基于FPGA 的UART 串行通信参数自适应设计与实现

杨 洋，和 蕾，王 旭，钱祥利，陈 飞，李 静

（山东管理学院智能工程学院，山东济南 250357）

通用异步收发传输（Universal Asynchronous Rece iver/Transmitter，UART)遵循串行通信协议标准[1]，以其通信线路简单、信息传输稳定等特点，被广泛应用于各种微处理器与嵌入式系统，并作为标准外设之一。

1 通信参数自动配置设计方案

UART 采用异步全双工通信模式，由于没有专用时钟信息线，因此数据发送方与接收方必须采用相同的传输速率，称之为波特率，常用波特率有4 800 bps、9600 bps、19200bps、38 400bps、43000 bps、56 000 bps、57 600 bps、115 200 bps 等。UART 数据传输链路以数据帧为基本单元，如图1 所示，一帧数据包括起始位、数据位、校验位与停止位，其中数据位长度为5～8 bit，校验模式可选奇校验或偶校验，并可以选择是否采用校验位，停止位长度可选1 bit、1.5 bit、2 bit，采用何种数据格式将视当前UART 链路传输要求而定。

图1 UART串行异步通信数据格式

UART 通信链路的建立要求发送设备与接收设备具有一致的波特率与数据格式，否则会导致通信失败。为了使接收设备能够适应来自各种不同波特率发送设备的通信链路，而无需事先建立波特率，很多MCU 或嵌入式处理器在硬件或软件层面集成了自动波特率检测功能[2-4]，能够自动检测到主设备的波特率并进行配置，达到自适应的目的。但是传统的方法仅局限于波特率的自适应检测，尚不能对数据格式进行自动配置，当串行通信链路数据格式变更时，就无法自动建立通信链路。为了改变现有技术存在的弊端，使UART 串行通信自适应的方法拥有更强的实用性，文中提出了串行通信参数自适应的概念，介绍了一种可靠的实现串行通信波特率、数据格式自动配置的方法，并基于Xilinx Artix-7 FPGA实现了UART 接口的模块化设计与仿真验证。……