UISRC工程师学习站

标题: 10串口程序收发环路设计 [打印本页]

---

作者: uisrc    时间: 2022-7-11 20:31
标题: 10串口程序收发环路设计

软件版本：Anlogic -TD5.6.1-64bit

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用安路(Anlogic)FPGA

登录"米联客"FPGA社区-www.uisrc.com视频课程、答疑解惑！

1概述

UART串口通信是应用非常广泛的一种串行异步通信方式,常用的异步串口包括RS232\RS482\RS485。

RS232的逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，下图是老式的DB9串口线。

[attach]9256[/attach]

标准的DB9接口定义如下：

序号	DB9公头		DB9母头
1	CD	载波检测	CD	载波检测
2	RXD	接收端接收	TXD	发送端发送数据
3	TXD	发送数据	RXD	接收端接收数据
4	DTR	数据终端就绪	DTR	数据终端就绪
5	GND	系统接地	GND	系统接地
6	DSR	数据准备就绪	DSR	数据准备就绪
7	RTS	发送请求	CTS	清除请求
8	CTS	清除发送	RTS	发送请求
9	RI	振铃指示器	RI	振铃指示器

实际上一般RS232只使用到TXD RXD两个信号。

[attach]9257[/attach]

    RS485/422采用差分信号负逻辑，逻辑"1"以两线间的电压差为-(2~6)V表示;逻辑"0"以两线间的电压差为+(2~6)V表示,由于采用差分方式可以具有更高的速度和更强的抗干扰能力，具有更远的传输距离。由于RS485/RS422更多出现在工业场合，因此一般采用接线端子方式接线

    老式DB9串口基本上已经消失了，但是UART串口更加广泛的实用，比如我们常见的USB串口，就是通过一颗芯片实现了通过USB接口芯片，实现了以TTL电平方式的UART串口通信。数据通过USB接口进行传输，通过UART串口芯片完成USB协议到UART串口协议的相互转换。

在完成本实验前，请确保已经完成前面的实验，包括已经掌握以下能力：

1:完成了TD软件安装

2:完成了modelsim安装以及TD库的编译

3:掌握了TD仿真环境的设置

4:掌握了modesim通过do文件启动仿真

实验目的：

1:实现UART串口发送控制器的设计

2:实现主程序中调用串口发送控制器发送字符"HELLO FPGA"

3:实用modelsim完成仿真验证

4:编译并且固化程序到FPGA验证

2UART收发环路

在完成以下实验前，请确保已经完成了"UART串口发送实验"和"UART串口接收实验"

1:系统框图

上位机通过串口发送数据到FPGA开发板的UART数据接收模块，数据接收模块接收数据后，通过UART数据发送模块把数据发回到串口芯片，之后数据在串口调试助手上打印，实现环路测试。对于发送控制器中的uart_busy信号，不需要使用，因为这里uart发送模块是被动发送。

[attach]9258[/attach]

2:顶层模块调用UART收发驱动源码

顶层模块只需要调用uart的首发模块驱动接口。并且设置uart_rdata和uart_wdata互联，uart_wreq和uart_rvalid互联。

`timescale 1ns / 1ns module uart_top ( input  sysclk_i, input  uart_rx_i, output uart_tx_o ); reg [11:0] rstn_cnt = 0; wire uart_rstn_i; wire uart_wreq,uart_rvalid; wire [7:0]uart_wdata,uart_rdata; assign uart_wreq  = uart_rvalid; assign uart_wdata = uart_rdata; assign uart_rstn_i = rstn_cnt[11]; always @(posedge sysclk_i)begin     if(rstn_cnt[11] == 1'b0)         rstn_cnt <= rstn_cnt + 1'b1;     else         rstn_cnt <= rstn_cnt; end //uart send controller   uiuart_tx# ( .BAUD_DIV(25000000/115200 -1)    ) uart_tx_u ( .clk_i(sysclk_i), .uart_rstn_i(uart_rstn_i), .uart_wreq_i(uart_wreq), .uart_wdata_i(uart_wdata), .uart_wbusy_o(), .uart_tx_o(uart_tx_o) ); uiuart_rx# ( .BAUD_DIV(25000000/115200 -1)    ) uiuart_rx_u ( .clk_i(sysclk_i), .uart_rx_rstn_i(uart_rstn_i), .uart_rx_i(uart_rx_i), .uart_rdata_o(uart_rdata), .uart_rvalid_o(uart_rvalid) ); endmodule

3FPGA工程

fpga工程的创建过程不再重复，如有不清楚的请看前面实验，这里以型号为EG4D20EG176的FPGA作为演示demo

[attach]9259[/attach]

米联客的代码管理规范,在对应的FPGA工程路径下创建uisrc路径，并且创建以下文件夹

01_rtl:放用户编写的rtl代码

02_sim:仿真文件或者工程

03_ip:放使用到的ip文件

04_pin:放fpga的pin脚约束文件或者时序约束文件

05_boot:放编译好的bit或者bin文件(一般为空)

06_doc:放本一些相关文档(一般为空)

[attach]9260[/attach]

3Modelsim仿真1:准备工作

再次提醒，在进行modelsim仿真前，请提前完成,如果有不清楚的，以下3步请看前面课程内容:

