o ti c u ae s r lc mmu i ain o i nc t f o dt aa,asmp e a d p a t a c e o i l n r ci l h me frUAR e in a d x aia in w sp t o w r .C ci e u d n y c s T d s n e l t a u r a d y l r d n a c g ; z o f c
Tas t r 一种应 用 广 泛 的于 短距 离 串行 传 输 rnmie)是 t 接 口, 常用 于 短 距 离 、 速 、 成 本 通 信 中 , 于 常 低 低 基
FG P A实现起来简单, 方便_ 。为保证传输 的可靠 1 ] 性, 就需要对通信过程进行差错控制 , R C C循环冗 余校验模块是一种查错能力强 , 高效, 可靠的方法 , 在
论分析一致 ,达到 了 预期设计的 目 标。提高了通信的速度 、可靠性和效率。 关键 词 :F G C C检验 ; 用异 步收 发器 ; 靠性 P A; R 通 可
基于FPGA的串口通信

module chuankou_1(clk,rxd,dig_bit,dig_seg);input clk,rxd;output[1:0]dig_bit;output[7:0]dig_seg;reg[1:0]dig_bit;reg[7:0]dig_seg;reg flag_bit;//数码管位标志//使用9600bps的波特率,使用其16倍频进行读取;reg clk_rxd;//16倍频,对于50MHZ的时钟,其分频系数为8'hA1;reg[7:0]cnt_clk_rxd;reg[3:0]cnt_read;//对16倍频的周期信号进行计数,每16次清零,并开始读取下一位数据;reg r1,r2,r3;//对每一位数读三次,以保证准确率;reg[7:0]data;//用来逐位接收串口的数据;reg[3:0]cnt_bit;//对data进行位选择;reg[2:0]state;reg clk_led;//数码管显示使用reg[11:0]cnt_clk_led;reg[3:0]num;//产生16倍频的时钟;always@(posedge clk)beginif(cnt_clk_rxd>=8'ha1)begincnt_clk_rxd<=8'd0;clk_rxd<=~clk_rxd;endelsecnt_clk_rxd<=cnt_clk_rxd+1'b1;endparameter IDLE=3'b000,READ=3'b001,WRITE=3'b010;always@(posedge clk_rxd)begincase(state)IDLE:beginif(rxd==1'b1)beginstate<=IDLE;cnt_read<=4'd0;endelsebeginif(cnt_read<4'd15)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;state<=IDLE;endelsebegincnt_read<=4'd0;state<=READ;endendendREAD:beginif(cnt_bit<=4'd7)beginif(cnt_read==4'd4)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r1<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd9)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r2<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd12)begincnt_read<=cnt_read+1'b1;r3<=rxd;state<=READ;endelse if(cnt_read==4'd15)beginif((r1==r2)&&(r2==r3)&&(r1==r3))begindata[cnt_bit]<=r3;//取值;state<=READ;cnt_read<=4'd0;cnt_bit<=cnt_bit+1'b1;endelsebegincnt_bit<=4'd0;state<=IDLE;cnt_read<=4'd0;endendelsebeginstate<=READ;cnt_read<=cnt_read+1'b1;endendelsebeginstate<=WRITE;cnt_bit<=4'd0;endendWRITE://此状态暂时未用;beginstate<=IDLE;enddefault:state<=IDLE;endcaseend//以下是数码管显示部分;parameter segcode0=8'b1100_0000;parameter segcode1=8'b1111_1001;parameter segcode2=8'b1010_0100;parameter segcode3=8'b1011_0000;parameter segcode4=8'b1001_1001;parameter segcode5=8'b1001_0010;parameter segcode6=8'b1000_0010;parameter segcode7=8'b1111_1000;parameter segcode8=8'b1000_0000;parameter