LPC总线接口UART控制器FPGA实现

论文摘要

随着微电子技术的快速发展,电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展;人们在要求设备性能不断提升的同时,还要求设备功耗低、体积小、重量轻、可靠性高。同样在我军武器装备的研制过程中,也对各武器装备都提出了新的要求,特别是针对单兵配备的便携设备,对体积、功耗、扩展性的要求更是严格。在某手持式设备的开发项目中,需要设计一块接口板,要求实现高达8个串行口扩展以及能源管理和数字输入输出接口等功能,该接口板与处理器模块的连接总线采用LPC总线,整个手持设备除了对功能有基本的要求以外,对体积及功耗都提出了极高的要求。针对项目的具体设计要求,经过与传统设计方法的比较,我们决定采用FPGA来实现LPC接口及UART控制器功能。论文的主要目标是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的实现。对于各模块中的关键的功能部分,文中对其实现都进行了详细的说明。整个设计全部采用硬件描述语言(HDL)实现,并且采用了分模块的设计风格,具有很好的重用性。为了在硬件平台上验证设计,还实做了FPGA验证平台,并用C语言编写了测试程序。经过验证,该方案完全实现了接口板的功能要求,并且满足体积和功耗上的要求,取得了良好的效果。论文通过采用FPGA作为电路设计的核心,以一种新的数字电路设计方法实现电路功能;旨在通过这种方式,不断提高设备的性能并拓展设计者思想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 该研究领域现状
• 1.3 论文综述
• 1.4 小结
• 第二章 研究方法及平台
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 接口板要求
• 2.1.2 接口板硬件方案
• 2.1.3 研究具体方案
• 2.2 开发平台
• 2.2.1 软件平台
• 2.2.2 硬件平台
• 2.3 FPGA 设计整体规划及流程
• 2.3.1 FPGA 功能模块
• 2.3.2 FPGA 设计流程
• 2.4 小结
• 第三章 LPC 接口设计
• 3.1 简介
• 3.2 LPC 规范介绍
• 3.2.1 LPC 信号定义
• 3.2.2 LPC 总线操作Cycle
• 3.2.3 I/O 传输协议
• 3.2.4 串行IRQ
• 3.3 LPC 接口模块详细设计
• 3.3.1 LPC 总线IO 读写状态转换
• 3.3.2 LPC 总线IO 模块RTL 描述
• 3.3.3 LPC 接口时序描述
• 3.4 小结
• 第四章 UART 控制器的设计
• 4.1 简介
• 4.2 16550 异步通信控制器介绍
• 4.2.1 16550 内部寄存器定义
• 4.2.2 16550 外部接口信号
• 4.2.3 16550 内部结构框图
• 4.3 UART 模块详细设计
• 4.3.1 总线接口单元
• 4.3.2 发送和接收FIFO
• 4.3.3 串行数据发送单元
• 4.3.4 串行数据接收单元
• 4.3.5 寄存器及控制逻辑
• 4.4 UART 控制器的测试基准
• 4.5 小结
• 第五章 硬件实现及测试
• 5.1 简介
• 5.2 实现结果
• 5.2.1 运行频率
• 5.2.2 资源占用
• 5.2.3 功耗评估及比较
• 5.3 测试验证
• 5.3.1 自编测试程序测试
• 5.3.2 LapLink 测试程序测试
• 5.4 存在的遗留问题
• 5.4.1 UART 控制FIFO 一直有效
• 5.4.2 本测试平台实现后功耗较大
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 UART 模块 Testbench 的测试代码
• 附录2 UART 测试C 语言程序代码