FPGA實(shí)現(xiàn)UART和MCU一體化設(shè)計(jì)

讀信號(hào)和寫信號(hào)由微控制器MCU通過向I／O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和輸出操作產(chǎn)生?？諛?biāo)志和滿標(biāo)志用于MCU探測(cè)緩沖區(qū)狀態(tài)，應(yīng)用查詢方式對(duì)外設(shè)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)操作。對(duì)于發(fā)送緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)處于滿狀態(tài)時(shí)表明已經(jīng)沒有可用的存儲(chǔ)空間緩沖數(shù)據(jù)，此時(shí)不允許進(jìn)行寫操作；對(duì)于接收緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)處于空狀態(tài)時(shí)，表明沒有從設(shè)備收到任何的時(shí)間，此時(shí)不允許微控制器MCU從外設(shè)接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。
通過QuartusⅡ產(chǎn)生的FIFO如圖8所示。

圖8中，aclr是異步復(fù)位信號(hào)；clock是時(shí)鐘輸入；rdreq和wrreq分別是讀和寫信號(hào)線；data[7…O]是FIFO的并行數(shù)據(jù)輸入端；q[7…0]是FIFO的并行數(shù)據(jù)輸出端；empty和full分別為FIFO空滿標(biāo)志的狀態(tài)線；usedw[7…O]為當(dāng)前狀態(tài)下FIFO已經(jīng)使用的存儲(chǔ)量，即FIFO中已經(jīng)寫入并保存的數(shù)據(jù)量。
2．2 微控制器MCU的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，中央處理器處于核心控制地位，它不僅是參與運(yùn)算的核心器件，而且是控制外設(shè)的中樞。一般情況下，它實(shí)現(xiàn)了一定的功能指令集，用來由用戶自己編程控制外部設(shè)備動(dòng)作或者進(jìn)行一些算術(shù)邏輯運(yùn)算。本文中所實(shí)硯的微控制器MCU主要以實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外設(shè)端口的讀寫控制以及一些必要的程序控制指令。在一個(gè)微控制器的設(shè)計(jì)中，指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤其重要，它不僅關(guān)系到控制器的設(shè)計(jì)，也關(guān)系到軟件程序的設(shè)計(jì)方法。指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為指令集設(shè)計(jì)和指令動(dòng)作設(shè)計(jì)兩部分，前者側(cè)重于控制器的總體功能；后者側(cè)重于指令的具體實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行指令設(shè)計(jì)時(shí)首先要進(jìn)行指令分析，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，完成所需指令的功能設(shè)想，這是指令設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；然后分析指令該放在什么地方，微控制器如何取指令和對(duì)指令進(jìn)行識(shí)別等操作；最后確定指令格式以及每個(gè)指令完成指定功能所需要的一系列基本動(dòng)作過程?？梢允褂肁Ltera公司FPGA內(nèi)部的ROM作為程序存儲(chǔ)器，詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)過程參看參考文獻(xiàn)。通過此系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如表1所示指令。每條指令功能的完成具有取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令階段。指令的分析譯碼執(zhí)行由狀態(tài)機(jī)邏輯控制具體實(shí)現(xiàn)。