UART的FPGA实现过程 - 附完整的FPGA，ModelSim，MCU代码和工程，以及实现文档

adeko · 发表于 2009-5-20 02:46:41

使用FPGA完成了UART的设计，包含设计文档，FPGA源代码和工程文件，ModelSim的testbench和工程，硬件测试的AVR源代码和IAR工程等，有参考价值，

以此借阿莫的地盘作新网站（创造力电子开发网－http://www.edaok.net）的宣传，欢迎大家访问，申请加“酷”，不通过请阿莫反馈建议

================【以下为文档和源代码工程的打包】================

UART的FPGA实现设计文档，包含完整的源代码和工程ourdev_446226.rar(文件大小:1.96M) (原文件名:UART的FPGA设计文档.rar)

＝＝＝＝＝＝＝＝＝文档预览＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

文档开始简要地介绍了UART协议，如下图是ART帧格式示意图：

图 1.1 UART帧格式示意图 (原文件名:图 1.1 UART帧格式示意图.jpg)

UART可以使用奇偶校验，如下图介绍了奇偶校验实现的RTL级示意图

图 1.2 奇偶校验RTL示意图 (原文件名:图 1.2 奇偶校验RTL示意图.jpg)

以下是我设计过程的工作环境，作为参考，目的是为了以最快的速度测试本设计，再进入学习和改进：

表 2.1 工作环境参考表 (原文件名:表 2.1 工作环境参考表.jpg)

下图是设计的ModelSim仿真的截图，至于为什么不使用Quaatus的仿真工具？可以在ModelSim的版面了解它的优点

图 2.5 ModelSim仿真截图 (原文件名:图 2.5 ModelSim仿真截图.jpg)

以下是硬件测试的截图，这时，单片机操作FPGA实现的UART的方法和操作内部UART的方法一样，因为本设计的UART是根据AVR的UART而设计的，只是基址不同，其它者一样。

图 2.6 PC测试过程 (原文件名:图 2.6 PC测试过程.jpg)

下图是设计的框图，分为波特率发生模块，接收器模块和发送器模块。

图 2.7 UART项层框图 (原文件名:图 2.7 UART项层框图.jpg)

考虑到本设计的维护，升级等的方便，本设计使用状态机的编码方式设计硬件，下图是UART接收器的状态图

图 2.12 接收器状态机 (原文件名:图 2.12 接收器状态机.jpg)

欢迎大家访问我们的新网站 http://www.edaok.net

bad_fpga · 发表于 2009-5-20 04:01:46

谢谢,对我有帮助

armok · 发表于 2009-5-20 04:06:31

谢谢.COOL !

Cool后允许广告。。

bynce · 发表于 2009-5-20 08:13:14

不错呀。请问你的状态图用什么软件画的。

frank21 · 发表于 2009-5-20 08:24:37

厉害！支持
状态图应该是用MS visio做的吧

cgbabc · 发表于 2009-5-20 08:24:59

不错支持一个

hitsxg · 发表于 2009-5-20 09:04:24

用smartdraw更牛b........

adeko · 发表于 2009-5-20 19:27:40

多谢阿莫，状态图的确是用Visio画的，用这它几年了，这软件画这些图很方便

adeko · 发表于 2009-5-21 03:31:28

对这个设计的所属的“MCU外设设计”开源项目进行正当宣传

UART的FPGA实现是“MCU外设设计”开源项目的首个设计成果，还有一个虚拟液晶还在整理，

以下是这个项目的硬件框图：

“MCU外设设计”硬件框图 (原文件名:edaok_67.jpg)

由于我们还没有对这个项目作出详细的描述，致有网友问到“FPGA通过编程应该具有MCU相同的功能，包括UART，Timer，A/D，D/A等外设，您这里的MCU起的作用是什么呢？”

那么为什么我们要用到MCU，不用像NIOS这样的IP核？我先这里说明一下，目的是宣传一下我们的这个开源项目，

“如果使用Altera的NIOS，或8051等IP核，加上外设，综合后所配置的FPGA就是一个单片机，这样就是真正的SoPC了，由于像NIOS这些商业性质的处理器内核是以IP核给出，没有查看源码的权限，用户只能配置和编译，相当为SoPC选择一款单片机内核（只是这个处理器还没有被封装），但内核怎样实现我们并不知道。