1:完成了modelsim安装以及TD库的编译

2:掌握了TD仿真环境的设置

3:掌握了modesim通过do文件启动仿真

对于向执行什么级别的仿真，就执行对应的HDL2Bit Flow

当 HDL2Bit Flow 运行至 Read Design 这一步时，可执行 Behavioral Simulation；

当 HDL2Bit Flow 运行至 Optimize RTL 这一步时，可执行 Post-RTL Simulation；

当 HDL2Bit Flow 运行至 Optimize Gate 这一步时，可执行 Post-Gate Simulation；

当 HDL2Bit Flow 运行至 Optimize Routing 这一步时，可执行 Post-Route Simulation。

以执行Behavioral Simulation仿真来说，只要执行Read Design 这一步，如下图

右击FPGA Flow中 Read Design，Rerun

[attach]9261[/attach]

2:产生do文件

在tool菜单中选择simulation

[attach]9262[/attach]

我们这里也是选择已经编写好的仿真测试文件

[attach]9263[/attach]

仿真测试文件源码如下：

`timescale 1ns / 1ns module uart_top_TB; reg   sysclk_i; reg   uart_rx_i; wire  uart_tx_o; uart_top u_uart_top ( .sysclk_i       (sysclk_i), .uart_rx_i      (uart_rx_i), .uart_tx_o      (uart_tx_o) ); parameter FREQ      = 25000000; parameter BAUD      = 115200; parameter TBAUD     = FREQ/BAUD*40; initial begin       sysclk_i  = 0;       uart_rx_i = 1'b1;       #200000 // Wait  for global reset to finish         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;//start         //1001_0101         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;                  #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;//stop                      #808320         //00000101         uart_rx_i = 1'b0;//start         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;          #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;           #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;           #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;           #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;                    #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;//stop              #808320       //10000100         uart_rx_i = 1'b0;//start         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b0;         #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;                  #TBAUD         uart_rx_i = 1'b1;//stop                     end always     begin         #20 sysclk_i = ~sysclk_i;     end endmodule

可以看到产生的do文件中，自动添加了仿真文件、库的路径

[attach]9264[/attach]

3:启动modelsim仿真

[attach]9265[/attach]

[attach]9266[/attach]

[attach]9267[/attach]

输入do fpga_prj_behavioral_sim.do

[attach]9268[/attach]

启动后，右击需要观察的信号，添加到波形窗口

[attach]9269[/attach]

设置restart

[attach]9270[/attach]

设置运行2.2ms(如果时间太长需要找下数据位置，时间太短需要继续跑直到波形出来)

[attach]9271[/attach]

[attach]9272[/attach]

4下载演示

下载程序前，先确保FPGA工程已经编译。

1:硬件连接

请确保下载器和开发板已经正确连接，并且开发板已经上电(注意JTAG端子不支持热插拔，而USB接口支持，所以在不通电的情况下接通好JTAG后，再插入USB到电脑，之后再上电，以免造成JTAG IO损坏)

[attach]9273[/attach]

2:程序下载

单击下载按钮

[attach]9274[/attach]

可以看到已经识别到芯片，但是请注意，实际芯片是EG4D20EG176,而识别出来的变成了EAGLE_S20_EG176,但是这个不影响我们下载，所以继续。

[attach]9275[/attach]

选择bit文件

[attach]9276[/attach]

选中后单击Run

[attach]9277[/attach]

下载成功

[attach]9278[/attach]

2:运行结果

[attach]9279[/attach]

附录：常见问题1联系方式

米联客官方社区：www.uisrc.com

米联客社区FPGA/SOC QQ群：

群1:516869816         群2:543731097

群3:86730608         群4:34215299

技术微信：18951232035

技术电话：18951232035

官方微信公众号(新微信公众号)：

[attach]9280[/attach]

2售后

1、7天无理由退货(人为原因除外)

2、质保期限：本司产品自快递签收之日起，提供一年质保服务(主芯片，比如FPGA 或者CPU等除外)。

3、维修换货，需提供淘宝订单编号或合同编号，联系销售/技术支持安排退回事宜。

售后维修请登录工单系统：https://www.uisrc.com/plugin.php?id=x7ree_service

4、以下情形不属于质保范畴。

A:由于用户使用不当造成板子的损坏：比如电压过高造成的开发板短路，自行焊接造成的焊盘脱落、铜线起皮 等

B:用户日常维护不当造成板子的损坏：比如放置不当导致线路板腐蚀、基板出现裂纹等

5、质保范畴外（上方第4条）及质保期限以外的产品，本司提供有偿维修服务。维修仅收取器件材料成本，往返运 费全部由客户承担。

6、寄回地址，登录网页获取最新的售后地址：https://www.uisrc.com/t-1982.html

3销售

天猫米联客旗舰店：https://milianke.tmall.com

京东米联客旗舰店：https://milianke.jd.com/

米联客生态淘宝店：https://milianke.taobao.com

销售电话：18921033576

公司地址：常州溧阳总部：常州溧阳市中关村吴潭渡路雅创高科智造谷10-1幢楼

南京研发基地：南京市栖霞区仙林大道181号5幢1820室

4在线视频

https://www.uisrc.com/video.html

5软件下载

https://www.uisrc.com/f-download.html

6经验分享

https://www.uisrc.com/f-390.html

7官方博文

https://www.uisrc.com/portal.php?mod=list&catid=35

---

欢迎光临 UISRC工程师学习站 (https://www.uisrc.com/)

Powered by Discuz! X3.5