基于fpga的uart接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章引言隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，其在國(guó)防、通信、儀器測(cè)量、工業(yè)制造等眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用【卜2】。EDA技術(shù)常?？梢酝黄苽鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)的束縛，縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品性能，因此EDA技術(shù)又反推電子行業(yè)的飛速發(fā)展。本文設(shè)計(jì)是基于一種EDA技術(shù)而開展起來(lái)的，所以開始本文設(shè)計(jì)之前對(duì)EDA技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。1．1EDA概述1．1．1EDA技術(shù)簡(jiǎn)介何為EDA?EDA為ElectronicDesignAutomation的縮寫，其是指通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的一種技術(shù)‘14】，EDA技術(shù)涵

2、蓋了硬件和軟件兩大方向。EDA技術(shù)在硬件方面融合了集成電路制造技術(shù)、版圖設(shè)計(jì)、測(cè)試和封裝、FPGA等技術(shù)12。3】。軟件方面主要是指設(shè)計(jì)者可以在軟件操作環(huán)境下利用硬件描述語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)加速了產(chǎn)品研發(fā)的進(jìn)度，而且和早期的技術(shù)相比，其使產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本大大降低。隨著集成電路制造工藝的發(fā)展，EDA技術(shù)發(fā)展前景更為廣闊，將會(huì)極大促進(jìn)電子行業(yè)的發(fā)展．為人類步入智能生活創(chuàng)造了諸多的可能。1．1．2EDA技術(shù)內(nèi)容從目前EDA技術(shù)發(fā)展來(lái)看，EDA技術(shù)主要包含了以下四大方面：可編程邏輯器件、硬件描述語(yǔ)言、軟件開發(fā)工

3、具、實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)I¨。(1)可編程邏輯器件中CPLD和FPGA這兩大類目前應(yīng)用十分廣泛，在這兩類l=I=1FPGA以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)在最近十幾年得到飛速發(fā)展，使用FPGA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的從業(yè)者越來(lái)越多，越來(lái)越年輕化。(2)硬件描述語(yǔ)言，既?種用形式化方式描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語(yǔ)言斷】。H前最受設(shè)計(jì)者所喜愛的硬件拙述語(yǔ)言是VerilogHDL和VHDL，這兩個(gè)硬件描述語(yǔ)言都成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。似灶這兩個(gè)語(yǔ)言的背景不同，VHDL屬于政府部門研萬(wàn)方數(shù)據(jù)基于FPGA的UART接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)發(fā)的。而VerilogHDL是由

4、一家獨(dú)立公司自主研發(fā)、推向市場(chǎng)，供廣大設(shè)計(jì)者使用的。在使用方面VerilogHDL較為容易，易于學(xué)習(xí)，但其缺點(diǎn)是在使用該硬件語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)電路結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)有一定的了斛5l。(3)軟件開發(fā)工具，目前主流的FPGA／CPLD芯片廠家均有自己的軟件開發(fā)工具，如EDA行業(yè)三大巨頭：Xilinx的ISE、Altera的QuartusII、Lattice的ispLEVER。同時(shí)還有第三方工具，如Synplicity公司Synplify、ModelTechnology的Modelsim等等，這些操作軟件是EDA設(shè)

5、計(jì)中最常用的工具，最大化使用這些軟件可以很好的幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)產(chǎn)品。(4)所謂實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)是指提供芯片下載電路及EDA實(shí)驗(yàn)、開發(fā)的外圍資源，目前EDA行業(yè)的三大巨頭公司均對(duì)外銷售這些具有實(shí)驗(yàn)、開發(fā)功能的開發(fā)板。1．1．3EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)就目前集成電路行業(yè)發(fā)展而言，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向于低功耗、短周期、高性能、超高速等幾大方面。同時(shí)隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，集成工藝水平以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)不斷提高，EDA技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)硬件描述語(yǔ)言就現(xiàn)有的硬件描述語(yǔ)言而言，一般都是提供底層次的描

6、述，如行為級(jí)和功能級(jí)的描述，無(wú)法對(duì)復(fù)雜又抽象的系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行描述。因此開發(fā)出一種既可以很好描述底層次又可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)的硬件描述語(yǔ)言，已經(jīng)成為EDA行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。如果可以直接用C或者是C++作為硬件語(yǔ)言將會(huì)更好促進(jìn)EDA行業(yè)的發(fā)展。(2)集成電路的集成度和工藝水平不斷提高，如90nm、28nm這方面的技術(shù)已經(jīng)成熟，在一個(gè)芯片上完成更大規(guī)模的系統(tǒng)級(jí)集成將成為可能14】。(3)由于對(duì)設(shè)計(jì)的精確度要求越來(lái)越高以及制造工藝的進(jìn)步．所以開發(fā)出更智能的EDA工具就顯得極為迫切。(4)人們對(duì)電子產(chǎn)品的性價(jià)比要求逐漸增

7、高，以及其推陳出新的速度也在加快，所以IP核應(yīng)用將會(huì)更為廣泛。萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章引言1．2課題研究背景以及意義在最近十幾年EDA技術(shù)中發(fā)展最為迅速的當(dāng)屬FPGA，F(xiàn)PGA以其集成度高，設(shè)計(jì)周期短，性價(jià)比高、靈活性高、可以滿足時(shí)序復(fù)雜的大規(guī)模設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)深受設(shè)計(jì)者的喜愛。在集成電路行業(yè)飛速發(fā)展過(guò)程中UART(通用異步收發(fā)傳輸器)芯片使用很是廣泛，其可以幫助設(shè)計(jì)者解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。但是使用者在使用UART芯片過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題：@UART芯片的閑置管腳較多，占用較多資源，功耗較高l酬。②由于UART芯片是固

8、定在電路版上，這就限制了UART芯片使用的靈活性。③設(shè)計(jì)成本提高，嵌入在電路板上的UART芯片只能在該開發(fā)板上使用，所以每個(gè)電路板上都要嵌入U(xiǎn)ART芯片，從而使設(shè)計(jì)成本提高，也造成一種資源浪費(fèi)。④不能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆Ｓ捎诂F(xiàn)在很多電路設(shè)計(jì)都需要使用FPGA芯片，但問(wèn)題是FPGA芯片內(nèi)部沒(méi)有集成UART功能模塊

9、6～l，這就很容易造成問(wèn)題的出現(xiàn)：在一定程度上阻礙了FPGA與CPU等其它設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸【7】。如果采用FPGA芯片與UA