一种基于FPGA的通用异步收发传输器以及片上系统技术方案

本申请公开了一种基于FPGA的通用异步收发传输器以及片上系统，该通用异步收发传输器基于FPGA逻辑资源实现，并连接微控制单元与外部设备，该通用异步收发传输器包括：系统总线接口，连接微控制单元的系统总线，用于建立与微控制单元之间的通信连接；多个外设UART，分别连接对应的外部设备，用于建立与对应的外部设备之间的通信连接；控制器，连接系统总线接口和多个外设UART，用于根据系统总线接口从微控制单元接收的地址对相应的外设UART进行控制。通过上述方式，实现了MCU对UART的动态调整和管理，增加了MCU的扩展性和通用性，降低了设计复杂度。

A general asynchronous transceiver and system on chip based on FPGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的通用异步收发传输器以及片上系统
本申请涉及片上系统
，特别是涉及一种基于FPGA的通用异步收发传输器以及片上系统。
技术介绍
UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收，在嵌入式设计中，常用作主设备与从设备之间的串行通信。但是，现有的UART动态调整难度较大，设计人员很难对其功能和数量进行扩展。
技术实现思路
为解决上述问题，本申请提供了一种基于FPGA的通用异步收发传输器以及片上系统，能够实现MCU对UART的动态调整和管理，增加了MCU的扩展性和通用性，降低了设计复杂度。本申请采用的一个技术方案是：提供一种基于FPGA的通用异步收发传输器，该通用异步收发传输器基于FPGA逻辑资源实现，并连接微控制单元与外部设备，该通用异步收发传输器包括：系统总线接口，连接微控制单元的系统总线，用于建立与微控制单元之间的通信连接；多个外设UART，分别连接对应的外部设备，用于建立与对应的外部设备之间的通信连接；控制器，连接系统总线接口和多个外设UART，用于根据系统总线接口从微控制单元接收的地址对相应的外设UART进行控制。其中，该系统总线接口包括：地址译码器，连接系统总线和多个外设UART，并将微控制单元通过系统总线发送的外设地址信号映射成对应的外设UART的寄存器地址信号，进一步发送至对应的外设UART；多路选择器，连接系统总线和多个外设UART，并根据微控制单元通过系统总线发送的片选信号，在系统总线与片选信号所选中的外设UART之间建立连接，以进行数据信号的传输。其中，该控制器包括控制模块和多组功能寄存器，每一外设UART分别连接一组功能寄存器，寄存器地址信号至少包括功能寄存器地址，控制模块用于根据功能寄存器地址对功能寄存器进行操作，外设UART基于所连接的功能寄存器实现与对应的外部设备之间的数据通信。其中，每组功能寄存器分别包括数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器、中断状态寄存器以及波特率分频寄存器。其中，该外设UART包括：控制接口，连接控制器；缓冲器，连接控制接口，用于实现数据的接收和发送；外设接口，连接缓冲器和对应的外部设备，用于实现与外部设备之间的数据接收和数据发送。其中，该缓冲器包括：写缓冲区，连接控制接口；第一移位寄存器，连接写缓冲区和外设接口；读缓冲区，连接控制接口；第二移位寄存器，连接读缓冲区和外设接口。其中，该缓冲器还包括：波特率产生器，连接控制接口，用于从控制接口接收的时钟信号中转换出波特率时钟频率；模式选择器，连接波特率产生器、写缓冲区/读缓冲区、第一移位寄存器/第二移位寄存器，用于利用波特率时钟频率对接收或发送的数据信号进行调制或解调，以实现高速发送模式或高速接收模式。其中，该外设接口包括：发送端口，连接第一移位寄存器；接收端口，连接第二移位寄存器。其中，该控制接口包括：时钟端口和复位端口，连接系统总线；数据端口、状态端口、控制端口、中断状态端口和波特率分频端口，分别连接控制器中对应的功能寄存器。本申请采用的另一个技术方案是：提供一种片上系统，该片上系统包括：微控制单元；FPGA，连接微控制单元与外部设备；其中，基于FPGA的逻辑资源实现一通用异步收发传输器，通用异步收发传输器包括：系统总线接口，连接微控制单元的系统总线，用于建立与微控制单元之间的通信连接；多个外设UART，分别连接对应的外部设备，用于建立与对应的外部设备之间的通信连接；控制器，连接系统总线接口和多个外设UART，用于根据系统总线接口从微控制单元接收的地址对相应的外设UART进行控制。本申请提供的基于FPGA的通用异步收发传输器，该通用异步收发传输器基于FPGA逻辑资源实现，并连接微控制单元与外部设备，通用异步收发传输器包括：系统总线接口，连接微控制单元的系统总线，用于建立与微控制单元之间的通信连接；多个外设UART，分别连接对应的外部设备，用于建立与对应的外部设备之间的通信连接；控制器，连接系统总线接口和多个外设UART，用于根据系统总线接口从微控制单元接收的地址对相应的外设UART进行控制。通过上述方式，基于FPGA逻辑资源和可编程的特点，对通用异步收发传输器进行扩展，可动态的调节UART的数量和功能，提高了微控制单元对外部设备的管理和控制能力，增强了微控制单元的可扩展性和通用性，同时，还降低了UART的设计和应用复杂度。另外值得注意的是，本实施例中直接通过MCU来控制UART，其中没有通过其他的MCU外设间接控制(例如，无需采用FPGA实现SPI)，控制比较直观，代码复杂度低。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1是本申请提供的片上系统的结构示意图；图2是本申请提供的通用异步收发传输器的结构示意图；图3是本申请提供的系统总线接口的结构示意图；图4是本申请提供的外设UART的结构示意图；图5是本申请提供的控制器的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。参阅图1，图1是本申请提供的片上系统的结构示意图，该片上系统(SoC，System-on-a-chip)10包括微控制单元(MCU，MicrocontrollerUnit)11和现场可编程门阵列(FPGA，Field－ProgrammableGateArray)12，微控制单元11和现场可编程门阵列12通过微控制单元11的系统总线13连接。其中，在本实施例中，利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的通用异步收发传输器，其特征在于，所述通用异步收发传输器基于FPGA逻辑资源实现，并连接微控制单元与外部设备，所述通用异步收发传输器包括：/n系统总线接口，连接所述微控制单元的系统总线，用于建立与所述微控制单元之间的通信连接；/n多个外设UART，分别连接对应的外部设备，用于建立与对应的所述外部设备之间的通信连接；/n控制器，连接所述系统总线接口和所述多个外设UART，用于根据所述系统总线接口从所述微控制单元接收的地址对相应的所述外设UART进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的通用异步收发传输器，其特征在于，所述通用异步收发传输器基于FPGA逻辑资源实现，并连接微控制单元与外部设备，所述通用异步收发传输器包括：
系统总线接口，连接所述微控制单元的系统总线，用于建立与所述微控制单元之间的通信连接；
多个外设UART，分别连接对应的外部设备，用于建立与对应的所述外部设备之间的通信连接；
控制器，连接所述系统总线接口和所述多个外设UART，用于根据所述系统总线接口从所述微控制单元接收的地址对相应的所述外设UART进行控制。