所以使用像NIOS这样的IP核对于学习FPGA的朋友意义不大，因为我们的目的是学习设计逻辑，还不是学买使用别人的逻辑，但做产品时由于考虑多方面的因素，会优先选择现有稳定可靠的逻辑（IP核）进行开发，这样会带来不少好处。如果一个不会设计逻辑的工程师，即使面前有很多现成的IP核，但也不会选择用哪一个，我们在选用一个IP核时，即使供应方封闭了源码，但是设计者心中要知道这个IP核是大概是怎样实现的，不然，虽然产品是从自己手中出来，但心底里总觉得这不是自己的产品，因为不能完全掌控它，出了问题不能很快正确定位。

在我们的这个开源项目中，没有使用这些单片机IP核，而是把这个内核从SoPC移出来，用一个单片机来替代，用外部总线和FPGA连接起来，那么，开发外设时就不用配置像NIOS这些内核了，要用这些内核会花掉我们不少的编绎时间和硬件门数，在目前项目上是划不来的。在我们的这个项目中，可以把MCU看成一个处理器，它没有GPIO、Timer、PWM、UART、SPI、I2C等外设，就只有ALU、总线等，现在我们就为这个处理器设计各种外设，使它从处理器（Processor）变成控制器（Controller）。

举个例，就像ARM7芯片的设计方式，ARM公司提供ARM处理器给芯片实现厂商，这些实现厂商加上自己设计的外设，就出来多个不同厂商的ARM7芯片了，如ATMEL，NXP，ST等的ARM7芯片。对比我们这个项目，“单片机”就是“ARM公司提供ARM处理器”，而我们就是芯片实现厂商，设计我们自己的外设，推出自己的芯片。”

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
以上一家之见，希望各位给些建议，使创造力的第一个项目可以健康成长

999999 · 发表于 2009-5-21 06:17:27

有创意,希望能从中学到些东西。

pulan · 发表于 2009-5-21 06:37:06

留个记号。

zhuzi1441 · 发表于 2009-5-21 11:59:07

mark

adeko · 发表于 2009-5-22 02:52:59

谢谢大家的支持，佩服这里的人气和气氛，

我们的网站就这样无惊无险地面世也三天，真的很希望大家能以用户、管理等的角度给我们建议，韩信点兵，多多益善

请复制这个链接： http://www.edaok.net/thread.php?id=58
这是在我们网站的【网站发展】版面的发起的一个主题的URL，目的是问建议。

兄弟们，来吧来吧！！

155107149 · 发表于 2009-5-22 08:36:38

very good 我初学者
我也在自己试着写一个
目前写了移位检测开头判决电平时钟分频。
模拟了貌似还不错，不知道实际得不得，感谢大侠提供资料

richter_t · 发表于 2009-5-24 23:08:42

我觉着楼主的态度/思路很不错

adeko · 发表于 2009-5-26 03:06:04

ourDEV的各位网友早晨好，创造力的动态宣传将继续...

创造力电子开发网决定把主要精力放在开源项目实施的工作上。

以下是【MCU外设设计】开源项目的介绍和实施操作

“MCU外设设计”开源项目介绍
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单片机时代的早期，虽然单片机内部已经集成了CPU，ROM，RAM等其本的部件和I/O等外设，但是，资源毕竟有限，想要多点I/O，找个I/O接口芯片(如8255)扩展，要个定时器，找个定时器IC（如8253）扩展，要用串行口，找个串口芯片（如8251）扩展扩展。再加ROM和RAM，一个系统下来硬件电路是很壮观的，虽然麻烦是麻烦，甚至要和二进码打交道，但是一路走过来的大侠们对此还是津津乐道，正谓痛并快乐着。

8255（并行器扩展IC）、8253（定时器扩展）、8251（串行口扩展）等，这些就是单片机的外设（Peripherals），集成在单片机芯片内的，叫片内外设。有了各种的外设，采集或接收各种环境参数或用户指令，经CPU处理，再通过各种外设控制设备。

