基于Spartan-6平台简单实现异步fifo与UART串口通信的联合使用

UART(即Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用异步收发器)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的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。

(参考博文: http://blog.sina.com.cn/s/blog_5328beed0100lqtg.html

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口,这些参数必须匹配。

波特率:这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。4800Hz。通常电话线的波特率为14400,28800和36600。波特率可以远远大于这些值,但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信,典型的例子就是GPIB设备的通信。

数据位:这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包,实际的数据不会是8位的,标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如,标准的ASCII码是0~127(7位)。扩展的ASCII码是0~255(8位)。如果数据使用简单的文本(标准 ASCII码),那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节,包括开始/停止位,数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取,术语“包”指任何通信的情况。

停止位:用于表示单个包的最后一位。典型的值为1,1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容忍程度越大,但是数据传输率同时也越慢。

奇偶校验位:在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式:偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况,串口会设置校验位(数据位后面的一位),用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如,如果数据是011,那么对于偶校验,校验位为0,保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验,校验位位1,这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据,简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态,有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

串口通信的数据传输时序图

异步FIFO用一种时钟写入数据,而用另外一种时钟读出数据。读写指针的变化动作由不同的时钟产生。因此,对FIFO空或满的判断是跨时钟域的。

异步FIFO是一种先进先出电路,用在需要实时数据接口的部分,用来存储、缓冲在两个异步时钟之间的数据传输。主要由双口存储器、读地址产生逻辑、写地址产生逻辑、空/满标志产生逻辑四部分构成。

分别在读、写时钟域判断空、满信号,即时使用状态信号控制fifo的操作,可有效避免读写溢出问题(本文还未进一步研究如何避免异步传输带来的亚稳态以及正确地产生空/满标志)。

具体实现仿真图(FIFO写入数据位8位,读出数据位16位):

再将FIFO读出的数据传入UART串口,最后传给PC显示,FIFO写入“55”,显示结果应为“55 55“,如图:

本文只是简单实现了异步FIFO与UART串口通信的联合使用,后续将深入学习,谢谢支持~!

文章转载自:xuanwo11 的博客