2.根据权利要求1所述的通用异步收发传输器，其特征在于，
所述系统总线接口包括：
地址译码器，连接所述系统总线和所述多个外设UART，并将所述微控制单元通过所述系统总线发送的外设地址信号映射成对应的所述外设UART的寄存器地址信号，进一步发送至对应的所述外设UART；
多路选择器，连接所述系统总线和所述多个外设UART，并根据所述微控制单元通过所述系统总线发送的片选信号，在所述系统总线与所述片选信号所选中的所述外设UART之间建立连接，以进行数据信号的传输。


3.根据权利要求2所述的通用异步收发传输器，其特征在于，
所述控制器包括控制模块和多组功能寄存器，每一所述外设UART分别连接一组所述功能寄存器，所述寄存器地址信号至少包括功能寄存器地址，所述控制模块用于根据所述功能寄存器地址对所述功能寄存器进行操作，所述外设UART基于所连接的所述功能寄存器实现与对应的外部设备之间的数据通信。


4.根据权利要求2所述的通用异步收发传输器，其特征在于，
每组所述功能寄存器分别包括数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器、中断状态寄存器以及波特率分频寄存器。


5.根据权利要求1所述的通用异步收发传输器，其特征在于，
所述外设UART包括：
控制接口，连接所述控制器；
缓冲器，连接所述控制接口，用于实现数据的接收和发送；
外设接口，连接所述缓冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔明章，刘建华，刘锴，王铜铜，马得尧，贾瑞华，孙杰，
申请(专利权)人：广东高云半导体科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44