segcode9=8'b1001_0000;parameter segcodea=8'h88;parameter segcodeb=8'h83;parameter segcodec=8'hc6;parameter segcoded=8'ha1;parameter segcodee=8'h86;parameter segcodef=8'h8e;always@(posedge clk)beginif(cnt_clk_led>=12'h9c3)begincnt_clk_led<=12'd0;clk_led<=~clk_led;endelsecnt_clk_led<=cnt_clk_led+1'b1;endalways@(posedge clk_led)beginflag_bit<=flag_bit+1'b1;case(flag_bit)1'b0:dig_bit<=2'b10;1'b1:dig_bit<=2'b01;endcaseendalways@(posedge clk_led)begincase(flag_bit)1'b0:num<=data[3:0];1'b1:num<=data[7:4];endcaseendalways@(num)begincase(num)4'd0:dig_seg<=segcode0;4'd1:dig_seg<=segcode1;4'd2:dig_seg<=segcode2;4'd3:dig_seg<=segcode3;4'd4:dig_seg<=segcode4;4'd5:dig_seg<=segcode5;4'd6:dig_seg<=segcode6;4'd7:dig_seg<=segcode7;4'd8:dig_seg<=segcode8;4'd9:dig_seg<=segcode9;4'd10:dig_seg<=segcodea;4'd11:dig_seg<=segcodeb;4'd12:dig_seg<=segcodec;4'd13:dig_seg<=segcoded;4'd14:dig_seg<=segcodee;4'd15:dig_seg<=segcodef;endcaseendendmodule。
FPGA和单片机串行通信接口的实现

FPGA和单片机串行通信接口的实现FPGA(Field-Programmable Gate Array)和单片机(Microcontroller)是两种常用的数字电子设备,它们在串行通信接口方面有不同的实现方式。
首先,我们需要了解串行通信是一种将数据以位的形式逐个传输的通信方式。
常见的串行通信协议包括UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)、SPI(Serial Peripheral Interface)和I2C (Inter-Integrated Circuit)等。
对于FPGA和单片机之间的串行通信,我们可以基于以下几种方式进行实现:1. UART:UART是一种常见的串行通信协议,可以实现全双工的通信。
在FPGA和单片机之间建立UART通信,需要在FPGA中实现UART模块,并将其与单片机的UART接口连接。
在FPGA中,我们可以使用硬件语言(如Verilog或VHDL)来实现UART模块,该模块负责将FPGA内部的数据通过UART协议进行封装和解封装。
单片机与FPGA之间通过TX(发送)和RX (接收)引脚建立连接。
单片机可以通过串口发送数据给FPGA,FPGA接收到数据后进行处理,然后再通过串口将处理后的数据发送给单片机。
2.SPI:SPI是一种用于片上外设之间通信的串行通信协议,常用于FPGA与外部设备(例如传感器、显示器等)之间的通信。
在FPGA和单片机之间建立SPI通信,需要在FPGA中实现SPI控制器,并将其与单片机的SPI接口连接。
FPGA通过把数据写入SPI发送缓冲区或从SPI接收缓冲区读取数据来实现与单片机的通信。
单片机通过控制SPI接口的时钟、数据和使能信号来与FPGA进行数据传输。
3.I2C:I2C是一种双线制串行总线,常用于连接多个设备的系统,例如FPGA、单片机和其他外部设备之间的通信。
在FPGA和单片机之间建立I2C通信,需要在FPGA中实现I2C控制器,并将其与单片机的I2C接口连接。
基于fpga的串口通信

基于FPGA的串口通信设计学号:姓名:班级:指导教师:电子与控制工程学院一、串行通信系统1.1概述在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。
UART 即Universal AsynchronousReceiver Transmitter 通用异步收发器 协议是数据通信及控制系统中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议 在实际工业生产中有时并不使用UART的全部功能。
只需将其核心功能集成即可。
波特率发生器、接收器和发送器是UART的三个核心功能模块 利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。
UART允许在串行链路上进行全双工的通信。
串行外设用到RS232-C异步串行接口 一般采用专用的集成电路即UART实现。
