UART

Uart比較簡單，所以僅對tx作比較詳細的注釋，但里面一些內容還是值得新手學習的

1開始位（低電平）+8位數據+1停止位（高電平，這里選的是一個周期高電平，也可兩個）（無校驗位）

1、prescale是完成一個bit需要主時鐘計數的次數（其和主時鐘以及波特率之間的關系參考網上文章）

2、進入uart模塊的異步信號，最好使用提供的同步器同步

3、異步復位信號最好使用提供的同步器同步

4、波特率任意選，只要時鐘夠大，能夠符合誤碼率計算即可，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，建議使用全局時鐘資源（IBUFG后面連接BUFG的方法是最基本的全局時鐘資源的使用方法）

8、這個完整的代碼就是使用IBUFG+BUFG

9、傳輸雖然簡單，但對于新手來講，還是有挺多的知識點值得學習的點

10、公眾號只是對代碼進行了簡單注釋

UART的發送數據模塊

// 歡迎大家關注公眾號：AriesOpenFPGA// Q群：808033307// Language: Verilog 2001
// 代碼注釋有些匆忙，如有錯誤注釋還請批評，僅作參考// UART// 1開始位+8位數據+1停止位（無校驗）// prescale是完成一個bit需要主時鐘計數的次數（其和主時鐘以及波特率之間的關系參考網上文章）// 進入uart模塊的異步信號，最好使用提供的同步器同步// 異步復位信號最好使用提供的同步器同步// 波特率任意選，只要時鐘夠大，能夠符合誤碼率計算即可，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，建議使用全局時鐘資源（IBUFG后面連接BUFG的方法是最基本的全局時鐘資源的使用方法）// 這個完整的代碼就是使用IBUFG+BUFG// 傳輸雖然簡單，但對于新手來講，還是有挺多的知識點值得學習的// 公眾號只是對代碼進行了簡單注釋`timescale 1ns / 1ps/* AXI4-Stream UART */module uart_tx #(    parameter DATA_WIDTH = 8)(    input  wire                   clk,           // 系統時鐘    input  wire                   rst,           // 復位信號
   /* AXI input */    input  wire [DATA_WIDTH-1:0]  s_axis_tdata,  // 輸入到這個模塊準備發送出去的數據    input  wire                   s_axis_tvalid, // 有數據要輸入到這個模塊    output wire                   s_axis_tready, // 該模塊準備好接收數據
    output wire                   txd,     // UART interface    output wire                   busy,    // Status 線忙    input  wire [15:0]            prescale // Configuration 預分度);
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;  // 從機沒有準備好發送            txd_reg           <= 1;  // 發送線拉高            prescale_reg      <= 0;  //             bit_cnt           <= 0;  // 位計數器初始化為0            busy_reg          <= 0;  // 復位后為不忙狀態        end    else         begin            if (prescale_reg > 0)                 begin                    s_axis_tready_reg <= 0;                    prescale_reg      <= prescale_reg - 1;                end             else if (bit_cnt == 0)     //比特計數器為0                begin                    s_axis_tready_reg <= 1;   // 從機把ready信號拉高                    busy_reg          <= 0;   // 忙信號拉低無效                    if (s_axis_tvalid)        // 如果從機準備好接收數據                        begin                            s_axis_tready_reg <= !s_axis_tready_reg;   //                             prescale_reg      <= (prescale << 3)-1;    //                             bit_cnt           <= DATA_WIDTH+1;         // 一共10次計數                            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，傳輸線進入忙狀態                        end                end             else                 begin                    if (bit_cnt > 1)   //                         begin                            bit_cnt             <= bit_cnt - 1;                            prescale_reg        <= (prescale << 3)-1;  // 經過(prescale << 3)-1次的系統時鐘計數，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           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) // 準備有數據要發以及準被好發            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)  // 實際的read為0時，開始計數bit                            begin                                               bit_cnt <= bit_cnt - 1;                                prescale_reg <= (prescale << 3)-1;  //prescale是16位移3位減1位，因為prescale_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）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

原文標題：Uart協議及Verilog代碼

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