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通用异步串行接口的VHDL实用化设计
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2009-09-02
王树林
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通用异步串行接口（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）
在通信、控制等领域得到了广泛应用。根据UART 接口特点和应用需求，以提
高VHDL 设计的稳定性和降低功耗为目标，本文讨论了UART 接口中时钟域划
分、时钟分频、亚稳态、同步FIFO 设计等问题和解决方案。
关键词：通用异步串行接口 VHDL 亚稳态 现场可编程逻辑阵列
FPGA 从实现粘合逻辑逐步发展成为设计平台的核心，在电子、通信以及航
空航天等领域得到了广泛应用。本人最近实现的中频软件无线电硬件平台，就以
FPGA 为核心，实现上变频、下变频等中频数字信号处理，并且构成A/D/A、DSP
和ARM 模块之间的通信中心。这种以FPGA 为核心的架构使得硬件平台结构灵
活，具有可重构性，为软件无线电的各种算法分配方案提供了有力支撑。
除了和 TMS320C6416 之间的数据流采用EMIF 接口外，FPGA 的其它接口
均采用UART。为了软件开发和移植的便利，UART 设计要做到兼容ST16C550
的功能。稳定可靠则是作为软件无线电硬件平台关键接口的基本要求。考虑到嵌
入式系统的特点，在设计中应尽量降低功耗。本文围绕这些目标，介绍了在UART
实用化设计中所遇到的一些重要问题、解决方案以及最终结果。
在通信、控制等领域得到了广泛应用。根据UART 接口特点和应用需求，以提
高VHDL 设计的稳定性和降低功耗为目标，本文讨论了UART 接口中时钟域划
分、时钟分频、亚稳态、同步FIFO 设计等问题和解决方案。
关键词：通用异步串行接口 VHDL 亚稳态 现场可编程逻辑阵列
FPGA 从实现粘合逻辑逐步发展成为设计平台的核心，在电子、通信以及航
空航天等领域得到了广泛应用。本人最近实现的中频软件无线电硬件平台，就以
FPGA 为核心，实现上变频、下变频等中频数字信号处理，并且构成A/D/A、DSP
和ARM 模块之间的通信中心。这种以FPGA 为核心的架构使得硬件平台结构灵
活，具有可重构性，为软件无线电的各种算法分配方案提供了有力支撑。
除了和 TMS320C6416 之间的数据流采用EMIF 接口外，FPGA 的其它接口
均采用UART。为了软件开发和移植的便利，UART 设计要做到兼容ST16C550
的功能。稳定可靠则是作为软件无线电硬件平台关键接口的基本要求。考虑到嵌
入式系统的特点，在设计中应尽量降低功耗。本文围绕这些目标，介绍了在UART
实用化设计中所遇到的一些重要问题、解决方案以及最终结果。
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