嵌入式UART接口模塊的設(shè)計(jì)

圖7　發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器仿真波形圖

　　由波形圖可知，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器在復(fù)位后，在輸入的計(jì)數(shù)值si_count為0時(shí)，send_si輸出起始位‘0’。在輸入的計(jì)數(shù)值si_count為1～8時(shí)，send_si分別輸出send_bus上相應(yīng)的數(shù)據(jù)位。在輸入的計(jì)數(shù)值si_count為9時(shí)，send_si輸出停止位‘1’。

　　2.6　UART內(nèi)核模塊

　　UART內(nèi)核模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。在數(shù)據(jù)接收時(shí)，UART內(nèi)核模塊負(fù)責(zé)控制波特率發(fā)生器和移位寄存器，使得移位寄存器在波特率時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下同步地接收并且保存RS232接收端口上的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，UART內(nèi)核模塊首先根據(jù)待發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生完整的發(fā)送數(shù)據(jù)序列（包括起始位、數(shù)據(jù)位和停止位），之后控制移位寄存器將序列加載到移位寄存器的內(nèi)部寄存器里，最后再控制波特率發(fā)生器驅(qū)動(dòng)移位寄存器將數(shù)據(jù)串行輸出。UART內(nèi)核模塊的主要功能是控制數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)加載和數(shù)據(jù)發(fā)送的過(guò)程，這可以用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其狀態(tài)圖如圖8所示。

圖8　UART內(nèi)核狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　（1）數(shù)據(jù)加載過(guò)程。數(shù)據(jù)的接收過(guò)程可以定義3個(gè)狀態(tài)：空閑“idle”狀態(tài)、接收“receive”和接收完成“receive_over”。UART內(nèi)核模塊在復(fù)位后進(jìn)入空閑狀態(tài)。如果信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)到數(shù)據(jù)傳輸，即new_data=‘1’，UART內(nèi)核檢測(cè)到此信號(hào)就會(huì)進(jìn)入接收狀態(tài)。

　　在UART進(jìn)入由空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)過(guò)程中，需要進(jìn)行一系列的接收預(yù)備操作，包括將子模塊復(fù)位、選擇移位寄存器串行輸入數(shù)據(jù)以及選擇移位寄存器的輸入時(shí)鐘等。進(jìn)入接收狀態(tài)后，波特率發(fā)生器開(kāi)始工作，其輸出波特率時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)移位寄存器同步的存儲(chǔ)RS232接收端口上的數(shù)據(jù)，并且其提示信號(hào)“indicator”驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)接收完成，計(jì)數(shù)器也達(dá)到了其計(jì)數(shù)的上閾，此時(shí)overflow=‘1’，通知UART內(nèi)核進(jìn)入接收狀態(tài)。UART內(nèi)核進(jìn)入接收完成狀態(tài)的同時(shí)，會(huì)檢奇偶校驗(yàn)的結(jié)果，同時(shí)使得子模塊使能信號(hào)無(wú)效，以停止各個(gè)子模塊。

　　UART內(nèi)核的接收完成狀態(tài)僅保持1個(gè)時(shí)鐘周期，設(shè)置這個(gè)狀態(tài)的作用是借用一個(gè)時(shí)鐘周期復(fù)位信號(hào)檢測(cè)器，準(zhǔn)備接收下次數(shù)據(jù)傳輸。

　　檢測(cè)器，準(zhǔn)備接收下次數(shù)據(jù)傳輸。

　?。?）數(shù)據(jù)加載和發(fā)送過(guò)程。數(shù)據(jù)加載和發(fā)送的過(guò)程都是為發(fā)送數(shù)據(jù)而設(shè)定的，所以將它們放在一起進(jìn)行介紹，可以用4個(gè)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的過(guò)程，即空閑、加載、發(fā)送和發(fā)送完成。其中的空閑狀態(tài)是UART內(nèi)核復(fù)位后的空閑狀態(tài)，與上面介紹的數(shù)據(jù)接收過(guò)程的空閑狀態(tài)一致。數(shù)據(jù)加載過(guò)程在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程之前進(jìn)行。

　　UART內(nèi)核復(fù)位后進(jìn)入空閑狀態(tài)，當(dāng)探測(cè)到發(fā)送控制信號(hào)有效時(shí)，即send=‘1’，便會(huì)進(jìn)入加載狀態(tài)開(kāi)始數(shù)據(jù)加載。在進(jìn)入加載狀態(tài)的同時(shí)，UART內(nèi)核會(huì)將移位寄存器、計(jì)數(shù)器復(fù)位，并且通過(guò)選擇信號(hào)使得移位寄存器的輸入為發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器模塊產(chǎn)生的串行數(shù)據(jù)序列，使得移位寄存器和計(jì)數(shù)器的工作時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘。

　　進(jìn)入加載狀態(tài)后，在UART內(nèi)核控制下，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器模塊會(huì)將完整的待發(fā)送序列加載到移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，發(fā)送的序列是和系統(tǒng)時(shí)鐘同步的，移位寄存器在系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下不斷讀入輸入端數(shù)據(jù)并保存在內(nèi)部寄存器內(nèi)。在移位寄存器加載數(shù)據(jù)的同時(shí)，計(jì)數(shù)器也在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于都是工作在系統(tǒng)時(shí)鐘下，所以當(dāng)所有數(shù)據(jù)被加載時(shí)，計(jì)數(shù)器也達(dá)到了計(jì)數(shù)的上閾（即串行數(shù)據(jù)的總量），此時(shí)overflow=‘1’，通知UART內(nèi)核進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。UART內(nèi)核進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)的同時(shí)會(huì)改變幾個(gè)選擇信號(hào)，比如將移位寄存器的時(shí)鐘設(shè)為波特率時(shí)鐘，將計(jì)數(shù)器時(shí)鐘設(shè)為波特率的提示信號(hào)，最重要的是將輸出信號(hào)送到RS232的發(fā)送端口TxD上。發(fā)送的過(guò)程和接收類(lèi)似，移位寄存器在波特率時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)串行的發(fā)送出去，同時(shí)計(jì)數(shù)器在波特率發(fā)生器的提示信號(hào)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行計(jì)數(shù)。

　　UART內(nèi)核在計(jì)數(shù)器到達(dá)計(jì)數(shù)上閾后便進(jìn)入發(fā)送完成模式，并且輸出發(fā)送完成信號(hào)。