icore3_fpga_15
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icore3_fpga_15 [2020/03/03 19:13] zgf [实验三十四：基于UART的ARM和FPGA通信实验] |
icore3_fpga_15 [2022/03/18 15:43] (当前版本) sean |
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| |技术支持电话|**0379-69926675-801**||| | |技术支持电话|**0379-69926675-801**||| | ||
| |技术支持邮件|Gingko@vip.163.com||| | |技术支持邮件|Gingko@vip.163.com||| | ||
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| ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ||
| | V1.0 | 2020-03-03 | gingko | 初次建立 | | | V1.0 | 2020-03-03 | gingko | 初次建立 | | ||
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| - | ===== 实验三十四：基于UART的ARM和FPGA通信实验 ===== | + | ===== 实验十五：基于UART的ARM和FPGA通信实验 ===== |
| ==== 一、实验目的与意义 ==== | ==== 一、实验目的与意义 ==== | ||
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| ==== 二、实验设备及平台 ==== | ==== 二、实验设备及平台 ==== | ||
| - | - iCore3 双核心板（ FPGA型号为EP4CE10F17，ARM型号为STM32F407IGT6）。 | + | - iCore3 双核心板（ FPGA型号为EP4CE10F17，ARM型号为STM32F407IGT6）。[[https://item.taobao.com/item.htm?id=524229438677|点击购买]] |
| - | - Blaster（或相同功能的）仿真器。 | + | - Blaster（或相同功能的）仿真器。[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]] |
| - Micro USB线缆。 | - Micro USB线缆。 | ||
| - QuartusII开发软件（本实验中使用的是13.1版本）。 | - QuartusII开发软件（本实验中使用的是13.1版本）。 | ||
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| * 本实验是基于ARM和FPGA的，STM32F407本身带有USART外设。FPGA通过模拟USART的时序建立USART模块。对外提供的RXD和TXD接口与STM32 的TXD、RXD串口I/O相连接，实现和STM32F407的串口通信功能。STM32同时与Commix串口精灵连接，从而实现三者之间的数据传递。 | * 本实验是基于ARM和FPGA的，STM32F407本身带有USART外设。FPGA通过模拟USART的时序建立USART模块。对外提供的RXD和TXD接口与STM32 的TXD、RXD串口I/O相连接，实现和STM32F407的串口通信功能。STM32同时与Commix串口精灵连接，从而实现三者之间的数据传递。 | ||
| * 本实验中，Commix串口精灵向STM32发送数据，STM32的RXD端口接收数据，然后通过和FPGA相连的TXD端口把数据发送至FPGA，STM32起到一个桥梁的作用。程序运行后，FPGA定时向STM32发送数据， STM32再将数据发送至Commix串口精灵。下图是本实验系统框图： | * 本实验中，Commix串口精灵向STM32发送数据，STM32的RXD端口接收数据，然后通过和FPGA相连的TXD端口把数据发送至FPGA，STM32起到一个桥梁的作用。程序运行后，FPGA定时向STM32发送数据， STM32再将数据发送至Commix串口精灵。下图是本实验系统框图： | ||
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| * UART作为串行传输总线，通过RX、TX双线连接ARM和FPGA。ARM只需配置好USART外设，实现串行传输功能即可；而FPGA本身不具有串行通信外设，需要模拟UART的接收和发送时序实现和ARM的串口通信功能。本实验主要讲解如何通过对串口传输时序的理解，用逻辑语言在FPGA上实现串口功能。 | * UART作为串行传输总线，通过RX、TX双线连接ARM和FPGA。ARM只需配置好USART外设，实现串行传输功能即可；而FPGA本身不具有串行通信外设，需要模拟UART的接收和发送时序实现和ARM的串口通信功能。本实验主要讲解如何通过对串口传输时序的理解，用逻辑语言在FPGA上实现串口功能。 | ||