如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件 这类芯片已经相当复杂有的含有许多辅助的模块 如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。
或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。
使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。
本文应用EDA技术 基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。
通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法使用何种媒质 将信息从某方准确安全传送到另方。
通信在不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。
然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。
在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication) 这种通信具有迅速、准确、可靠等特点且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制 因而得到了飞速发展和广泛应用。
小梅哥和你一起深入学习FPGA之串口调试(一)

小梅哥和你一起深入学习FPGA之串口调试(一)大家好,这几天在各个论坛上,经常就有人在向我咨询基于FPGA的串口通信代码,大部分都是在网上下载一个现成的代码,但是在使用中就遇到了各种问题,于是就发到了论坛上来求助。
在阅读了他们的代码之后,我发现几乎出自同一个版本(目前确定为特权同学的基于EPM240入门实验的代码)。
他们在调试这个代码的时候,经常存在这样几个问题:1、部分人对该串口通讯模块完全不理解,对每句话,甚至每个模块的功能都不理解;2、部分人采用最原始的画波形的方式来对该模块进行仿真,结果无法得到仿真结果;3、部分人不会使用modelsim对该设计进行仿真;4、绝大部分人不会编写testbench;5、下板测试无法进行正确的字符串收发。
在公司内部,我将这种现象和几位老师交流之后,夏宇闻老师建议我专门针对该代码写一个由原理到代码,由仿真到板级的调试笔记。
争取用最通俗,也是最笨的办法,手把手的教会大家来调试这个代码。
本调试笔记主要由五个部分组成:原始代码分析;原始代码验证;对原始代码进行修改;对修改后的代码进行验证;对修改后的设计进行板级验证。
每个部分,小梅哥都会用图文结合的方式,教大家一步一步的来进行。
一、原始代码分析该代码来自小梅哥最崇拜的大神,特权同学。
当时小梅哥也是看着特权同学的书和视频教程一步一步走过来的。
特权同学的代码实现了单字节的收发测试,没有对连续字节的收发进行测试。
特权同学当时也说过,这个只是一个简单的实验,离实际工业应用还有一定的距离。
考虑到论坛上很多小伙伴都希望能够实现连续字节的收发功能,因此小梅哥就在特权同学的代码上进行了修改。
修改后的代码,输入时钟可以在一定范围内选择任意频率,目前已经支持5种波特率选择(9600、19200、38400、57600、115200),实际小梅哥还做过更高波特率的测试,目前实测在115200波特率的速率下可以实现超过9999999次连续无间断的收发。
基于DSP和FPGA的多串口通信的实现

收稿 臼期 :2 1-31 。 0 10—8
T 30 60 MS 2 C 0 0系列 只有 4个 外部 中的
F GA 是一 种基于 查表 的可编 程逻辑 器件 ,主 P
要 由逻辑 单元构 成 的可配 置逻辑 块 、可 编程 I 和 / 0 可编程 内部互连 模块构 成 。用户 可 以根 据 需要对 它 进行 编程 ,使之 生成特 定 的电路结 构 ,完成所 需功 能 。F G 内部阵列块 之 间采用 分段式 进行互连 , PA 因此 结构 比较灵 活 。F G 保存 逻辑功 能 的物 理结 PA 构多 为 S AM 型 , 电后丢 失原有 逻辑信 息 , 以 R 掉 所 使用 时需配 置 一个专 用 R OM,将设 计好 的逻辑 烧 录到其 中。系统 上 电时 ,F G 就 能 自动 从 R PA OM 中读取逻 辑信 息 。本 例设 计中所 使用 的是 Xin l x公 i
领 域 ,提高 了设备 的处 理速度 和功 能 的可扩展性 。
在 系统 内 , 点对 点 的 串 口通 信 在 技 术 上是很 成 熟 的 ,使 用数字 信 号处 理 ( P)芯 片作 为处理器 进 DS 行数 据交 互 简便且 高效 。DS P芯片 虽然有着 很 强火
有 4个外 部的 中断管脚 ,可 以对 应 4 不 同的外部 个
中断 。当 D P检 测到 中断信 号,发生 中断后将暂 停 S C U 当前进 程 ,转 入执行 中断所触 发 的特 定任务 , P 程序指 针转 向中断服 务程序 。 同时 DS P会 保存 当前 进程状 态 ,将相 关寄存 器状态保 存到 堆栈 中,以便 中断服 务程序执 行完成 后返 回主程序 时 ,恢复进入 中断服 务程序前 的进程 状态 。 基 于中断 的工作方 式 ,当有 多个 串 口中断源想 复用一 个中断 时 , P会无法 辨别 出此 中断 究竟是 DS 由那一个 串口中断源所 产生 的。如 图 1 。 无 法 分辨 中断 源 也 就无 法 做 出相 应 的处 理 动 作 。 以, 所 扩展 少量 串 口常常 是利用 多个硬件 中断 。
