LPC总线接口UART控制器FPGA实现

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，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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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卖写状态转换

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-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