Uart協(xié)議及Verilog代碼

代碼注釋有些匆忙，如有錯(cuò)誤注釋還請(qǐng)批評(píng)，僅作參考

UART

Uart比較簡(jiǎn)單，所以僅對(duì)tx作比較詳細(xì)的注釋，但里面一些內(nèi)容還是值得新手學(xué)習(xí)的

1開始位（低電平）+8位數(shù)據(jù)+1停止位（高電平，這里選的是一個(gè)周期高電平，也可兩個(gè)）（無校驗(yàn)位）

1、prescale是完成一個(gè)bit需要主時(shí)鐘計(jì)數(shù)的次數(shù)（其和主時(shí)鐘以及波特率之間的關(guān)系參考網(wǎng)上文章）

2、進(jìn)入uart模塊的異步信號(hào)，最好使用提供的同步器同步

3、異步復(fù)位信號(hào)最好使用提供的同步器同步

4、波特率任意選，只要時(shí)鐘夠大，能夠符合誤碼率計(jì)算即可，這里使用的是125Mhz

5、基本的思想就是移位

6、傳輸條件就是握手

7、如果使用Xlinx的片子，建議使用全局時(shí)鐘資源（IBUFG后面連接BUFG的方法是最基本的全局時(shí)鐘資源的使用方法）

8、這個(gè)完整的代碼就是使用IBUFG+BUFG

9、傳輸雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)于新手來講，還是有挺多的知識(shí)點(diǎn)值得學(xué)習(xí)的點(diǎn)

10、公眾號(hào)只是對(duì)代碼進(jìn)行了簡(jiǎn)單注釋

UART的發(fā)送數(shù)據(jù)模塊

// 歡迎大家關(guān)注公眾號(hào)：AriesOpenFPGA// Q群：808033307// Language: Verilog 2001
// 代碼注釋有些匆忙，如有錯(cuò)誤注釋還請(qǐng)批評(píng)，僅作參考// UART// 1開始位+8位數(shù)據(jù)+1停止位（無校驗(yàn)）// prescale是完成一個(gè)bit需要主時(shí)鐘計(jì)數(shù)的次數(shù)（其和主時(shí)鐘以及波特率之間的關(guān)系參考網(wǎng)上文章）// 進(jìn)入uart模塊的異步信號(hào)，最好使用提供的同步器同步// 異步復(fù)位信號(hào)最好使用提供的同步器同步// 波特率任意選，只要時(shí)鐘夠大，能夠符合誤碼率計(jì)算即可，這里使用的是125M// 基本的思想就是移位// 傳輸條件就是握手// 如果使用Xlinx的片子，建議使用全局時(shí)鐘資源（IBUFG后面連接BUFG的方法是最基本的全局時(shí)鐘資源的使用方法）// 這個(gè)完整的代碼就是使用IBUFG+BUFG// 傳輸雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)于新手來講，還是有挺多的知識(shí)點(diǎn)值得學(xué)習(xí)的// 公眾號(hào)只是對(duì)代碼進(jìn)行了簡(jiǎn)單注釋`timescale 1ns / 1ps/* AXI4-Stream UART */module uart_tx #(    parameter DATA_WIDTH = 8)(    input  wire                   clk,           // 系統(tǒng)時(shí)鐘    input  wire                   rst,           // 復(fù)位信號(hào)
   /* AXI input */    input  wire [DATA_WIDTH-1:0]  s_axis_tdata,  // 輸入到這個(gè)模塊準(zhǔn)備發(fā)送出去的數(shù)據(jù)    input  wire                   s_axis_tvalid, // 有數(shù)據(jù)要輸入到這個(gè)模塊    output wire                   s_axis_tready, // 該模塊準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)
    output wire                   txd,     // UART interface    output wire                   busy,    // Status 線忙    input  wire [15:0]            prescale // Configuration 預(yù)分度);
reg s_axis_tready_reg = 0;reg txd_reg           = 1;reg busy_reg          = 0;
reg [DATA_WIDTH:0] data_reg = 0;reg [18:0] prescale_reg     = 0;reg [3:0] bit_cnt           = 0;
assign s_axis_tready = s_axis_tready_reg;assign txd           = txd_reg;assign busy          = busy_reg;
always @(posedge clk) begin    if (rst)         begin            s_axis_tready_reg <= 0;  // 從機(jī)沒有準(zhǔn)備好發(fā)送            txd_reg           <= 1;  // 發(fā)送線拉高            prescale_reg      <= 0;  //             bit_cnt           <= 0;  // 位計(jì)數(shù)器初始化為0            busy_reg          <= 0;  // 復(fù)位后為不忙狀態(tài)        end    else         begin            if (prescale_reg > 0)                 begin                    s_axis_tready_reg <= 0;                    prescale_reg      <= prescale_reg - 1;                end             else if (bit_cnt == 0)     //比特計(jì)數(shù)器為0                begin                    s_axis_tready_reg <= 1;   // 從機(jī)把ready信號(hào)拉高                    busy_reg          <= 0;   // 忙信號(hào)拉低無效                    if (s_axis_tvalid)        // 如果從機(jī)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)                        begin                            s_axis_tready_reg <= !s_axis_tready_reg;   //                             prescale_reg      <= (prescale << 3)-1;    //                             bit_cnt           <= DATA_WIDTH+1;         // 一共10次計(jì)數(shù)                            data_reg          <= {1'b1, s_axis_tdata}; //                             txd_reg           <= 0;                    // 起始位0（起始位tx拉低，停止位拉高）                            busy_reg          <= 1;                    // 開始傳輸后，傳輸線進(jìn)入忙狀態(tài)                        end                end             else                 begin                    if (bit_cnt > 1)   //                         begin                            bit_cnt             <= bit_cnt - 1;                            prescale_reg        <= (prescale << 3)-1;  // 經(jīng)過(prescale << 3)-1次的系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，完成一位的移位                            {data_reg, txd_reg} <= {1'b0, data_reg};   // 移位操作                        end                     else if (bit_cnt == 1)                          begin                            bit_cnt      <= bit_cnt - 1;                            prescale_reg <= (prescale << 3);                              txd_reg      <= 1;                // 停止位1                        end                end        end end
endmodule