基于FPGA的高速串行通信之GTX收发器——差分IO信号

基于FPGA的高速串行通信之GTX收发器——差分IO信号高速差分IO信号的基础知识:1、初步认识GTX当你接触到FPGA的高速串行通信时,比如GTX收发器,一条TX 发送线,一条RX接收线,这时候你肯定会联想到UART串口,UART 串口通信多么简单方便,只要两个通信的设备或者说器件按照一个协议进行传输就OK咯,数据是一位一位的传送的,类似的GTX收发器也是一位一位的传输数据,那么问题来了,UART就问GTX:“凭啥你的传输速率能飙到Gb/s级别,而我的却只能达到Mb/s”,GTX便安慰UART:“兄弟,咱们各有所长噻,我呢,虽然传输速率高,但你传输距离远噻,咱们都是造福人类通信,不过我传的快,其中一个原因就是我的RX、TX都是采用的差分信号,你用一根线,我就要用两根线的”。
2、差分I/O传输技术为什么要抛弃传统的单端信号传输呢,因为随着数据通信速率飞快、供电电压逐渐降低以及对于一个系统越来越“短小精悍”,那么这个单端信号就会相对比较脆弱,再加上周围噪声的干扰,那么这个单端信号就容易受到干扰,信号完整性就会受到破坏,那么差分信号就可以来救驾咯。
先来个书面上的定义:差分信号就是用两条互补的信号线a, b进行传输,而实际需要的信号的这两个信号电位差a-b,这个差值就叫做差分信号。
那为什么差分信号收到青睐呢,一对差分信号如同一对互补的情侣,因为两个人经常处于同一种环境下,当外界噪声到来时,对两个人的干扰程度是一样的,比如噪声为c,a-c和b-c做差后,c 不久消失了么,就是这么神奇……差分传输线具有抗噪声、抗干扰、有效抑制返回路径引起的地噪声和电磁耦合干扰及信号失真的优点。
因为我们关心的是两信号的差值,所以外界的共模噪声被完全消除。
3、第三点辣么我们就要简单地介绍一下,给出差分信号,如何得到原始信号呢?或者说,给出原始信号,如何得到差分信号?差分信号时有两根几乎完全相同的线路来组成一对等值、反相信号,接收端通过比较两端电压差值来确定传输的是“0”还是“1”,如果正参考电压比负参考电压低,则信号为低;如果正参考比负参考电压高,则信号为高。
基于FPGA的串口通信电路设计

基于FPGA的串口通信电路设计[摘要]串行通信接口是一种应用广泛的通信接口。
目前,大部分处理器都集成了支持rs-232接口的通用异步收发器,本文基于fpga开发板设计了一个串口数据采集和处理程序,介绍了用verilog hdl硬件描述语言来开发波特率发生器、接收模块和发送模块这三个模块,以及系统各个模块的具体设计方法和原理,用quartus ii软件进行仿真并给出结果,分别验证各个模块的正确性及用fpga实现串行通信的可行性。
[关键词]串行通信 rs-232 verilog hdl fpga中图分类号:tn 文献标识码:a 文章编号:1009-914x(2013)08-320-011.fpga概述fpga现场可编程逻辑门阵列是数字系统设计的主要硬件平台,其主要特点是完全由用户通过软件进行配置和编程,从而完成某种特定的功能,且可以反复擦写。
fpga具有运算速度快、根据需求在内部嵌入硬/软ip核,以及反复编程,擦写,使用的特点,被广泛应用于通信,数字信号处理,工业控制等领域。
2.rs232串口通信接口串口即串行数据接口主要用于网管控制或主业务数据的传输,支持数据的双向传输,速率9600-115200bps,即可以完成和pc的通信,也可以完成与带有标准串口的外设相连。
其中串口接口分为带插孔和带插针的两种,其中插针端称为dce,插孔端称为dte。
3.串口通信的verilog hdl实现本设计要求在fpga开发板上实现波特率为115200bps,停止位为1比特、1比特校验位的串口通信,并要求和pc机通过串口调试助手完成双向通信。
3.1波特率发生器模块的verilog hdl实现波特率发生器实际上是一个分频器,从给定的系统时钟频率得到要求的波特率。
一般来讲,为了提高系统的容错性处理,要求波特率发生器的输出时钟为实际串口数据波特率的n倍,n可以取值为8、16、32、64等。
在本设计中,系统的时钟为50mhz,取n为16,则分频系数为50000000/(16*115200)=27.127,取整为27。
基于FPGA实现的高速串口传输技术与实现

(5)将配置位流文件下载到FPGA芯片中,进行实际运行和测试。
4、结论
本次演示设计和实现了一种基于FPGA的以太网和串口数据传输系统,实现了 高速、高效的数据传输和共享。本系统的优点在于具有高度的灵活性和可扩展性, 可以方便地根据实际需要进行功能扩展和优化。由于采用了FPGA技术,本系统还 具有体积小、功耗低、可靠性高等优点,可以广泛应用于各种嵌入式系统和智能 设备中。
为了更好地实现基于FPGA的高速光纤通信数据传输技术,需要以下几个方面:
1.优化硬件设计:根据具体的应用场景和需求,选择合适的FPGA芯片和硬件 组件,并对其进行优化设计,以实现更高效的数据传输和处理。
2.完善软件算法:利用FPGA的并行处理能力和数字信号处理算法,进一步完 善软件算法,提高数据处理速度和可靠性。
最后,为了提高稳定性和可靠性,可以研究更为高效的错误检测和纠正算法, 以及研究如何提高数据传输的鲁棒性。
总结
