【FPGA开源教程连载】第十三章B 搭建串口收发与存储双口RAM简易应用系统

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搭建串口收发与存储双口RAM简易应用系统

实验目的:1.学习系统模块化设计技巧并学会用Visio的基本使用

2.以模块化设计为基础利用已编写的串口收发模块、按键模块以及RAM的IP模块来设计一个简易应用系统

实验平台：芯航线FPGA学习套件核心板

实验原理：

为了实现通过串口发送数据到FPGA中，FPGA接收到数据后将数据存储在双口ram的一段连续空间中，当需要时，按下按键0，则FPGA将RAM中存储的数据通过串口发送出去。先进行功能划分：串口接收模块、按键消抖模块、RAM模块、串口发送模块以及控制模块。前几讲除了控制模块均已经详细介绍，得益于当时的设计这里就不用再次编写这些模块，可以直接在本工程下进行调用。

利用Visio画出系统的结构图，Visio的使用方法可以参看本节配套视频，此处不再详述。

图13-1 系统结构图

实验步骤：

以13_A讲建立的工程为基础，先将已编写好的模块设计文件添加进工程中，并新建一个以名为UART_DPRAM.v的设计文件保存在rtl下，并设置为顶层文件。

这样对照图13-1 用Top-Down的设计方式就可以先把顶层文件写出。结构图左边的端口为input类型，右边的为output类型，内部连线均为wire型。可以看出在进行一个系统设计时，良好的模块划分以及设计的重要性。然后例化各个模块，这里将波特率设置为9600bps。

现在编写本系统的控制模块CTRL.v，模块的接口可参照系统结构图写出。为了实现FPGA接收到数据后将数据存储在双口ram的一段连续空间中，这样就需要设计一个写地址自加的控制部分，且其控制信号为串口接收模块输出的Rx_Done信号。每来一个Rx_Done也就是每接收成功一字节数，地址数进行加一。

为了实现当按下按键0，FPGA将RAM中存储的数据通过串口发送出去，这样也就是实现一旦按键按下即启动连续读操作，再次按下即可暂停发送。

在上一讲中仿真双端口RAM时发现其输出延迟两个系统时钟周期。这样为了保证数据变化稳定之后才进行数据输出，将驱动Send_en的信号接两级寄存器进行延迟两拍。当按键按下后启动一次发送，然后判断上一字节是否发送结束，是则进行下一字节发送否则不进行下一次发送。

编译无误后，可以在RTL viewer中查到如图13-2所示的顶层结构图，可与实验之初设计的系统结构图进行对比。

图13-2 系统顶层RTL viewer

为了测试仿真编写测试激励文件，这里由于使用了按键消抖模块，因此须将创建的key_modle.v仿真模型加入到工程中。新建UART_DPRAM_tb.v文件除了例化各模块，其激励文件可以直接复制串口发送模块的测试激励文件。再次进行分析和综合直至没有错误以及警告，保存到testbench文件夹下。

这里需将按键的仿真模型加仿真脚本后进行功能仿真可以看到如图13-4所示的波形文件。每当写入地址加一时数据均可以有效的写入，按键按下后每当一次输出结束后读地址也进行加一，实现数据输出。

图13-3 仿真脚本中加入按键仿真模型

图13-4 功能仿真波形文件

放大波形文件的发送部分，如图13-5所示。可看出在第一次给出写使能信号后，将数据aa写入地址0，写入成功后写入地址再加一。tx_data之所以会在没有Send_en时数据会更新，是因为读取地址在复位时地址给的为0，在成功写入数据aa后，自然就会显示更新，但是Rs232_Tx不会有数据更新。延迟两个系统时钟周期是因为RAM IP本身的性质。可以放大后面数据写入的过程，tx_data的值并不会更新。

图13-5 数据接收及写入部分波形