UART的接收模塊（不詳細(xì)講解）

// Language: Verilog 2001
`timescale 1ns / 1ps
/* * AXI4-Stream UART */module uart_rx #(    parameter DATA_WIDTH = 8)(    input  wire                   clk,    input  wire                   rst,
  /* AXI output */    output wire [DATA_WIDTH-1:0]  m_axis_tdata,    output wire                   m_axis_tvalid,    input  wire                   m_axis_tready,      /* UART interface */    input  wire                   rxd,      /* Status */         output wire                   busy,    output wire                   overrun_error,    output wire                   frame_error,      /* Configuration */    input  wire [15:0]            prescale
);
reg [DATA_WIDTH-1:0] m_axis_tdata_reg = 0;reg m_axis_tvalid_reg = 0;
reg rxd_reg = 1;
reg busy_reg = 0;reg overrun_error_reg = 0;reg frame_error_reg = 0;
reg [DATA_WIDTH-1:0] data_reg = 0;reg [18:0] prescale_reg = 0;reg [3:0] bit_cnt = 0;
assign m_axis_tdata = m_axis_tdata_reg;assign m_axis_tvalid = m_axis_tvalid_reg;
assign busy = busy_reg;assign overrun_error = overrun_error_reg;assign frame_error = frame_error_reg;
always @(posedge clk) begin    if (rst) // 初始化各種參數(shù)           begin                           m_axis_tdata_reg <= 0;            m_axis_tvalid_reg <= 0;            rxd_reg <= 1;            prescale_reg <= 0;            bit_cnt <= 0;            busy_reg <= 0;            overrun_error_reg <= 0;            frame_error_reg <= 0;        end     else         begin            rxd_reg <= rxd;            overrun_error_reg <= 0;            frame_error_reg <= 0;
        if (m_axis_tvalid && m_axis_tready) // 準(zhǔn)備有數(shù)據(jù)要發(fā)以及準(zhǔn)被好發(fā)            begin                 m_axis_tvalid_reg <= 0;            end
        if (prescale_reg > 0) //             begin                                prescale_reg <= prescale_reg - 1;            end                     else if (bit_cnt > 0)             begin                if (bit_cnt > DATA_WIDTH+1)                     begin                        if (!rxd_reg)  // 實(shí)際的read為0時(shí)，開始計(jì)數(shù)bit                            begin                                               bit_cnt <= bit_cnt - 1;                                prescale_reg <= (prescale << 3)-1;  //prescale是16位移3位減1位，因?yàn)閜rescale_reg                            end                         else                             begin                                bit_cnt <= 0;                                prescale_reg <= 0;                            end                    end                                 else if (bit_cnt > 1)                     begin                        bit_cnt <= bit_cnt - 1;                        prescale_reg <= (prescale << 3)-1;                        data_reg <= {rxd_reg, data_reg[DATA_WIDTH-1:1]};                    end                                 else if (bit_cnt == 1)                     begin                        bit_cnt <= bit_cnt - 1;                        if (rxd_reg)                             begin                                m_axis_tdata_reg <= data_reg;                                m_axis_tvalid_reg <= 1;                                overrun_error_reg <= m_axis_tvalid_reg;                            end                         else                             begin                                frame_error_reg <= 1;                            end                    end            end         else             begin                busy_reg <= 0;                if (!rxd_reg)                 begin                    prescale_reg <= (prescale << 2)-2;                    bit_cnt <= DATA_WIDTH + 2;                    data_reg <= 0;                       busy_reg <= 1;                end            end                    endendendmodule

