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低速接口项目之串口Uart开发(二)——FIFO实现串口数据的收发回环测试

article 2024/11/26 19:24:23

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本节目录

一、设计思路
二、loop环回模块
三、仿真模块
四、仿真验证
五、上板验证
六、往期文章链接

本节内容

一、设计思路

串口数据的收发回环测试，最简单的硬件测试是把Tx和Rx连接在一起，然后上位机进行发送和接收测试，但是需要考虑到串口数据的缓存，通常软件驱动侧也会实现串口接收数据的缓存，或者通过一个环形buffer进行串口接收数据的处理。
当然，若PC端串口只发送一个字节，FPGA内部可以直接将数据回环发送至PC。显然应用时候不可能如此，因此在FPGA内部需要预留一定的缓存，常用的设计思路通过FIFO将接收的数据缓存处理。在FPGA发送串口数据的时候，也需要给PC端串口留一定的处理时间，否则可能会发送因发送过快，导致上位机串口无法响应。
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串口接收模块，用来接收上位机发送的数据；串口发送模块，用于将数据发回上位机；数据环回，负责把从串口接收模块接收到的数据送给串口发送模块，以实现串口数据的环回。
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仿真模块，用于模拟上位机实现PC串口数据发送和PC串口接收FPGA的回环数据。通过仿真比对，PC发送的数据和接收的数据是否一致，从而判断数据的正确性。
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二、loop环回模块

串口loop环回模块，主要是通过一个FIFO缓存串口接收的数据，在将FIFO中的数据一个一个字节发送。
采用uart_rx模块的数据有效作为FIFO的写入控制，每个字节有效时候，写入FIFO。串口数据的发送，则以FIFO的非空标志作为启动，读取FIFO内的数据并通过uart_tx将数据发送出去。通过发送接收uart_tx_stop,控制tx_start,每发送一个字节后停止发送，检查FIFO的状态,从而实现FIFO的非空启动。
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三、仿真模块

宏定义`define SIM的方式，将工程中的uart的时钟与复位信号，引入至仿真模块，此处设计的好处，保证仿真uart和工程模块中的uart所使用的逻辑功能在一个时钟域下。
需要注意的是：编译的时候需要把仿真宏定义注释掉。
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采样task任务封装实现串口数据帧的发送，当然开发者也可以自定义业务的帧头帧尾以及帧内容。
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四、仿真验证
仿真中sim_uart_tx模拟上位机的发送数据,sim_uart_rx模拟上位机的接收数据，在仿真模块中frame task产生固定的串口帧格式发送数据：
帧头为a1b2c3d4
中间数据32’h80002000,32’h000000001,32’h000000001
帧尾为a6b7c8d9
从仿真中可以看出来，第一帧的数据与输入的测试激励一致。
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仿真中sim_uart_tx模拟上位机的发送数据，图中可以sim_uart_tx的字节a1比uart_rx的字节a1更早，并且两种的数值一致。
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仿真中sim_uart_rx模拟上位机的接收数据，图中可以uart_tx的字节a1比sim_uart_rx的字节a1更早，并且两种的数值一致。
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五、上板验证

上板验证，采用的是正点原子的7020开发板，自定义GPIO作为串口的收发pin，通过CH340的模块与PC的usb端口相连，上位机软件进行串口数据的发送与接收。
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六、往期文章链接

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