xilinx FPGA 串口设计笔记

xilinx FPGA  串口设计笔记
在设计中，需要用 FPGA 读取 GPS 内部的信息，GPS 的通信方式为串口，所以在 FPGA
中移植了串口程序。
本次移植的程序源代码是特权的串口程序，本以为移植应该很快就能完成， 但其中还是
出了一写小问题，耽误了不少的时间，下面将问题进行一个总结！
以下是串口的时序：
在设计中，耽误时间最长的问题就是数据老是出错，为了找出问题的所在，用示波器观察了
一下串口发送的数据！
串口发送的软件如图所示：
通过定时发送 hex 数据：0x55,如图：
其中绿色的为电脑发送的串口数据波形，紫色为波特率发生器产生的读数据的触发脉冲，
也就是说在上升沿的时候读取串口信号的数据，从图可以看出，在每个数据的中间段， FPGA
对信号进行了读取，也就是说 FPGA 的波特率设置是没有问题的。
为了进一步的验证，又发了一次 0xaa，进行了一次对比。
通过定时发送 hex 数据：0xaa,如图：
通过上面的测试可知，程序设计的波特率以及读写数据的时序是没有问题的，但是在读数据
的时候依然出现错误。
在此过程中，发了两个数据进行验证。
通过定时发送 hex 数据：0xff,0xff 如图：
在通过发送两个数据后发现，串口发送的一个数据的位数为 10 位，
1bit 下降沿的起始位+8bit 的数据位+1bit 的停止位。
也就是说串口发送的数据长度不是固定的，在没有校验位的情况下，其长度为 10bit，
而特权的程序的，他的串口设置的读取长度为 12bit，这样也就造成了数据的错位，最终导
致数据的整体出错！！
在对程序进行了修改过发现，程序运行正常。
module wi125_time(
input      clk,            // 48MHz 主时钟
input      rst_n,          //低电平复位信号
input      wi125_uart_rx,      // RS232 接收数据信号
output    wi125_data_ok,
output[7:0] wi125_rx_data,
output      ww
);
//----------------------------------串口波特率设置---------------------------------//
//功能：将串口的波特率设置为 38400bps
//----------------------------------------------------------reg[12:0] cnt;                      //分频计数
reg clk_bps;                      //波特率时钟寄存器
reg bps_start;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) cnt <= 13'd0;
else if((cnt == 1250) || !bps_start) 
cnt <= 13'd0;                  //波特率计数清零
else 
cnt <= cnt+1'b1;                //波特率时钟计数启动
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) clk_bps <= 1'b0;
else if(cnt == 625) 
clk_bps <= 1'b1;                //  clk_bps_r 高电平为接收
数据位的中间采样点,同时也作为发送数据的数据改变点
else 
clk_bps <= 1'b0;
assign ww=clk_bps;
//----------------------------------串口波特率设置---------------------------------//
//功能：将串口的波特率设置为 38400bps
//----------------------------------------------------------reg rs232_rx0,rs232_rx1,rs232_rx2,rs232_rx3;  //接收数据寄存器，滤波用
wire neg_rs232_rx;                 //表示数据线接收到下降沿
reg rx_int1,rx_int2;
always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) 
begin
rs232_rx0 <= 1'b0;
rs232_rx1 <= 1'b0;
rs232_rx2 <= 1'b0;
rs232_rx3 <= 1'b0;
rx_int1    <= 1'b0;
rx_int2    <= 1'b0; 
end
else 
begin
rs232_rx0 <= wi125_uart_rx;
rs232_rx1 <= rs232_rx0;
rs232_rx2 <= rs232_rx1;
rs232_rx3 <= rs232_rx2;
rx_int1    <= rx_int;
rx_int2    <= rx_int1;
end
end
//下面的下降沿检测可以滤掉<20ns-40ns 的毛刺(包括高脉冲和低脉冲毛刺)，
//这里就是用资源换稳定（前提是我们对时间要求不是那么苛刻，因为输入信号打
了好几拍）
//（当然我们的有效低脉冲信号肯定是远远大于 40ns 的）
assign neg_rs232_rx = rs232_rx3 & rs232_rx2 & ~rs232_rx1 & ~rs232_rx0;  // 接收到下降沿
后 neg_rs232_rx 置高一个时钟周期
assign wi125_data_ok = rx_int2&~rx_int1;
//----------------------------------------------------------------reg[3:0] num;                      //移位次数
reg rx_int;                        // 接收数据中断信号,
接收到数据期间始终为高电平
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) 
begin
bps_start <= 1'bz;
rx_int <= 1'b0;
end
else if(neg_rs232_rx)                //接收到串口接收线 rs232_rx 的
下降沿标志信号
begin   
bps_start <= 1'b1;            //启动串口准备数据接收
rx_int <= 1'b1;              //接收数据中断信号使能
end
else if(num==4'd10)                  //接收完有用数据信息
begin     
bps_start <= 1'b0;            //数据接收完毕，释放波特率启
动信号
rx_int      <= 1'b0;                //接收数据中断信号关闭
end
//---------------------------------------------------------------- 
reg[7:0] rx_data_r;                  //串口接收数据寄存器，保存直
至下一个数据来到
//----------------------------------------------------------------reg[7:0] rx_temp_data;                //当前接收数据寄存器
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n) 
begin
rx_temp_data    <= 8'd0;
num          <= 4'd0;
rx_data_r      <= 8'd0;
end
else if(rx_int) 
begin                          //接收数据处理
if(clk_bps) 
begin                        // 读取并保 存数
据,接收数据为一个起始位，8bit 数据，1 或 2 个结束位
num <= num+1'b1;
case (num)
4'd1: rx_temp_data[0] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 0bit
4'd2: rx_temp_data[1] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 1bit
4'd3: rx_temp_data[2] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 2bit
4'd4: rx_temp_data[3] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 3bit
4'd5: rx_temp_data[4] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 4bit
4'd6: rx_temp_data[5] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 5bit
4'd7: rx_temp_data[6] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 6bit
4'd8: rx_temp_data[7] <= wi125_uart_rx;  //锁存第 7bit
default: ;
endcase
end
else if(num == 4'd10)
begin    //我们的标准接收模式下只有 1+8+1(2)=10bit 的有效数据
num <= 4'd0;        //接收到 STOP 位后结束,num 清零
rx_data_r <= rx_temp_data;  //把数据锁存到数据寄存器 rx_data 中
end 
end
assign wi125_rx_data = rx_data_r; 
endmodule