基于Nios II的UART與PC間的數(shù)據(jù)通信

　　接收寄存器Rxdata保存接收到的數(shù)據(jù)。新字符由RXD輸入，完全接收后狀態(tài)寄存器的接收準備好RRDY位置1。當從接收數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)后，狀態(tài)寄存器RRDY位清零。若RRDY位為1時，又有字符輸入，則發(fā)生溢出錯誤，狀態(tài)寄存器的接收溢出錯誤ROE位置1。不管前一個字符是否被讀出，新字符總是傳到接收數(shù)據(jù)寄存器。

　　發(fā)送寄存器Txdata上的字符數(shù)據(jù)由Avalon主控制器發(fā)送，當將字符寫入發(fā)送寄存器時，發(fā)送準備好TRDY位為0;當將字符從發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器傳輸?shù)桨l(fā)送移位寄存器時，TRDY位置1。如果在TRDY位為0時將字符寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，結(jié)果是未知的。

　　狀態(tài)寄存器Status的狀態(tài)位反映UART內(nèi)核狀態(tài)情況。每個狀態(tài)位與控制寄存器中的對應中斷使能位相聯(lián)系。狀態(tài)寄存器可以在任何時候讀取。

　　控制寄存器Control由控制UART內(nèi)核操作的控制位組成，控制寄存器的每一位使能狀態(tài)寄存器中對應位的中斷。當狀態(tài)位及其對應的中斷使能位為1時，UART內(nèi)核產(chǎn)生一個中斷。

　　除數(shù)寄存器Divisor的值用于生成波特率時鐘。

　　數(shù)據(jù)包結(jié)束字符Endofpacket由數(shù)據(jù)包結(jié)束符寄存其的值確定，以便可變長度的DMA傳輸。

　　UART內(nèi)核的寄存器映射表如表1所列。

　　2 串行異步通信軟件的實現(xiàn)

　　為了適應系統(tǒng)不同類型的需要，UART驅(qū)動程序提供兩種方式：快速型和一般型。快速型驅(qū)動程序采用中斷驅(qū)動方式，在設備不準備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時它允許處理器執(zhí)行其他任務。由于UART數(shù)據(jù)率相對于處理器的速率較慢，快速驅(qū)動程序可以提供系統(tǒng)的處理性能。一般型驅(qū)動程序采用查詢執(zhí)行方式，它在發(fā)送和接收每個字符前等待UART硬件的指示。

　　對于Nios II處理器用戶來說，Altera提供硬件抽象層HAL系統(tǒng)庫驅(qū)動程序，HAL系統(tǒng)庫API函數(shù)為Nios II處理器用戶提供訪問UART內(nèi)核的完整特性。程序設計所涉及到的API函數(shù)如下：

　　(1) alt_avalon_uart_init

　　定義：void alt_avalon_uart_init(alt_avalon_uart_dev*dev，void*base，alt_u32 irq)

　　功能：用于初始化UART設備

　　(2) alt_avalon_uart_ioctl

　　定義：int alt_avalon_uart_ioctl(alt_fd*fd，int req，void*arg)

　　功能：處理基于HAL的程序請求設備指定的操作

　　(3) alr_avalon_uart_irq

　　定義：static void alt_avalon_uart_irq(void*context，alt_u32 id)

　　功能：處理UART的中斷操作

　　(4) alt_avalon_uart_read

　　定義：int alt_avalon uart_read(alt_fd*fd，char*ptr，int len)

　　功能：從UART中讀取數(shù)據(jù)

　　(5) alt_avalon_uart_write

　　定義：int alt_avalon_uart_write(alt fd*fd，const char*ptr，int len)

　　功能：寫一組數(shù)據(jù)到UART

　　以上幾個函數(shù)完全可以滿足UART與PC之間的數(shù)據(jù)通信，需要注意的是如果一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)過長，必須重新設置ALT_AVALON_UART_BUF_LEN的值，以保證傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性。如果此值過小，則在傳輸過程中可能會造成數(shù)據(jù)的丟失。在設置輸出終端時必須指定COM1/COM2端口，建立UART與PC之間的數(shù)據(jù)通路，用來接收從UART中發(fā)出的數(shù)據(jù)，同時通過這些端口從PC中發(fā)出數(shù)據(jù)到UART中。

　　本文所述的UART是基于Altera公司的一款主流低成本的FPGA，除了具有FPGA的優(yōu)勢之外，還因為其CPU本身是以軟核的方式實現(xiàn)的，所以整個系統(tǒng)的功能可以根據(jù)需要進行功能定制，非常靈活。