UART頂層

// Language: Verilog 2001
`timescale 1ns / 1ps
/* * AXI4-Stream UART */module uart #(    parameter DATA_WIDTH = 8)(    input  wire                   clk,    input  wire                   rst,
    /*     * AXI input     */    input  wire [DATA_WIDTH-1:0]  s_axis_tdata,    input  wire                   s_axis_tvalid,    output wire                   s_axis_tready,
    /*     * AXI output     */    output wire [DATA_WIDTH-1:0]  m_axis_tdata,    output wire                   m_axis_tvalid,    input  wire                   m_axis_tready,
    /*     * UART interface     */    input  wire                   rxd,    output wire                   txd,
    /*     * Status     */    output wire                   tx_busy,    output wire                   rx_busy,    output wire                   rx_overrun_error,    output wire                   rx_frame_error,
    /*     * Configuration     */    input  wire [15:0]            prescale
);
uart_tx #(    .DATA_WIDTH(DATA_WIDTH))uart_tx_inst (    .clk(clk),    .rst(rst),    // axi input    .s_axis_tdata(s_axis_tdata),    .s_axis_tvalid(s_axis_tvalid),    .s_axis_tready(s_axis_tready),    // output    .txd(txd),    // status    .busy(tx_busy),    // configuration    .prescale(prescale));
uart_rx #(    .DATA_WIDTH(DATA_WIDTH))uart_rx_inst (    .clk(clk),    .rst(rst),    // axi output    .m_axis_tdata(m_axis_tdata),    .m_axis_tvalid(m_axis_tvalid),    .m_axis_tready(m_axis_tready),    // input    .rxd(rxd),    // status    .busy(rx_busy),    .overrun_error(rx_overrun_error),    .frame_error(rx_frame_error),    // configuration    .prescale(prescale));
endmodule

同步（異步復(fù)位）模塊

// Language: Verilog-2001// 很常用的模塊`timescale 1 ns / 1 ps
/* * Synchronizes an active-high asynchronous reset signal to a given clock by * using a pipeline of N registers. */module sync_reset #(    parameter N=2 // depth of synchronizer)(    input wire clk,    input wire rst,    output wire sync_reset_out);
reg [N-1:0] sync_reg = {N{1'b1}};
assign sync_reset_out = sync_reg[N-1];
always @(posedge clk or posedge rst) begin    if (rst)        sync_reg <= {N{1'b1}};    else        sync_reg <= {sync_reg[N-2:0], 1'b0};end
endmodule

同步（異步信號(hào)）模塊

// Language: Verilog-2001//很常用的模塊`timescale 1 ns / 1 ps
/* * Synchronizes an asyncronous signal to a given clock by using a pipeline of * two registers. */module sync_signal #(    parameter WIDTH=1, // width of the input and output signals    parameter N=2 // depth of synchronizer)(    input wire clk,    input wire [WIDTH-1:0] in,    output wire [WIDTH-1:0] out);
reg [WIDTH-1:0] sync_reg[N-1:0];
/* * The synchronized output is the last register in the pipeline. */assign out = sync_reg[N-1];
integer k;
always @(posedge clk) begin    sync_reg[0] <= in;    for (k = 1; k < N; k = k + 1) begin        sync_reg[k] <= sync_reg[k-1];    endend
endmodule

審核編輯 ：李倩