嵌入式UART接口模塊的設計

圖7　發送數據緩沖器仿真波形圖

　　由波形圖可知，發送數據緩沖器在復位后，在輸入的計數值si_count為0時，send_si輸出起始位‘0’。在輸入的計數值si_count為1～8時，send_si分別輸出send_bus上相應的數據位。在輸入的計數值si_count為9時，send_si輸出停止位‘1’。

　　2.6　UART內核模塊

　　UART內核模塊是整個設計的核心。在數據接收時，UART內核模塊負責控制波特率發生器和移位寄存器，使得移位寄存器在波特率時鐘的驅動下同步地接收并且保存RS232接收端口上的數據。在數據發送時，UART內核模塊首先根據待發送數據產生完整的發送數據序列（包括起始位、數據位和停止位），之后控制移位寄存器將序列加載到移位寄存器的內部寄存器里，最后再控制波特率發生器驅動移位寄存器將數據串行輸出。UART內核模塊的主要功能是控制數據接收、數據加載和數據發送的過程，這可以用狀態機來實現，其狀態圖如圖8所示。

圖8　UART內核狀態轉移圖

　　（1）數據加載過程。數據的接收過程可以定義3個狀態：空閑“idle”狀態、接收“receive”和接收完成“receive_over”。UART內核模塊在復位后進入空閑狀態。如果信號檢測器檢測到數據傳輸，即new_data=‘1’，UART內核檢測到此信號就會進入接收狀態。

　　在UART進入由空閑狀態轉為接收狀態過程中，需要進行一系列的接收預備操作，包括將子模塊復位、選擇移位寄存器串行輸入數據以及選擇移位寄存器的輸入時鐘等。進入接收狀態后，波特率發生器開始工作，其輸出波特率時鐘驅動移位寄存器同步的存儲RS232接收端口上的數據，并且其提示信號“indicator”驅動計數器進行計數。當所有數據接收完成，計數器也達到了其計數的上閾，此時overflow=‘1’，通知UART內核進入接收狀態。UART內核進入接收完成狀態的同時，會檢奇偶校驗的結果，同時使得子模塊使能信號無效，以停止各個子模塊。

　　UART內核的接收完成狀態僅保持1個時鐘周期，設置這個狀態的作用是借用一個時鐘周期復位信號檢測器，準備接收下次數據傳輸。

　　檢測器，準備接收下次數據傳輸。

　　（2）數據加載和發送過程。數據加載和發送的過程都是為發送數據而設定的，所以將它們放在一起進行介紹，可以用4個狀態來實現上述的過程，即空閑、加載、發送和發送完成。其中的空閑狀態是UART內核復位后的空閑狀態，與上面介紹的數據接收過程的空閑狀態一致。數據加載過程在數據發送過程之前進行。

　　UART內核復位后進入空閑狀態，當探測到發送控制信號有效時，即send=‘1’，便會進入加載狀態開始數據加載。在進入加載狀態的同時，UART內核會將移位寄存器、計數器復位，并且通過選擇信號使得移位寄存器的輸入為發送數據緩沖器模塊產生的串行數據序列，使得移位寄存器和計數器的工作時鐘為系統時鐘。

　　進入加載狀態后，在UART內核控制下，發送數據緩沖器模塊會將完整的待發送序列加載到移位寄存器的數據輸入端，發送的序列是和系統時鐘同步的，移位寄存器在系統時鐘的驅動下不斷讀入輸入端數據并保存在內部寄存器內。在移位寄存器加載數據的同時，計數器也在時鐘的驅動下進行計數，由于都是工作在系統時鐘下，所以當所有數據被加載時，計數器也達到了計數的上閾（即串行數據的總量），此時overflow=‘1’，通知UART內核進入發送狀態。UART內核進入發送狀態的同時會改變幾個選擇信號，比如將移位寄存器的時鐘設為波特率時鐘，將計數器時鐘設為波特率的提示信號，最重要的是將輸出信號送到RS232的發送端口TxD上。發送的過程和接收類似，移位寄存器在波特率時鐘的驅動下內部寄存器的數據串行的發送出去，同時計數器在波特率發生器的提示信號驅動下進行計數。

　　UART內核在計數器到達計數上閾后便進入發送完成模式，并且輸出發送完成信號。