本次演示介绍了基于FPGA实现的高速串口传输技术与实现。通过利用FPGA的 灵活性和高效性,我们成功地实现了高速串口传输技术,并在速度测试中验证了 其优势。然而,也需要注意到这种技术存在的不足和挑战。未来,高速串口传输 技术将会朝着更高速度、更低成本、更稳定可靠的方向发展。
参考内容
随着信息时代的到来,数据传输的速度和可靠性成为了关键的要素。光纤通 信作为一种现代化的数据传输方式,具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强等 优点,被广泛应用于各个领域。为了进一步提升光纤通信的性能,基于FPGA(现 场可编程门阵列)的高速光纤通信数据传输技术得到了广泛的研究与实现。
FPGA是一种高度灵活的芯片,可以由用户进行编程配置,实现各种不同的逻 辑功能。在光纤通信领域,FPGA可以被用于实现数据编解码、信号调制解调、误 码纠正等功能,从而提升数据传输的速度和可靠性。
基于FPGA的多串口扩展实现

通信与广播 电视
2 0 1 6 年第 4 期
基于 F P GA 的多 串 口扩 展 实 现
宋 厚 勇
摘
张 碉 一
要
随 着 电子技 术 的 飞速发展 , 串行接 口作 为 一 种 主要 的 通信 接 口越 来越 受关 注 。
为 了应 对 一 些 工 业 环 境 中 对 多 串 口提 出 的 要 求 , 对 利 用 目前 先 进 的 C y c l o n e
S o n g Ho u y o n g Z h a n g Yu e
Abs t r a c t
Ⅵ t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f e l e c t r o n i c t e c h n o l o g y ,s e r i a l i n t e r f a c e , a mo s t l y u s e d c o m— mu n i c a t i o n i n t e r f a c e h a s a t t r a c t e d mu c h a t t e n t i o n .I n o r d e r t o me e t t h e r e q u i r e me n t O f mu l t i - s e r i a l i n t e r f a c e i n v a r i o u s i n d u s t r i a l a p p l i at c i o n s ,t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e r e a l i z a t i o n me t h o d o f mu l t i - s e r i a 1 e x t e n s i o n wi t h c u r r e n t a d v a n c e d Cy c l o n e 1 1 ⅡPGA p l a f t o r m. Co m— mu n i c a t i o n b e t we e n MC U a n d U ART c o r e i s b y d a t a b u s ,a n d M CU c a n g e t d a t a f r o m U ART b y i n t e r r u p t i o n s o r e n q u i r i e s . Du r i n g t h e p r o c e s s o f c o m mu ic n at i o n, t h e n u mb e r o f i s c h a n g e a b l e a n d t h e b a u d r a t e ma y b e s e t h i g h e r o r l o we r e a s i l y a c c o r d i n g t o t h e d e ma n d . Th e d e s i g n i s e c o n o mi c a l ,f as e i b l e a n d p o r t a b l e wh i c h h a s a s t r o n g v e r s a t i l i t y a n d
基于FPGA的SSI通信模块设计

基于FPGA的SSI通信模块设计引言:SSI(Synchronous Serial Interface)是一种高速串行同步通信接口,广泛应用于数据传输、通信和控制系统中。
本文将介绍基于FPGA的SSI通信模块的设计原理、功能设计和硬件实现流程。
一、设计原理SSI通信模块使用基于FPGA的串行通信协议,通过使用FPGA的并行输入输出引脚,将输入并行数据转换成串行数据流,并通过通信线路将数据发送到接收端。
接收端将串行数据流反转回并行数据,并输出到引脚上。
通过这种方式,可以实现高速、可靠的数据通信。
二、功能设计1.并行串行转换:设计一个并行串行转换器,将输入的并行数据转换成串行数据,并通过SSI接口发送。
2.串行并行转换:设计一个串行并行转换器,将接收到的串行数据流转换成并行数据,并输出到引脚上。
3.帧同步:设计一个帧同步模块,通过检测特定的帧同步信号,将数据从串行流中分割成帧,方便后续处理。
4.数据校验:设计一个数据校验模块,对传输的数据进行校验,确保数据的正确性和完整性。
5.时序控制:设计一个时序控制模块,控制数据的传输速率和时序,保证数据的稳定性和可靠性。