| * 以8位字长的串口发送数据帧为例，下图是是传输时序图，从图中可以看到，初始状态时，传输线上为高电平，在持续一个波特的低电平之后，是发送的有效数据。之后是至少一个波特高电平的停止位。 | * 以8位字长的串口发送数据帧为例，下图是是传输时序图，从图中可以看到，初始状态时，传输线上为高电平，在持续一个波特的低电平之后，是发送的有效数据。之后是至少一个波特高电平的停止位。 | ||
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| * 由时序图得知，对于FPGA来说，在RX端口，可以通过启动位的电平判断有无数据传输进行。如果检测到RX端口有低电平，表示有串口数据传输过来，而低电平持续一个波特之后的数据才是传输的有效数据。FPGA可以采集一个波特率低电平之后的值，从而实现数据的接受。同理，如果FPGA要发送数据，则首先要拉低一个波特的低电平，之后开始传输数据。 | * 由时序图得知，对于FPGA来说，在RX端口，可以通过启动位的电平判断有无数据传输进行。如果检测到RX端口有低电平，表示有串口数据传输过来，而低电平持续一个波特之后的数据才是传输的有效数据。FPGA可以采集一个波特率低电平之后的值，从而实现数据的接受。同理，如果FPGA要发送数据，则首先要拉低一个波特的低电平，之后开始传输数据。 | ||
| * 这里有一个奇偶校验位，这是一种简单的检错方式。串口通过校验位判断是否通信收到干扰或者传输数据是否同步。加入传输说句是1001，对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数。如果是奇校验，校验位为1，保证逻辑高位数为奇数。当然，也可以不设置校验位。 | * 这里有一个奇偶校验位，这是一种简单的检错方式。串口通过校验位判断是否通信收到干扰或者传输数据是否同步。加入传输说句是1001，对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数。如果是奇校验，校验位为1，保证逻辑高位数为奇数。当然，也可以不设置校验位。 | ||
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| * 知道了发送流程，那么接收流程也就清楚了。检测接收端口电平，如果出现低电平，开始计数，计满2604个时钟周期之后，将持续接收的八位二进制数据保存，即为接收数据。这里要注意，时钟的上升沿要保持在数据稳定的区间，以保证接收数据的准确性。 | * 知道了发送流程，那么接收流程也就清楚了。检测接收端口电平，如果出现低电平，开始计数，计满2604个时钟周期之后，将持续接收的八位二进制数据保存，即为接收数据。这里要注意，时钟的上升沿要保持在数据稳定的区间，以保证接收数据的准确性。 | ||
| ==== 四、代码讲解 ==== | ==== 四、代码讲解 ==== | ||
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| * 明白串口传输的收发过程之后，就可以通过代码实现了。首先，接收和发送可以划分成独立的两个模块。其次，串口波特率有9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等不同的波特率。那么，还要加一个波特率控制模块。 | * 明白串口传输的收发过程之后，就可以通过代码实现了。首先，接收和发送可以划分成独立的两个模块。其次，串口波特率有9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等不同的波特率。那么，还要加一个波特率控制模块。 | ||
| * 先讲一下波特率控制模块，这个模块本质上是对系统时钟做分频处理。通过计数，将25MHz的系统时钟分频成9600Hz、19200Hz等的周期信号。部分代码如下： | * 先讲一下波特率控制模块，这个模块本质上是对系统时钟做分频处理。通过计数，将25MHz的系统时钟分频成9600Hz、19200Hz等的周期信号。部分代码如下： | ||
| 行 157: | 行 154: | ||
| * 3）将跳线帽插在USB UART; | * 3）将跳线帽插在USB UART; | ||
| * 4）把iCore3（USB_UART）通过Micro USB线与计算机连接，为iCore3供电； | * 4）把iCore3（USB_UART）通过Micro USB线与计算机连接，为iCore3供电； | ||
| - | * 5）打开Commix串口精灵，找到对应的对口打开； | + | * 5）打开Commix串口精灵，找到对应的端口打开； |
| * 6）打开Quartus II开发环境，并打开实验工程； | * 6）打开Quartus II开发环境，并打开实验工程； | ||
| * 7）烧写FPGA程序到iCore3上； | * 7）烧写FPGA程序到iCore3上； | ||
icore3_fpga_15.1583233996.txt.gz · 最后更改: 2020/03/03 19:13 由 zgf
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