基于FPGA串口通信的电路和程序设计

浅谈一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法及实现作者：孙广海来源：《科学与信息化》2020年第27期摘要对于任何设备而言，无不重视对外交互接口的时效性和正确性。

如何在有限的资源条件下保证通信的实时性和正确性成了通信设计的关注重点。

本文介绍了一种基于FPGA实现双冗余422串口通信方法。

关键词 FPGA;双冗余;实时性;正确性1 技术领域本方法涉及电子对抗领域，尤其是电子对抗中与外部接口通信处理，具体而言涉及一种基于FPGA的双冗余422串口通信方法设计。

本方法提供一种基于FPGA的双冗余RS422通信方法及实现，该方法采用FPGA实现了双路RS422串口通信的冗余备份，同时解决了每路RS422串口通信的主/从应答机制，提高了通信的实时性，同时降低了应用层任务处理资源的消耗[1]。

2 背景技术在现代电子对抗中，无论对于哪种系统设备而言，与外部接口通信都是关键环节。

接收外部命令消息，上报自身设备信息都必须依赖于外部接口，所以外部接口通信尤其要保证稳定、高效。

随着近年来电子技术的发展，雷达体制和信号形式变得越来越复杂而多样，战场空间电磁密度不断提升。

各型设备上报的信息越来越复杂，数据量越来越大，对外部接口设计的实时性要求越来越高。

而由于受限与平台总线形式和外部接口通信协议，通信方法设计难度随之提升，且重要性不言而喻。

下面介绍某型平台上某型设备对外通信方法设计。

该型直升机机上配置的是RS422总线，机上综合任务系统与某型设备系统（以下简称设备系统）通过两路RS422实现通信，两路RS422为双冗余关系。

为实现每路RS422通信的可靠性，定义通信协议为点对点的主/从应答式全双工422通信（传输周期50ms），综合任务系统为主端，设备系统为从端。

主端主动发送通信消息，从端在接收到主端发送的消息时，按照消息块号判断主端发送报文的正确性，正确则发送自身需上报的消息，主端接收到从端发送的消息报文时，根据从端发送的消息块号判断从端发送报文的正确性，正确则发送下一包报文，否则，重新发送当前报文。

基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计摘要：串口作为一种常见的通信接口，在嵌入式系统中广泛应用。