对于单片机开发员，他们更多的是需要了解项目所使用的单片机的外设特性，充分理解外设的功能。“外设”就像程序员常用的“函数模块”，函数模块使用参数，指针，返回值作为用户接口，而外设则是以经合理编址的寄存器作为用户接口。正如Windows提供的API，程序员不需了解API的实现过程一样，单片机开发员也不需了解外设的设计过程。但是，如果不去明白一个API或外设的实现、设计过程，会是设计水平提高的一个瓶颈。

“MCU外设设计”是参与者作为外设的设计者，可以参考或仿照单片机现有的外设特性，自已重新设计，也可以是结合几款单片机它们外设的做优点，设计一个变种，也可以发挥自己的创造力，设计一个全新的外设。项目中的FPGA芯片经设计、综合、配置后，就是一个外设IC了，它提供用户使用的寄存器对FPGA进行操作，这是一个非常用趣的过程。

一个初次学习FPGA的朋友，可能会停滞在软件仿真上，当然，仿真在实现项目中仿真是一个非常重要的过程，但是它会残忍地扼杀初学者的学习冲动和兴趣，一个有趣的项目能保持学习兴趣，还能学习到项目开发的基本流程。

开源项目提供统一的硬件，模板等，参与人员拟分为下列三类：
1.  网站内部技术人员，项目的主导者，负责项目的决策、进度，设计、成果整理发布等，使项目在即使没有参与者的情况下也能维护项目的发展，度过低谷。对于开源项目，一个主导团队必不可少，否则项目会松散，最终不了了之。

2.  合作开发人员，对于提交项目申请并获通过的会员，创造力借用硬件测试板，在期限内完成项目的开发和文档的整理，并在创造力网站发布，这一团体对项目的进展起重要作用，一方面提升了参与者的整体水平（设计水平，更重要告诉别人你是怎样开发，这对设计工程师很重要），另一方面促进开源项目的进展。

3.  购买硬件测试板的会员，对象是如果想快速通过验证项目的现有成果以达到学习的目标，或不想受合作开发的条件制约来进行开发等的会员，这些会员可以购买测试板，他们是项目经济的主要来源，这是一个很实际的问题，没有经济支持的开源项目能走开远？至少对于目前的创造力来说，“乌托邦”是行不通的。

另外，为了加大项目的透明度，和方面接受网友的监督，网站会及时更新项目的进度和计划

【相关链接】 http://www.edaok.net/posts_list.php?id=5

zchong · 发表于 2009-5-26 08:13:09

楼上太早了，呵呵
支持该项目！！！！！！！

但是楼上给的链接打不开，不知道怎么回事？

hao1985 · 发表于 2009-5-26 09:39:49

mark

adeko · 发表于 2009-5-27 02:32:35

【16楼】 zchong

打不开估计属于偶尔事件

刚才登录时竟输了几次验证码都失败，输入时都是满怀信心才下手的，丢人啊

adeko · 发表于 2009-5-27 03:01:01

"MCU外设设计"测试板的3D图 (原文件名:Snap2.jpg)

soulmate · 发表于 2009-5-27 07:17:47

mark~thanks~

zchong · 发表于 2009-5-27 08:17:55

建议扩一片sram，可以做个显示控制器

adeko · 发表于 2009-5-28 04:19:47

谢谢楼上建议，出于板子的使用目的，这个板我们不打算加RAM，下一个关于数据采集的板子就一定加个RAM了，做逻分仪等

yuhang · 发表于 2009-5-28 09:42:30

记号了

yuanshi3 · 发表于 2009-5-28 16:00:41

我看了下你的网站设计的不大气

adeko · 发表于 2009-5-29 22:13:24

哈，非常感谢楼上yuanshi3的关注，还请具体说说您的建议，网站还处于建设阶段，这个设计主要是主观的结果，各方面的客观建议一定会跟进。

men, come on!!!

zhf0763 · 发表于 2009-6-3 01:44:15

竟和我现在项目中一部分贼相似，兄弟借几个图来写写文档
网站挺清爽，但首页有点那个...毕竟首页是第一印象嘛

(原文件名:Snap27.jpg)
这个EDA的手势有点意思

adeko · 发表于 2009-6-10 03:17:22

测试板通过功能测试，符合设计的预期目标

如果你想设计一个不错的外设，并愿意参考我们的代码和文档编写要求，那么测试板提供借用，合理利用资源。

www.edaok.net

(原文件名:edaok_1.jpg)