三、硬件实现流程1.确定通信协议:根据应用场景和需要传输的数据类型,选择合适的通信协议,并了解其通信格式和时序。
2.FPGA引脚规划:根据通信协议和需要传输的数据位宽,分配FPGA 的引脚,并进行引脚规划。
3.搭建电路结构:根据引脚规划,搭建电路结构,包括并行串行转换器、串行并行转换器、帧同步模块、数据校验模块和时序控制模块。
4.时序优化:根据设计的电路结构,进行时序优化,确保数据的稳定性和可靠性。
5.静态时序分析:对设计的电路进行静态时序分析,以检测和解决时序冲突。
6.功能验证:通过实际测试,验证设计的功能和性能是否满足要求,并对设计进行调优和优化。
总结:本文介绍了基于FPGA的SSI通信模块的设计原理、功能设计和硬件实现流程。
通过使用FPGA的并行输入输出引脚,将输入并行数据转换成串行数据流,并通过通信线路传输数据。
基于FPGA的多串口通信设计与实现

Ke y Wo  ̄S : s e r i a l p o r t ; AS I C; F P GA; UAl k T; i n t e =u p t c o n t r o l l e r ; VHDL
串行通信 因为具有传输线少、 成本低、 配置灵活等特 点, 得到了 广泛应用 , 通用异步收发传 输器 ( Un i v e r s a l As y n c h r o n o u s Re — c e i v e r / Tr a n s mi t t e r ) , 是一种 比较常用的接 口电路 , 主要用于 串行数 据和并行数据的转换。 一般该接 口由专用的UAR T 芯片完成 , 例如 S Cl 6 C 5 5 4 B I B 6 4 , 该接 口芯片具有4 路独立 的通道 , 同时提供多种控 制功能 , 但在实际使用 中往往只使用一种特定控制方式 , 这 不仅造 成 电路复杂和浪费 , 而且会使P C B 面积增 大, 布线复杂 。 [ 1 1 F P G A( F i e l d - P r o g r a mma b l e G a t e Ar r a y ) , 即现场可编程 门 阵列 , 它是作为专用集成电路领域中一种 半定制电路出现 的 , 既解 决了定制 电路的不足, 又克服了原有可编程器件 门电路数有 限的缺 点。 F P G A中具有 丰富的触发器和I / O口, 采用描述语言(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱVHD L 和 V e r i l o g HD L )  ̄行设计 , 用户可以根据需要, 描述 出具有各种功 能的
基于FPGA的串口通讯设计

基于FPGA的串口通讯设计摘要:随着现代信息技术的发展,基于fpga的串口通讯设计以及应用在现实中逐渐的推广开来。
串口通讯是电子测控技术中的一个重要应用环节,串口通讯接口也是通讯装置中的一个重要接口,对于通讯装置设备有着重要的作用。
本文主要论述基于fpga的串口通讯设计在实际应用中的可行性以及基于fpga的串口通讯系统的主要组成模块与设计。
关键词:串口通讯 fpga 测控技术设计系统模块随着现代信息技术的发展,基于fpga的串口通讯设计以及应用在现实中逐渐的推广开来。
串口通讯是电子测控技术中的一个重要应用环节,串口通讯接口也是通讯装置中的一个重要接口,对于通讯装置设备有着重要的作用。
本文主要论述基于fpga的串口通讯设计在实际应用中的可行性以及基于fpga的串口通讯系统的主要组成模块与设计。
1、串口通讯的特征串口通讯是串行通信的一个重要通讯接口。
串行通讯是一种使用一根通讯传输线进行数据信息的传输,在进行通讯传输的过程中,进行串行通讯的传输线路根据其在数据信息传输过程中的作用,它既是一根数据传输线,也是一根用来作为联络的通讯线路。
串行通讯在进行数据信息传递的过程中,虽然进行数据信息传输的线路只有一根,但是在进行数据信息传输的过程中,串行通讯还可以使用现有的电话网络进行数据信息的传输。
因此,在通讯系统中,串行通讯的通讯方式对于远距离的数据信息通讯与传递特别适用。
在使用串行通信进行通信传输的过程中,对于进行通讯传输的数据信息都是按照相关的通讯传输要求以及标准进行传输的,相关的串行通讯传输的要求标准中对于数据信息的传输过程中的数据信息格式以及数据信息传输方式、数据信息传输速度、数据信息传输步骤等都有明确的规定,在使用串行通信方式进行数据信息的传输过程中应对于相关规定的要求标准等进行遵守。
基于fpga的串口通讯设计在实际应用中不仅可以实现将通讯系统需要的集成电路芯片进行集中编程设计,一定程度上节省了通讯电路空间,而且这种基于fpga的串口通讯系统在设计过程中具有一定的灵活性、在运行过程中具有很大的可靠性。
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基于FPGA的串口通信设计学号:姓名:班级:指导教师:电子与控制工程学院一、串行通信系统1.1概述在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。
UART 即Universal AsynchronousReceiver Transmitter 通用异步收发器 协议是数据通信及控制系统中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议 在实际工业生产中有时并不使用UART的全部功能。
只需将其核心功能集成即可。
