FPGA和单片机该如何选择

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#单片机 #fpga开发 #嵌入式硬件 #单片机和FPGA怎么选择

本文探讨了单片机和FPGA的区别及应用。单片机是集成微处理器、存储器和I/O接口的微型计算机，而FPGA是可重构的硬件，适用于定制化硬件加速任务。虽然单片机岗位更多且学习门槛较低，但FPGA具有更高的学习成本和专业领域应用。选择学习方向时，应考虑个人兴趣、资源投入和就业市场等因素。

既然我们要做选择，那么我们首先应该对单片机和FPGA进行一下了解。

什么是单片机？

单片机：在一片集成电路芯片上集成微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、I/O接口、定时器、中断系统等电路，从而构成了单芯片微型计算机，也就是单片机（single chip Microcomputer）也叫微控制器（MCU）。

什么是FPGA？

FPGA是一种可以重构电路的芯片，是一种硬件可重构的体系结构。它的英文全称是Field Programmable Gate Array，中文名是现场可编程门阵列。

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### FPGA 与单片机之间的 UART 通信实现方法 FPGA 和单片机之间的 UART 通信通常通过硬件接口设计和软件编程相结合的方式实现。在该通信中，FPGA 负责接收或发送数据，而单片机（如 STM32）则负责进一步的数据处理或与上位机交互。 #### 硬件连接方式 UART 通信采用两根信号线：`TXD`（发送端）和 `RXD`（接收端）。FPGA 的 UART 模块需要与单片机的 UART 接口进行交叉连接，即： - FPGA 的 `TXD` 引脚连接到单片机的 `RXD` 引脚。 - FPGA 的 `RXD` 引脚连接到单片机的 `TXD` 引脚。 此外，确保两者共地，以保证电平一致性和通信稳定性 [^2]。 #### FPGA 端的 UART 实现 FPGA 端通常使用 Verilog 或 VHDL 编写 UART 模块来实现串行通信功能。常见的模块包括 `UART_RX`（接收模块）和 `UART_TX`（发送模块）。以下是一个简单的 `UART_RX` 模块的部分参数配置示例： ```verilog parameter CYCLE = 234, // CYCLE = CLK_FRE * 1000000 / BAUD_RATE; parameter FRAME_INTERVAL = 2700, // 接收一帧停顿时钟数，超过此数代表一帧结束 parameter PARITY_CHECK = 2'b10, // 奇校验、偶校验或无校验 parameter STOP_BIT = 2'b00 // 停止位设置 ``` 这些参数根据实际需求（如波特率、校验方式等）进行调整，从而确保 FPGA 与单片机之间的通信匹配 [^3]。 #### 单片机端的 UART 配置 单片机（如 STM32 或 8051 系列）的 UART 通信通常通过寄存器配置实现。例如，在 8051 单片机中，可以使用以下代码初始化 UART 通信： ```c #include <REGX51.H> void UART_Init() { SCON = 0x50; // 设置串口模式为 8 位异步模式 PCON &= 0x7F; // 波特率不加倍 TMOD &= 0x0F; // 清除定时器 1 的模式设置 TMOD |= 0x20; // 定时器 1 工作于模式 2（8 位自动重载） TL1 = 0xFA; // 设定定时初值 TH1 = 0xFA; // 设定定时器重装值 ET1 = 0; // 禁用定时器 1 中断 TR1 = 1; // 启动定时器 1 EA = 1; // 启用全局中断 ES = 1; // 启用串口中断 } ``` 此外，还需要编写数据发送和接收函数来完成具体的通信任务 [^4]。 #### 数据流与通信流程 1. **FPGA 接收数据**：FPGA 通过其 UART 接口从外部设备（如上位机）接收数据。 2. **FPGA 发送数据给单片机**：接收到的数据经过处理后，FPGA 将数据通过 UART 接口发送给单片机。 3. **单片机接收并处理数据**：单片机通过 UART 接口接收数据，并根据需求进行处理。 4. **单片机回传数据**：如果需要，单片机会将处理后的数据通过 UART 接口返回给 FPGA 或直接发送至上位机 [^1]。 #### 注意事项 1. **波特率匹配**：FPGA 和单片机的 UART 模块必须设置相同的波特率，否则会导致通信失败。 2. **数据格式一致性**：包括数据位、停止位和校验方式等参数需保持一致。 3. **电平转换**：若 FPGA 和单片机的工作电压不同，需使用电平转换电路以避免损坏硬件。 4. **噪声抑制**：在长距离通信中，建议增加屏蔽措施或使用差分信号传输。 ###
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