本文基于FPGA（Field Programmable Gate Array）和W5500芯片，设计了一种串口数据切换系统。

该系统能够实现多个串口的数据交换和切换操作，并具备高速传输和稳定性。

关键词：FPGA，W5500，串口，数据切换1. 引言串口是一种用于在设备之间进行数据传输的通信接口，在各种嵌入式系统中得到广泛应用。

然而，常见的串口接口数量有限，无法满足复杂系统对多串口的需求。

为了解决这一问题，本文提出了一种基于FPGA和W5500芯片的串口数据切换系统。

2. FPGA和W5500芯片简介2.1 FPGAFPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需求进行编程，实现不同的电路功能。

其灵活性和高度可定制性使得FPGA成为嵌入式系统设计的重要工具。

2.2 W5500芯片W5500是一种以太网控制器，其集成了MAC（Media Access Control）和PHY（Physical Layer）功能。

该芯片能够实现高速数据传输，并支持TCP/IP协议栈。

3. 系统设计3.1 硬件设计本系统使用FPGA作为核心控制器，通过FPGA与多个串口通信。

为了实现数据切换，本文引入W5500芯片，利用其高速传输和稳定性，实现串口数据的交换和切换。

具体的硬件设计包括FPGA和W5500的连接，以及串口与W5500的连接。

3.2 软件设计本系统的软件设计主要包括FPGA的逻辑设计和W5500的驱动程序设计。

FPGA的逻辑设计根据具体需求，编写程序实现串口数据的交换和切换。

W5500的驱动程序设计则包括数据的接收和发送等功能。

4. 系统性能测试为了验证本系统的性能，对其进行了多方面的测试。

首先，测试系统能够稳定运行并实现串口数据的交换和切换。

其次，测试系统的数据传输速度和实时性，确保系统能够满足实际应用的需求。

基于FPGA的串口通信设计引言：串口通信是现代计算机通信系统中的常见通信方式。

它可以在计算机和外部设备之间传输数据，具有低成本、简单易懂、可靠性高等特点。

然而，在一些应用场景下，传统的软件串口通信无法满足需求，因此使用FPGA来实现硬件串口通信变得愈发重要。

本文将重点介绍基于FPGA的串口通信设计，包括串口通信原理、FPGA硬件实现以及设计注意事项。

一、串口通信原理：串口通信的原理很简单，将数据通过一根导线（或多根导线）依次发送和接收。

它使用一个起始位、数据位（常为8位）、奇偶校验位（可选）和一个或多个停止位来组成一个数据帧。

发送数据时，串口将数据帧从最低位开始逐位发送，并在每位发送完毕后根据波特率发送下一位。

接收数据时，串口根据波特率和起始位检测到数据的到来，并从起始位开始逐位接收。

二、FPGA硬件实现：FPGA可以通过其可编程逻辑单元（FPGA的核心组件）实现硬件串口通信。

下面是基于FPGA的串口通信设计主要步骤：1.FPGA引脚分配：首先，选择合适的FPGA芯片，并确定通信所需的引脚数量。

然后，根据引脚分配表将引脚与FPGA的可编程逻辑单元相连接。

2.接口电平转换：在FPGA和外设之间可能存在电平不匹配的情况。

为了实现正确的数据传输，需要使用电平转换电路进行适配。

3.帧同步信号生成：FPGA需要生成适当的时钟信号和帧同步信号，以使数据能够正确地按位传输和接收。

帧同步信号指示数据的起始和终止。

4.数据传输实现：FPGA需要根据串口通信原理，按照波特率逐位地发送和接收数据。

在发送数据时，FPGA将数据从最低位开始逐位输出到引脚，并根据起始位、数据位、奇偶校验位和停止位生成完整的数据帧。

在接收数据时，FPGA根据时钟信号和帧同步信号，逐位地接收到达的数据，以获得完整的数据帧。

5.数据校验和处理：FPGA可以实现奇偶校验的功能，以检测接收到的数据是否正确。

此外，还可以在FPGA内部对接收到的数据进行处理，例如数据解码、错误检测等。

基于FPGA的串口通信设计学号：姓名：班级：指导教师：电子与控制工程学院一、串行通信系统1.1概述在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。

UART 即Universal AsynchronousReceiver Transmitter 通用异步收发器 协议是数据通信及控制系统中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议 在实际工业生产中有时并不使用UART的全部功能。

只需将其核心功能集成即可。

波特率发生器、接收器和发送器是UART的三个核心功能模块 利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。

UART允许在串行链路上进行全双工的通信。

串行外设用到RS232-C异步串行接口 一般采用专用的集成电路即UART实现。

如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件 这类芯片已经相当复杂有的含有许多辅助的模块 如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。

或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。

使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。

本文应用EDA技术 基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。

通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法使用何种媒质 将信息从某方准确安全传送到另方。

通信在不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。

然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。

在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication) 这种通信具有迅速、准确、可靠等特点且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制 因而得到了飞速发展和广泛应用。

基于FPGA的接口转换电路设计摘要：21世纪是信息化的世纪，计算机技术迅速发展，越来越多的计算机采用传输速率更快且性能更加优良的USB接口，而个人计算机上的RS232，正在逐渐被淘汰。

但在工业领域中RS232应用仍十分广泛。

本文在此应用背景下，研究和设计USB与RS232之间的接口转换电路，硬件开发采用了SOPC设计，添加不同功能的模块，构建NIOSII系统，在QuartuII中完成硬件开发，而软件开发在NIOSIIIDE中完成，利用FPGA 平台，实现USB与RS232之间的接口转换，实现上位控制计算机与底层设备之间的数据通信。

关键词：USB接口；RS232接口；FPGA；SOPC随着计算机科学技术的迅速发展，如今对计算机的数据通信速度有了更高的要求，因此计算机的外围接口也发展迅速。

由于USB在个人计算机上应用越来越广泛，逐渐淘汰了RS232，但目前仍然很多采用RS232串行接口的工业设备、仪器仪表领域中，考虑到可行性和成本原因，立即将这些设备改造成USB接口是不可行的。

因此本文选择在FPGA开发平台下实现USB转RS232接口，通过这样将计算机与传统的设备相连，实现USB与RS232接口的双向数据传输，同时也扩大了USB的传输距离。

一、基于FPGA嵌入式IP的SOPC系统基于FPGA的嵌入式IP硬核SOPC系统是在FPGA中预先植入NIOS处理器。

为了更好的通用性，必须将常规的嵌入式处理器集成诸多通用和专用的接口，但这样又不得不增加芯片的成本和功耗。

但如果将ARM或者其他处理器核以IP硬核的方式植入FPGA中，利用FPGA的可编程逻辑资源和可擦除性，按照系统功能需求来添加接口功能模块，如USB模块和RS232模块，既能实现目标系统功能，又能实现系统的低成本和低功耗。

这样使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，更有效地实现SOPC系统。

虽然基于FPGA嵌入IP硬核能有效降低系统成本和功耗，但也有不足之处：（1）IP硬核多来自第三方公司。