2.1.1 波特率發生器設計

　　波特率發生器通過兩個8位的分頻寄存器實現，它提供發送數據和接收數據的基準時鐘。波特率發生器產生的時鐘是串行數據波特率的16倍。上電復位后兩個分頻寄存器都為00H，不使能所有的I/O操作。

　　2.1.2 數據收發

　　數據發送主要由線控制寄存器、計數器、FIFO控制器、發送FIFO、發送移位寄存器等實現。在波特率設置好后，計數器統計幀數據的位數，確保發送的幀數據包括起始位、有效數據位、奇偶校驗位、停止位。發送FIFO可以暫存總線接口發送過來的數據，數據從發送FIFO移入到輸出移位寄存器，每16個時鐘時間向外發送一位數據，先發送起始位，有效數據從移位寄存器的高位逐位移出，最后輸出奇偶檢驗位和終止位。當發送FIFO內的數據低于FIFO設置觸發深度時，會觸發發送FIFO空中斷。

　　數據接收由線控制寄存器、計數器、接收FIFO和輸入移位寄存器等組成。接收數據的線控制寄存器、計數器功能同發送模塊。接收器始終監視著串行輸入端，將8位串行數據逐位接收進來。數據接收后會通過移位寄存器暫存在接收FIFO中， FIFO深度可支持1 B、32 B、64 B、128 B等。

　　2.1.3 中斷設計

　　串行接口IP核中包含一個8位的中斷使能寄存器（IER）和一個8位的中斷識別寄存器（IIR）。中斷使能寄存器可以使能5種中斷源，分別是：接收線狀態中斷、發送線狀態中斷、時間溢出中斷、發送寄存器空中斷、Modem狀態中斷等，共4個優先級。上電復位時默認狀態為全部中斷屏蔽。上電復位時IIR為 C1H，通過讀取IIR數值可獲取相應的4路中斷狀態信息。

　　2.2 總線轉換橋接邏輯設計

　　為了實現Wishbone和Avalon總線協議之間的協議轉換， 根據兩種片上總線的特性， 通過狀態機的使用來實現總線協議的轉換， 并使用軟件仿真的方法建立模型來驗證總線轉換橋的可用性。 Wishbone到Avalon總線轉換橋的總體組成原理如圖3所示。

　　Wishbone到Avalon總線轉換橋的基本功能是使得符合Wishbone總線體系結構的IP核可以在采用Avalon總線的NiosII 固核處理器片上系統中集成，從而實現對定制外設的訪問。接口支持32位總線操作。總線轉換橋由相對獨立的Avalon主從端口單元和Wishbone主從端口單元組成，每個單元都有一套完整的功能來支持Avalon總線和Wishbone端口上所掛載的IP核之間的交易，讀寫數據實行分開存儲，由配置和狀態寄存器控制操作模式和數據的輸入輸出。Avalon總線接口邏輯與Wishbone接口邏輯兩側都包含本地狀態機及其他控制邏輯，并且總線橋接口邏輯還包括地址譯碼、命令譯碼、接口控制狀態機、數據輸出MUX、奇偶校驗輸出、地址溢出檢查等功能模塊。

　　2.3 片上系統集成設計

　　基于NiosII固核處理器的片上系統集成是在SoPC Builder環境下完成的。片上系統集成主要完成對片上系統的定制、片上系統的資源分配、總線交換操作、中斷處理等幾個點關鍵技術點。

　　2.3.1 片上系統定制設計

　　片上系統的定制設計主要是完成片上系統集成所需要的處理器IP和外設IP的選型，是集成設計的第一步，設置系統主頻，同時可選配指令、數據Cache大小、外部數據指令、硬件乘法器、流水線支持、浮點運算支持等特性，并設置NiosII的Cache和CPU直接相連的存儲器。外設IP主要包括PCI總線接口IP、外部SRAM接口IP、外部Flash接口IP、外部GPIO接口IP、外部網絡接口IP、自定制的基于OpenCore的串行接口IP核、 CAN總線接口IP軟核等。

　　2.3.2 片上系統資源分配

　　SoPC為各IP自動分配了一個默認地址。考慮到資源有效利用，還需要對系統資源進行重配置，主要包括：對Boot Loader的存儲器選擇和設置Boot Loader在存儲器中的偏移；存放異常向量的存儲器選擇及其偏移量；各外設在Avalon總線上的偏移地址、中斷號的分配；PCI總線對片上 Avalon總線上設備的Memnry或I/O的空間以及地址映射；DMA傳輸配置；消息寄存器（Mailbox）雙口RAM的使用等。具體分配如下：

　　（1）考慮到可以通過PCI到Avalon總線的地址映射，從PCI通過BAR端口直接訪問兩路UART、CAN、GPIO等設備，根據各接口IP地址特性，其他外設在Avalon端地址分配不沖突的前提下，有效分配Avalon地址資源，并可以在PCI端直接使用BAR2/BAR3以及Memory或 I/O訪問此類外設。

　　（2）可以通過Auto Bass Address操作，解決外設的地址分配沖突問題。通過調整其他外設地址避免與Flash地址的沖突。

　　（3）可通過手動方式修改各個外設的中斷號，也可以通過Auto Assign IRQs 操作，自動分配中斷號（最低為0，最高31）。