FPGA零基础学习之Vivado-UART驱动教程

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系统性的掌握技术开发以及相关要求，对个人就业以及职业发展都有着潜在的帮助，希望对大家有所帮助。本次带来Vivado系列，UART驱动教程。话不多说，上货。

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UART 驱动教程

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UART即通用异步收发器，是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线为双向通信，可以实现数据的接收与发送。

在数据传输过程中，我们需要解释一下串行通信。假设现在我们传输数据的双方为A和B，每次传输8bit数据，这8bit的数据在传输时按照A与B之间的连线分为串行通信和并行通信。串行通信即A与B之间仅有一根数据线，在传输数据时需要一次发送1bit，总共发送8次。并行通信即A与B之间有8根线，传输数据时，将8bit数据通过8根线一起传输，这样一次就可以全部传输完成。

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数据传输时，接收方和发送方使用的时钟不是同一个时钟域，这也就是异步传输。

在通信双方传输数据之前，需要通过串口线进行连接，然后再传输数据，常用的串口线为DB9接口，但是由于这种接口体积大，不易携带等缺点而慢慢淘汰。我们在B04的开发板上使用到的是一个USB转串口的芯片，这样我们的MINI USB接口不仅可以给开发板供电，还可以进行串口数据传输。芯片为CP2102（USB <-->UART（LVCMOS/LVTTL））,对于开发者来说，就不需要关注电平标准了。

芯片电路图如图所示：

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在电路图中我们可以发现，串口接口只有两根数据线，分别为RXD和TXD。那么在进行通信之前，我们需要先了解一下串口的传输规则。

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在发送者没有发送数据时，接收方如果一直接收数据，那就会导致数据出错，所以，接收方在接收数据时需要有标志信号，然后启动接收。在我们的串口协议中是这样规定的：

1、空闲态数据线上为高电平。

2、发送数据时，先发送起始位，逻辑电平为低。

3、起始位结束之后，发送8bit数据，从低位开始传输。

4、数据传输完毕，是1bit的校验位，采用奇偶校验法。（可不使用）

5、停止位，为高电平，可以是1bit、1.5bit或者2bit。

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那么我们清楚了数据传输规则之后，我们还需要明白一个内容，那就是1bit数据的时间长度。在算这个时间之前，我们需要了解一下波特率。波特率的单位是bit/s，也就是1秒时间内，传输的bit数。我们串口常用的波特率有9600、14400、19200等等。这个波特率是传输数据的双方，提前规定好的。那么在同一速度下传输数据，就会简单很多。那么根据波特率我们可以计算出来1bit数据的时长为104166ns。在清楚这些之后，接下来我们做一个回环测试。

首先我们先新建一个工程：

选好代码存放位置，修改工程名字为uart。

选择我们的芯片型号：XC7A35TFGG484-2。

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新建好工程后，开始新建文件写代码。

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; f' H. u1 b5 L4 W2 l

/ D4 ]- Z# n& y5 t* x/ a! D

( v+ E% ?( x; A* U9 _& a% u0 @

点击OK，顶层文件新建完成，后续各个模块新建方式相同。接收代码如下：

6 t; d$ T/ R! b* Z  E. q2 Q* K$ X

发送数据时，跟接收基本类似，按照数据格式发送数据，代码如下：

4 @' W/ u7 {; E2 q5 J

& T! f. s0 U& L* J  i+ w

其中读使能我们只需在数据发送前将数据读出即可。

在做完两个模块之后，我们还需要使用一个FIFO来做数据缓存，FIFO配置参数如下：

% U* {" A, D( Z& O. D$ z* X+ m

4 z4 s8 k9 q6 b6 H

我们使用异步FIFO，深度选择2048，位宽为8，复位信号暂时不使用。

6 e# q; H' Z$ k- l6 G) D, Y* ]; v

% k9 m& e9 h5 o% b

3 E* N8 `$ `2 T# d9 m9 V7 ]

生成FIFO后，将各个模块例化到顶层当中，代码如下：

8 e" m  X0 R7 S0 H9 v! A

5 B/ \/ \  M% A- E$ {

" G8 ^0 z7 h; n

功能部分写完之后，我们写一个仿真进行逻辑验证，写仿真时，我们按照数据顺序模拟给值，每1bit持续104166ns的时间。代码如下：

1 c4 t, G. [/ \, i/ l+ s

1 g. o7 s. _7 M3 i) O) ]

打开仿真波形：

) S& p. Z5 U* V+ B9 d" {; D

) }6 I% Y$ |( `2 \6 k

, n: o8 J) U/ B" ]7 V- S4 {) P8 d: n6 e, C

如图，我们可以看到，当我们的接收模块接收到数据时，会将数据写入FIFO，FIFO中有数据时，发送模块就会将数据读出并发送，仿真现象正确。

下板现象：

3 }( J5 A+ c, I9 A' y

我们随便写入几个数据，会发现我们的发送模块和接收模块的数据完全一致，即接收和发送正常。

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串口助手很方面，在调试的时候
优点额时候时序不对可以用罗伊分析仪

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串口助手很方便，逻辑有序。