(原文件名:edaok_2.jpg)

(原文件名:edaok_3.jpg)

(原文件名:edaok_4.jpg)

(原文件名:edaok_5.jpg)

欢迎访问www.edaok.net。

DanielDeng · 发表于 2009-6-12 22:51:29

很好的帖子！

Friendz · 发表于 2009-6-12 23:52:03

楼主和AMY STUDIO有什么联系吗？看网站上有的图是打的AMY的标注。

好像以前从AMY那里买过东西，有些印象。

windowsce · 发表于 2009-6-14 00:21:57

LZ的代码没细看，但总体风格和我看到的一些商业代码很接近。不得不佩服呀~~
小声问一句，楼主搞FPGA这类东东多少年了？写多少代码了？

adeko · 发表于 2009-6-15 01:57:19

其实更多是用C和MCU打交道。FPGA是半路出家

zchong · 发表于 2009-12-2 10:34:10

网站怎么打不开了

16ysa · 发表于 2009-12-2 14:43:20

这网站现在没了？不过这东西留着

boy364100 · 发表于 2009-12-2 21:05:48

很漂亮，MARK

weixintec · 发表于 2009-12-2 21:24:56

很好！！

kouxiangtang · 发表于 2009-12-2 22:37:06

讲的不错啊！学习学习！

hwdpaley · 发表于 2009-12-21 23:22:19

学习了，网站打不开

minux · 发表于 2009-12-21 23:42:57

我想知道的是，给这个项目贡献的东西，是以什么授权(License)发布的。

如果这个问题没考虑过，我的建议就是考虑下License的问题…… 国内从来不重视这个问题，
这是很严重的错误。

另：目前网站域名在我这里无法解析，见下：
minux@minux-laptop ~ $ host www.edaok.net
Host www.edaok.net not found: 3(NXDOMAIN)

wodetianmyday · 发表于 2009-12-30 12:45:47

mark

sagetom · 发表于 2009-12-30 14:41:18

mark

gibson08 · 发表于 2010-1-1 16:47:40

MARK

boboo · 发表于 2010-1-1 17:20:49

mark

下次能用

Danson.Shen · 发表于 2010-1-2 19:51:59

mark

icefiring · 发表于 2010-1-4 15:52:49

支持

zooky · 发表于 2010-1-4 18:14:27

备用

adeko · 发表于 2010-1-12 02:25:52

是的，抱歉地，网站已经关闭，因不才已奋身于工业控制，具体是电机控制，无精力打理。

P.S. 对电机控制有兴趣的朋友，可联系me: e-mail: fcmc@rpm-motor.com , QQ: 395904204, blog: http://blog.ednchina.com/fcmc

下面是做EDA网站时的另一个工程项目，具体（主要目的）是用FPGA设计LCM1602（控制器）的时序，用电脑充当液晶屏，电脑和FPGA之间的通信用MCU桥接。FPGA的设计是以LCM1602控制器的时序为依据，可以以为是山寨LCM1602

FPGA_设计框图 (原文件名:FPGA_设计框图.jpg)

上位机软件截图 (原文件名:Snap106.jpg)

工程全部文件ourdev_525153.rar(文件大小:1.09M) (原文件名:VritualLcd.rar)

这个东西没有实用价值，所以不要从实用价值角度去浏览，以免不必要的争论，它只是为积累挫败、提高能力而存在。对于学习EDA，我认为仿真（初学阶段的仿真）是打击“兴趣”的元凶，甚至是扼杀。

zj8899 · 发表于 2010-1-30 20:42:22

mark

ep1c3 · 发表于 2010-2-28 22:25:18

mark

boy364100 · 发表于 2010-3-1 00:11:46

very good~~~

sup999 · 发表于 2010-3-11 16:00:26

mark

bodyopq · 发表于 2010-3-11 18:55:39

好帖子先占位

wuyongqing1960 · 发表于 2010-3-12 11:43:21

mark

avrwoo · 发表于 2010-3-12 15:18:19

mark

avic · 发表于 2010-3-13 09:26:15

很不错，谢谢

cihu · 发表于 2010-3-13 21:37:55

mark

swarron · 发表于 2010-4-2 09:43:45

very good!!