波特率发生器、接收器和发送器是UART的三个核心功能模块 利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。
UART允许在串行链路上进行全双工的通信。
串行外设用到RS232-C异步串行接口 一般采用专用的集成电路即UART实现。
如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件 这类芯片已经相当复杂有的含有许多辅助的模块 如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。
或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。
使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。
本文应用EDA技术 基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。
通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法使用何种媒质 将信息从某方准确安全传送到另方。
通信在不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。
然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。
在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication) 这种通信具有迅速、准确、可靠等特点且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制 因而得到了飞速发展和广泛应用。
1.2串行通信简介计算机与计算机,计算机与外部设备进行数据交换也称为通信,一般有两种方式并行通信和串行通信。
信息的各位数据被同时传送的通信方法是并行通信并行通信依靠I/O接口来实现。
并行通信中数据有多少位就需要多少条信号传输线。
这种通信方式快,但由于传输线较多,所以成本较高,仅适合近距离通信通常传送距离小于30米。
当距离大于30米时则多采用串行通信方式串行通信是指外部设备和计算机间使用一根数据线另外需要地线可能还需要控制线进行数据传输的方式。
数据在一根数据线上一位一位进行传输每一位数据都占据一个固定的时间长度。
与并行通信方式相比有以下优点:1、传输距离长 可达数千公里。
2、长距离内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快 串行通信的通信时钟频率比并行通信更容易提高。
3、抗干扰力强 串行通信信号间的相互干扰完全可以忽略。
4、通信成本低。
5、传输线既传输数据 又传输联络信息。
因此串行通信得到广泛的应用。
目前的串行通信常用UART实现数据的串/并转换或并/串转换。
UART(通用异步收发器)是一种串行通信协议,主要用于短距离,低速率,低成本的数据的计算机和外设之间的交流。
是电脑硬件的一部分,具体实物表现为一块并行输入成为串行输出的模块化芯片。
8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件。
UART主要功能实现通信中的数据串并转换,且能奇偶检验。
将计算机内部传送过来的并行数据转换为串行数据流加入奇偶校验位后输出。
或者将计算机外部来的串行数据奇偶校验后转换为字节,供计算机内部使用并行数据的器件使用。
它的异步模式使芯片适应性强,对时钟精度要求低(成本低)。
随着FPGA的广泛应用,经常需要FPGA与其他数字系统进行串行通信,专用的UART集成电路如8250,8251等是比较复杂的,因为专用的UART集成电路既要考虑异步的收发功能,又要兼容RS232接口设计,在实际应用中,往往只需要用到UART的基本功能,使用专用芯片会造成资源浪费和成本提高。
如果设计上用到FPGA /CPLD器件,可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部,实现FPGA 与其他数字系统的直接通信,从而简化了整个系统电路,提高了可靠性、稳定性和灵活性。
二、 UART理论基础2.1 接口技术简介接口是CPU 与外界的连接部件,是CPU 与外界交换信息的中转站。
一个接口的基本功能是在系统总线和I/O 设备之间传输信号,提供缓冲作用,以满足接口两边的时序要求。
如图1,图1 接口功能主要的计算机接口技术有两种:并行接口和串行接口。
串行通信是把要传输数据中的各个二进制码置于同一条传输线上,从低位到高位、逐位地、顺序地进行传送。
所用传输线少,一个方向只需一条传输线,成本低。
串行通信分为两种类型:同步通信和异步通信。
串行异步是计算机通信最常用的数据信息传输方式,接收和发送双方不使用共同的参考时钟,以字符为单位进行传输,字符之间的传输间隔任意,而每个字符的前后都要用一些位数来作为分隔位。
2.2 UART 基本结构UART 主要由UART 内核、信号检测器、移位寄存器、波特率发生器和计数器组成,如图2所示。
