基于Wishbone總線的UART IP核設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于Wishbone總線的UART IP核的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)采用了自頂向下的模塊化劃分和有限狀態(tài)機(jī)相結(jié)合的方法，由于其應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)的Wishbone總線接口，從而使微機(jī)系統(tǒng)與串行設(shè)備之間的通信更加靈活方便。驗(yàn)證結(jié)果表明，這種新的架構(gòu)設(shè)計(jì)是有效的。
關(guān)鍵詞：Wishbone總線；UART；有限狀態(tài)機(jī)；IP核

隨著集成電路與嵌入式技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，許多嵌入式系統(tǒng)都需要進(jìn)行串行通信，因此在片上嵌入式系統(tǒng)芯片中集成uART(通用異步接發(fā)裝置)的IP核已成為一種趨勢。
在基于IP核復(fù)用技術(shù)的集成電路設(shè)計(jì)中，片上總線的選取是最為關(guān)鍵的問題。目前，許多廠商已經(jīng)開發(fā)了適用于各自片上總線標(biāo)準(zhǔn)的UART IP核，例如基于AMBA總線的UART IP核、基于CoreConnect總線的UART IP核等。如果用戶要使用這些商業(yè)化的UART核，則需要得到授權(quán)。因此從成本、性能、開放性的角度來看，采用開源、易于實(shí)現(xiàn)的Wishbone總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出的UART IP核將會擁有廣泛的市場。

1 UART IP核的設(shè)計(jì)原理
1．1 UART工作原理
通用非同步收發(fā)裝置(UART)是計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信的重要組成部分。它將微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行輸出數(shù)據(jù)流，以電平的形式傳輸出去；將微機(jī)系統(tǒng)外部傳送來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用；在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗(yàn)位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)；在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除狀態(tài)標(biāo)記。
對于UART而言，總線上的所有信號都是至關(guān)重要的。這些信號包括所需的控制信息和數(shù)據(jù)。因此總線接口的設(shè)計(jì)決定著UART的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。本設(shè)計(jì)采用Wishbone總線作為UART核與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信的主機(jī)接口。UART核的接口信號如圖1所示。

1．2 Wishbone總線接口
在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Wishbone總線結(jié)構(gòu)是一種靈活、開源的設(shè)計(jì)方法。其目的是促進(jìn)設(shè)計(jì)的再利用，簡化系統(tǒng)級芯片的集成問題。通過在IP核之間創(chuàng)建一個總線接口，從而將各個IP核能方便地進(jìn)行連接。這就提高了設(shè)計(jì)的可復(fù)用性和系統(tǒng)的可靠性，加快了產(chǎn)品推向市場的速度。在此之前，IP核之間都是使用非標(biāo)準(zhǔn)的總線規(guī)范進(jìn)行連接的，這就難以實(shí)現(xiàn)復(fù)用。因此采用標(biāo)準(zhǔn)化的E總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)IP核，已成為IC設(shè)計(jì)行業(yè)的主流。
在設(shè)計(jì)中，Wishbone總線為微機(jī)系統(tǒng)和UART控制器提供了操作接口。Wishbone總線接口的主要功能是協(xié)調(diào)處理器和UART核之間的信號，使處理器能正確地使用UART核進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。