cndongj · 发表于 2010-4-2 14:34:34

mark，谢谢。

jerry2cool · 发表于 2010-4-2 17:27:04

下了，多谢。。。。

gwh1128 · 发表于 2010-4-13 12:57:26

标记

xiachungang · 发表于 2010-6-8 18:15:27

谢谢··

joni · 发表于 2010-6-8 18:23:00

mark

quzegang · 发表于 2010-6-8 19:46:15

MARK

ifree64 · 发表于 2010-6-8 21:59:38

很有帮助，但遗憾的是www.edaok.net已经关闭。

不知道”MCU外设项目“做到什么程度了，还能找到相关的资料吗？
楼主大侠的开发板能开源出来吗？或者还能”借到“？

另，请问楼主，图画得很漂亮，是用什么软件画的？

whitelight · 发表于 2010-6-8 22:58:05

谢谢分享

lanseiboy · 发表于 2010-6-10 01:33:39

好帖！学习下~

wx2k · 发表于 2010-6-10 06:22:05

记号

llssr · 发表于 2010-6-10 18:21:30

很好支持

Meteora · 发表于 2010-6-10 18:22:48

mark!

jerry2cool · 发表于 2010-6-11 16:40:58

看看，感谢。。。。

skyline1982 · 发表于 2010-6-11 20:24:02

mark下。

ye_song · 发表于 2010-6-12 00:08:08

mark下

wanwzy · 发表于 2010-7-6 16:49:16

mark

Adrian · 发表于 2010-7-9 08:48:01

eeko2005 · 发表于 2010-8-6 10:24:59

mark

mcukilller · 发表于 2010-8-6 10:27:44

mark

dasemo2008 · 发表于 2010-8-18 14:53:05

mark !

Meteora · 发表于 2010-8-18 15:32:26

mark!

fenghe123 · 发表于 2010-8-21 01:45:49

MARK

joni · 发表于 2010-9-12 19:24:53

mark

myhonour · 发表于 2010-9-13 07:30:58

mark

gwh1128 · 发表于 2010-9-17 16:59:33

标记

liurangzhou · 发表于 2010-9-17 18:30:05

mark

avrwoo · 发表于 2010-9-17 18:43:43

mark

Nuist_Gwgj · 发表于 2010-9-24 14:39:43

mark

longhaihai · 发表于 2010-10-4 18:32:57

不错不错
很有帮助

zhengchengkun · 发表于 2010-10-5 11:26:46

请问一下楼主，ARM和FPGA之间通信是采用什么方式啊？你上面是三总线结构，程序应该怎么编写呢？

kunpeng032 · 发表于 2010-10-5 12:48:06

mark~thanks~

jack_yu · 发表于 2010-10-5 15:06:03

mark!

515666524 · 发表于 2010-10-30 15:36:09

楼主,压缩文件怎么下不了呀...求邮一份dzsh2005@163.com万分感谢

WBH_LTT · 发表于 2010-11-2 20:20:47

这东西不错，大家多传些这样的好东西，谢谢分享

heijichang · 发表于 2010-11-17 20:31:27

回复【楼主位】adeko 阿铎
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对我很有帮助，太感谢了！

zheren · 发表于 2010-11-20 13:14:10

好规范，请问下那个UART的帧结构，或是时序图您是用什么软件画的？

yisea123 · 发表于 2010-11-25 13:16:43

这贴有价值，学习了。

楼主一定是个做事很用心的人

hometainan · 发表于 2010-12-27 10:46:10

回复【楼主位】adeko 阿铎
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正開始學 Verilog, 通訊就從 UART開始~ 希望找一個有良好底子的範例來看, 謝謝了 !

Tomas_Yung · 发表于 2010-12-27 18:51:39

学习ing

ljt8015 · 发表于 2010-12-27 20:14:30

谢谢分享！~

superbtt · 发表于 2011-1-6 16:03:41

谢谢分享~~

shexujia · 发表于 2011-2-27 15:03:24

学习中

imjacob · 发表于 2011-2-28 16:43:35

mark

UART的FPGA实现过程 - 附完整的FPGA，ModelSim，MCU代码和工程，以及实现文档

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！