图2 UART 功能模块 CPU 接口电路I/O 设备UART 内核后续数据处理模块信号检测器移位寄存器计数器波特率发生器数据发送缓冲器控制信号握手信号接收数据发送数据控制信号控制信号控制信号控制信号发送数据指示信号波特率时钟接收数据接收数据接收数据发送数据RXD TXD从异步接收输入信号RXD 接收到的异步信号通过接收器完成串行/并行的转换,形成异步数据帧;发送器将CPU 发出的8位数据进行并行/串行转换,从TXD 发送出去。
2.3 UART 数据帧格式基本的UART 通信只需要两条信号线(RXD,TXD )就可以完成数据的相互通信,接收与发送是全双工形式,其中TXD 是UART 发送端,RXD 是UART 接收端。
UART 基本特点是:在信号线上有两种状态,可分别用逻辑1(高电平)和逻辑0(低电平)来区分。
在发送器空闲时,数据线应保持在逻辑高电平状态。
发送器是通过发送起始比特而开始一个字符传送,起始比特使数据线处于逻辑0状态,提示接收器数据传输即将开始。
数据位一般为8位一个字节的数(也有6位7位的情况),低位(LSB )在前,高位(MSB )在后。
校验位一般用来判断接收的数据位有无错误,一般是奇偶校验。
停止位在最后,用以标志UART 一个字符传送的结束,它对应于逻辑1状态,UART 数据帧格式如图3所示。
图3 UART 数据帧格式一帧异步通信传输经历的步骤为:无传输:发送器处于空闲状态,数据线保持“1”状态。
起始传输:发送器发出一个 “0”表示传输字符开始。
而同时,接收方收到空号后,开始与发送方同步,并期望收到随后的数据。
数据传输:传输8位数据D0-D7。
低位到高位传输。
奇偶传输:在使用中,校验位常常取消。
停止传输:一个字符数据的结束标志。
可以是1位、1.5位、2位的高电平“1”。
三、开发平台1、软件平台 起始位0 DO D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 奇偶位 停止位1一个字符单位数据位空号1空号1软件设计工具采用Quartus II。
Quartus II是Altera公司推出的CPLD/FPGA 集成化开发软件,可以完成设计输入、逻辑综合、布局与布线、仿真、时序分析、硬件配置完整的PLD设计流程。
QuartusⅡ提供了多种设计输入方式、快速的编译和直接易懂的器件编程。
具有友好的用户界面,快速的综合速度和更优化的综合和适配功能。
Quartus II自带宏功能模块库,大大减轻了用户的工作量,加快设计速度。
Quartus II 内置仿真器可以在工程中仿真任何设计。
可进行功能仿真、时序仿真来检验设计的逻辑功能和计算设计的内部定时是否符合设计。
仿真器可以仿真整个设计,或仿真设计的任何部分。
支持可编程系统(SOPC)和大规模FPGA设计开发,集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体,是一种综合性的开发平台。
该软件支持Altera公司的Stratix Ⅱ、Stratix GX、Stratix、MAX3000A、MAX 7000B、MAX 7000AE、MAX Ⅱ、FLEX6000、FLEX10K系列、Cyclone、Cyclone Ⅱ、APEX Ⅱ、APEX20K和ACEX1K系列。
2、硬件平台FPGA设计方法有“自顶向下”和“自下而上”,一般FPGA设计常选择前者。
所谓“自顶向下”的设计方法,就是把系统分成若干个基本单元,然后再把每个基本单元划分为下一层次的基本单元,一直这样做下去,直到可以直接使用EDA元件库为止。
具体步骤为:按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分,用硬件描述语言,将设计产品的功能描述出来,将设计输入编译成标准文件;利用综合器对源代码进行综合优化处理得到EDA工业标准文件;把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内(布局布线);用仿真软件验证电路的时序;无误后将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA中。
目标芯片为黑金CycloneIV开发板。
四、设计与实现该实验要实现的功能是 CPLD 实时监测 RS232_RX 信号是否有数据,若接收到数据,则把接收到的数据通过 RS232_TX 发回给对方。
上位机用的是串口调试助手。
在代码设计中,发送数据的波特率是可选的,可以是 9600bps,19200bps, 38400bps,57600bps 或 115200bps。
这部分在模块 speed_select 里,用户可以根据需要进行配置。
发送的数据帧格式为:1bit 起始位(保持一个传输位周期的低电平),8bit 数据,无校验位,1bit 停止位。
该设计分为 4 个模块实现如图四所示,4个模块的划分主要是依据数据流的方向。
my_uart_rx模块主要是完成数据的接收,speed_select(speed_rx)模块主要响应my_uart_rx 模块发出的使能信号进行波特率计数,并且回送一个数据采样使能信号。
my_uart_tx 模块在 my_uart_rx 模块接收好一个完整的数据。
图4 整体设计框图4.1数据接收模块接收模块的作用是把收到的串行数据转换成并行数据进行输出,并判断收到的数据是否有错。
接收模块的引脚如图5所示,图5 数据接收模块设计中接收器的工作频率由前面的速度选择器决定,频率是9600bps的16倍,由输入端输入,在接收器工作时,接收端一直以16背得波特率的速率读取线路状态,检测线路上出现低电平的时刻。