基于SOPC的异步串行通信IP核设计

3. 3 UART协议逻辑模块设计

本文设计的UART协议逻辑模块主要包括波特率产生模块，发送模块，接收模块，寄存器组等几个部分，其结构如图4所示。寄存器组说明如表2，其他几个模块的设计如图4所示。

3. 3.1波特率模块

波特率模块根据PLB总线提供的时钟产生需要的发送时钟和接收时钟。由于UABT在发送数据时只需要按照发送波特率将数据串行地发出就可以了，因此发送时钟就等于发送波特率。而当UART在接收数据时，需要对串行数据进行采样以判断接收数据。由于接收方和发送方的时钟不可能完全同步，所以需要对每一位接收数据持续电平的时间进行分段。分段越多，接收出现误判的概率就越低，但系统开销也越大。在实际的设计中通常采用发送时钟的16倍作为接收时钟。波特率模块的分频功能由两个16位计数器实现，它将PLB总线时钟按配置寄存器的设定进行分频，产生发送时钟和接收时钟。

3.3.2发送模块

发送模块主要包括发送FIFO和发送单元两部分，如图5(a)所示。发送FIFO数据位宽度为8bit，深度为16字节。发送FIFO缓存MicroBlaze处理器需要发送的数据。当FIFO空间满时，发送模块将状态寄存器中“发送FIFO满”标志位置1，MicroBlaze处理器通过查询该位以判断UARTIP核是否可以接收下一个发送数据。

发送单元的设计用有限状态机的方法实现，其状态转换图如图5(b)所示。系统在复位后，发送单元处于空闲状态。当FIFO有发送数据时(Empty管脚为低)，发送单元发出读FIFO操作，并进入数据准备状态。当数据从FIFO中读出，发送单元首先发送起始位，进入发送状态。在发送状态下，发送单元依次串行发送8比特数据，并计算当前的奇偶校验码。在数据发送结束后，若配置寄存器中奇偶校验位为1，则发送奇偶校验位。最后发送单元发送停止位，回到空闲状态，完成次数据发送。

3.3.3接收模块

接收模块由接收FIFO和接收单元两部分组成，如图6(a)所示。接收FIFO数据位宽度为8bit，深度16字节，它负责缓存接收单元收到的数据，并在收到数据后将状态寄存器中“接收数据有效”标志位置1.MicroBlaze处理器通过查询该位来判断是否有数据到达。

接收单元的设计同样采用了有限状态机的方法，其状态转换图如图6(b)所示。系统在复位后接收单元处于就绪状态。当接收单元在接收管脚连续检测到8个低电平时认为起始位有效，进入接收状态。在接收状态下，接收单元每16个接收时钟采集一次接收数据。8个接收数据都采集完成后，接收单元根据配置寄存器中“奇偶校验位”是否为1决定是否进行奇偶校验。若奇偶校验通过，接收单元将接收到的数据写入接收FIFO.若奇偶校验未通过接收FIFO满，接收单元丢弃收到的数据，并在状态寄存器中置“奇偶校验出错”位或“接收FIFO满”位为1.