通用異步串行接口的VHDL實用化設計

3.5 同步FIFO的設計

設計中根據收發模塊對狀態標志要求的不同，分別進行同步FIFO的設計以節約邏輯資源。其中，發送模塊的FIFO只需要全空/全滿標志，采用地址相等不相等的比較邏輯和地址繞回指示位來產生。具體過程為：地址隨著相應的操作遞增，寫指針由內存的最后位置返回到初始位置時將地址繞回指示位置1，讀指針返回時則置0。因此，當讀寫指針地址相同時，若地址繞回指示位為0，則讀寫指針經歷了相同次數的循環移動， FIFO處于空狀態(圖4a);若地址繞回指示位為1，則寫指針比讀指針多循環一次，FIFO處于滿狀態。

接收模塊需要在FIFO中數據量達到一個設定的數值時產生一個中斷，由于設定的數值是任意的，這樣空/滿標記的產生必須使用減法器，消耗的邏輯資源稍大。綜合后的邏輯資源使用情況也說明了這點。

3.6 鎖存器的使用

使電路復雜化的常見原因之一是設計中存在許多不必要的鎖存器，使得電路復雜，工作速度降低，系統可靠性變差。綜合時應該仔細檢查是否合理使用了鎖存器。由于UART接口的功能特點，設計中共使用了4個鎖存器，用來鎖存A(2:0)和CSn信號。當UART和CPU總線處在同一個芯片中時，這些鎖存器可以用寄存器取代。

4 綜合結果

整個設計以VHDL語言來實現。在SYNOPSYS Design Compiler中使用LSI_10K庫，設定系統工作頻率為25MHz，其他使用預定的選項，綜合后最大路徑延時為10.66ns，預期工作頻率大于90MHz。資源使用情況如表1所示。

在XC2V1000-6芯片中，以Synplify為綜合工具，則使用了188個寄存器，占用了1%的邏輯資源。最大路徑延遲預期9.043ns，預期工作頻率110MHz。

5 仿真與驗證

設計中對UART各模塊分別撰寫了相應的測試程序，驗證了各模塊的正確性。然后把這些模塊裝配在一起，在系統級上再進行了接收、發送和中斷功能的門級驗證。這種模塊化分層次的驗證過程在調試中有效地縮小了查找錯誤的范圍，提高了調試效率并保證了代碼的健壯性。

6 結束語

穩定性和低功耗是嵌入式通信系統的重要設計目標。實現需要的功能有時并不困難，難的是提高系統穩定性和有效降低功耗。時鐘的規劃和亞穩態的處理與這兩個目標有著非常密切的關系，是實用化設計關注的重點之一。通過穩定性、功耗與資源等方面的綜合考慮，該設計在所實現的軟件無線電硬件平臺上得到了成功應用，達到了實用化設計的目標。