基于FPGA的UART通信协议的接收部分

选题的背景 在计算机的数据通信中，外设一般不能与计算机直接相连，它们之间的信息交换主要存在以下问题： (1)速度不匹配。外设的工作速度和计算机的工作速度不一样，而且外设之间的工作速度差异也比较大。 (2)数据格式不匹配。不同的外设在进行信息存储和处理时的数据格式可能不同，例如最基本的数据格式可分为并行数据和串行数据。 (3)信息类型不匹配。不同的外设可能采用不同类型的型号，有些是模拟信号，有些是数字信号，因此采用的处理方式也不同。 为了解决外设和计算机之间的信息交换问题，即需要设计一个信息交换的中间环节—— 接口。UART控制器是最常用的接口。通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiv—er／Transmitter，uART)是辅助计算机与串行设备之问的通信，在它们通信一般采取异步传输方式，异步串行通信就是实现异步数据传输的一种方法。异步串行的优点在于只使用一路数据线，通常为双绞线，数据在双绞线上以字符为单位串行传输。随着FPGA的广泛应用，经常需要FPGA与其他数字系统进行串行通信，专用的UART集成电路如8250，825l等是比较复杂的，因为专用的UART集成电路既要考虑异步的收发功能，又要兼容RS-232接口设计，在实际应用中，往往只需要用到UART的基本功能，使用专用芯片会造成资源浪费和成本提高．可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部，实现FPGA与其他数字系统的直接通信，从而简化了整个系统电路，提高了可靠性、稳定性和灵活性． 1.2 国内外研究现状及发展趋势 UART产生于上个世纪70年代，是第一块大规模集成电路。1981年的推出的IBM PC采用了8250 UART与外设进行数据通信，直到上个世纪末，UART一直是PC中最主要的串行通信接口。随着高速串行总线USB的出现，USB以其诸多的优点取代了UART成为个人电脑中应用最广泛的串行接口。 而在嵌入式领域，由于UART具有操作简单、工作可靠、抗干扰强、传输距离远(组成485网络可以传输1,200米以上)，设计人员普遍认为UART是从CPU或微控制器向系统的其他部分传输数据的最佳方式，因此它们被大量地应用在工业、通信和家电控制等嵌入式领域。通常MCU/CPU都会自带一个UART串口，但实际应用中一个串口往往不够用，需要进行UART串口扩展。 截止到目前，全球范围内有超过40种UART器件可以选择，大多数UART器件是以计算机总线转换UART为应用基础的，其通用性、管脚、寄存器与20年前很少改变。针对嵌入式应用，目前的UART器件普遍存在操作复杂、引脚多、价格昂贵等弱点，不能满足和适应的嵌入式系统的需要。 UART（通用异步收发）是用于控制计算机与串行设备的芯片通信的协议。有一点要注意的是，它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。作为接口的一部分，UART还提供以下功能： 将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用。在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验。在输出数据流中加入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。处理由键盘或鼠标发出的中断信号（键盘和鼠票也是串行设备）。可以处理计算机与外部串行设备的同步管理问题。有一些比较高档的UART还提供输入输出数据的缓冲区，现在比较新的UART是16550，它可以在计算机需要处理数据前在其缓冲区内存储16字节数据，而通常的UART是8250。现在如果您购买一个内置的调制解调器，此调制解调器内部通常就会有16550 UART。