Nios II软核实现UART通信

最新推荐文章于 2024-05-12 12:09:01 发布

HarrietLH

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分类专栏： FPGA 文章标签： uart nios

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_43279579/article/details/115953871

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文章目录

一、UART IP核的介绍
二、Nios II软核实现UART通信
三、实际结果
四、参考资料

文章使用的工具及板子类型
工具：Quartus II 13.1
开发板：Cyclone IV E EP4CE115F29C7

一、UART IP核的介绍

定义
实现FPGA上的嵌入式系统与外部器件的RS-232串口通信
嵌入式系统的组成结构

寄存器的说明
在这里插入图片描述
divisor寄存器的说明
divisor寄存器的值是用于产生波特率时钟的，它是一种可选的硬件功能。如果没有使能Baud Rate Can Be Changed By Software（波特率能被软件改变），将不存在divisor寄存器。
计算公式：
$rate=\frac {clock frequency}{divisor+1}}$
${divisor=int(\frac {clock frequency}{baud rate}+0.5)}$
status寄存器的说明
状态寄存器的各个位可以反应UART核的各个状态，重点说明TRDY，RRDY

名称	操作	描述
TRDY	读	Transmit Ready，TRDY位提示txdata寄存器的当前状态。当txdata寄存器位空时，可以接收新的字符且TRDY位为1，反之。Avalon-MM主控制器必须等TRDY位为1后，才能将新的数据写入txdata寄存器中
RRDY	读	Receive Character Ready，RRDY位提示rxdata寄存器的当前状态。当rxdata寄存器为空时，RRDY为0，且还不是读取rxdata寄存器的时刻。当新接收的值传输到rxdata寄存器时，RRDY位置为1，读rxdata寄存器会将RRDY位置置为0。Avalon-MM主控制器必须等待RRDY为变为1后，才能够读取rxdata寄存器

二、Nios II软核实现UART通信

(一)硬件部分设计

完成基本的硬件部分设计
请先参考下面链接中的硬件部分设计，完成相应的硬件部分设计
https://blog.youkuaiyun.com/qq_43279579/article/details/115933154
添加其他IP核
添加UART
在搜索框上输入uart，选择UART（RS-232 Serial Port)，点击Add

进行数据设置，也可保持默认设置

连接时钟和复位，以及数据位，中断的设置，Export设置
系统分配地址
选择System->Assign Base Address
使用FPGA资源
选择Generate->Generate，保持默认设置，点击Generate，选择Save

创建顶层文件
回到Quarters，选择New->Verilog HDL File
顶层文件内容

module uart(
	input clk,
	input reset_n,
	//uart的接收和发送端
	input rxd,//接收
	output txd//发送
);

system_qsys u0 (
        .clk_clk       (clk),       //   clk.clk
        .reset_reset_n (reset_n), // reset.reset_n
        .uart_rxd      (rxd),      //  uart.rxd
        .uart_txd      (txd)       //      .txd
    );

endmodule

保存文件，并编译

芯片引脚设置
菜单里选择 Assignments-device，点击 Device pin options
进行 unused pin 设置，可能会收到外部信号的干扰，将未用引脚设置为 As input tri-stated，特殊引脚设置，设置为常规引脚
编译完成后，分配管脚

再次编译

(二)软件设计

基本软件设计过程
请参考下面链接中，软件设计的过程，完成文件的创建
https://blog.youkuaiyun.com/qq_43279579/article/details/115933154

修改代码文件
打开hello_world中的.c文件
内容如下

#include <stdio.h>
#include "unistd.h"
#include "system.h"
#include "alt_types.h"
#include "altera_avalon_uart_regs.h"
#include "sys\alt_irq.h"

alt_u8 txdata=0;
alt_u8 rxdata=0;

//UART中断服务函数
void IRQ_UART_Interrupts(){
	rxdata = IORD_ALTERA_AVALON_UART_RXDATA(UART_BASE);//将rxdata寄存器中存储的值读入变量rxdata中
	txdata = rxdata;//串口自收发，将变量rxdata的值赋给txdata
	while(!(IORD_ALTERA_AVALON_UART_STATUS(UART_BASE)& ALTERA_AVALON_UART_STATUS_TRDY_MSK));
	//查询发送准备接收信号，如果没有准备好，则等待
	IOWR_ALTERA_AVALON_UART_TXDATA(UART_BASE,txdata);//发送准备好，发送txdata
}

//中断初始化函数
void IRQ_init()
{
	//清除状态寄存器
	IOWR_ALTERA_AVALON_UART_STATUS(UART_BASE, 0);
	//使能接收准备中断，给控制寄存器相应位写1
	IORD_ALTERA_AVALON_UART_CONTROL(UART_BASE);

	alt_ic_isr_register(
			UART_IRQ_INTERRUPT_CONTROLLER_ID,//注册ISR
			UART_IRQ,//中断控制器标号，从system.h复制
			IRQ_UART_Interrupts,//UART中断服务函数
			0x0,//指向与设备驱动实例相关的数据结构体
			0x0);//flags，保留未用
}

int main()
{
  /*while(1){
	  IOWR_ALTERA_AVALON_UART_TXDATA(UART_BASE, "hello world!\n");
	  int i=0;
	  while(i<5000)
	  {
		  i++;
	  }
  }*/
  IRQ_init();
  while(1);
  return 0;
}