FPGA-结合协议时序实现UART收发器（五）：串口顶层模块UART_TOP、例化PLL、UART_FIFO、uart_drive

串口顶层模块UART_TOP、例化PLL、UART_FIFO、uart_drive，功能实现。

一、功能实现

对照代码，串口发送模块UART_TOP实现功能包括：

• PLL锁相环，实现稳定系统输入时钟功能
• UART_FIFO，数据先进先出，实现数据缓存功能，防止出现数据错乱
• w_clk_rst = ~w_system_pll_locked;保证复位电平是先高位再地位
• r_user_tx_ready，用户输出ready信号慢一拍，用于判断数据是否发送完毕，是否为结束状态
• r_rden_lock，fifo使能锁控制
• r_fifo_rden，fifo读使能情况
• r_uart_tx_vaild比FIFO中的读使能r_fifo_rden慢一拍，为实现有效信号和数据能够匹配上，所以对有效信号进行打一拍来延迟一个周期，从而实现信号和数据匹配，正确获取数据

一、UART_TOP代码

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2023/09/09 13:13:15
// Design Name: 
// Module Name: UART_TOP
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//不要直接用系统时钟！！！
//要添加一个pll锁相环，进行滤波稳定时钟，方便后续处理
//


module UART_TOP(

//模块输入输出
    input       i_clk       ,
    input       i_uart_rx   ,

    output      o_uart_tx   
    );


wire                    w_clk_50Mhz;
wire                    w_clk_rst;
wire                    w_system_pll_locked;

wire    [7:0]           w_user_tx_data;
wire                    w_user_tx_ready;
wire    [7:0]           w_user_rx_data;
wire                    w_user_rx_vaild;
wire                    w_user_clk;
wire                    w_user_rst;
wire                    w_fifo_empty;
reg                     r_fifo_rden;
reg                     r_uart_tx_vaild;
reg                     r_rden_lock;//fifo使能锁
reg                     r_user_tx_ready;


//pll锁存器在时钟不稳定的时候是低电平，在稳定后是高电平，即先低电平后高电平
//系统中习惯使用复位信号先高后低，即上电先高电平进行复位，然后再低电平，故需进行取反
assign w_clk_rst = ~w_system_pll_locked;


system_pll system_pll_u0
(
    .clk_in1                        (i_clk),      // input clk_in1
    .clk_out1                       (w_clk_50Mhz),     // output clk_out1
    .locked                         (w_system_pll_locked)       // output locked
);




uart_drive#(
    //串口可调参数
    .P_SYSTEM_CLK                  (50_000_000),
    .P_UART_BUADRATE               (115200),
    .P_UART_DATA_WIDTH             (8),
    .P_UART_STOP_WIDTH             (1),
    .P_UART_CHECK                  (0)
)
uart_drive_u0( 
    //串口驱动输入输出
    .i_clk                         (w_clk_50Mhz),
    .i_rst                         (w_clk_rst),

    .i_uart_rx                     (i_uart_rx),
    .o_uart_tx                     (o_uart_tx),

    .i_user_tx_data                (w_user_tx_data),//用户输出数据，作为驱动的输入,即先输入到驱动处理再输出
    .i_user_tx_vaild               (r_uart_tx_vaild),//握手
    .o_user_tx_ready               (w_user_tx_ready),

    .o_user_rx_data                (w_user_rx_data),//用户输入数据，作为驱动的输出，即先经过驱动输出再输入到用户
    .o_user_rx_vaild               (w_user_rx_vaild),

    .o_user_clk                    (w_user_clk),
    .o_user_rst                    (w_user_rst)

);



UART_FIFO UART_FIFO_U0 (
  .clk          (w_user_clk),      // input wire clk
  .srst         (w_user_rst),    // input wire srst
  .din          (w_user_rx_data),      // input wire [7 : 0] din
  .wr_en        (w_user_rx_vaild),  // input wire wr_en
  .rd_en        (r_fifo_rden),  // input wire rd_en
  .dout         (w_user_tx_data),    // output wire [7 : 0] dout
  .full         (),    // output wire full
  .empty        (w_fifo_empty)  // output wire empty
);


//处理用户输出ready信号慢一拍
//用于判断数据是否发送完毕，是否为结束状态
always @(posedge w_user_clk or posedge w_user_rst)
begin
    if(w_user_rst)
        r_user_tx_ready <= 'd0;
    else
        r_user_tx_ready <= w_user_tx_ready;

end

//处理fifo使能控制，使能锁r_rden_lock
//防止fifo使能持续两个周期，导致读取两个数据，但握手只会读取一个数据，就会导致数据丢失，故需要使能锁控制来fifo只持续一个周期
always @(posedge w_user_clk or posedge w_user_rst)
begin
    if(w_user_rst)                                      //初始状态
        r_rden_lock <= 'd0;
    else if(w_user_tx_ready && !r_user_tx_ready)        //结束状态，当前为高电平1，前一拍为低电平，即上升沿判断为结束状态
        r_rden_lock <= 'd0;
    else if(~w_fifo_empty && w_user_tx_ready)           //变化状态，即fifo内有数据+ready好了
        r_rden_lock <= 'd1;
    else
        r_rden_lock <= r_rden_lock;

end


//处理fifo读使能情况，r_fifo_rden
always @(posedge w_user_clk or posedge w_user_rst) 
begin
    if(w_user_rst)
        r_fifo_rden <= 'd0;
    else if(~w_fifo_empty && w_user_tx_ready)
        r_fifo_rden <= 'd1;
    else
        r_fifo_rden <= 'd0;
end


//因为发送的数据是比FIFO中的读使能r_fifo_rden满一个周期
//为实现有效信号和数据能够匹配上，所以对有效信号进行打一拍来延迟一个周期，从而实现信号和数据匹配，正确获取数据
always @(posedge w_user_clk or posedge w_user_rst) 
begin
    if(w_user_rst)
        r_uart_tx_vaild <= 'd0;
    else
        r_uart_tx_vaild <= r_fifo_rden;
end

endmodule

总结

串口顶层模块UART_TOP、例化PLL、UART_FIFO、uart_drive，功能实现，数据缓存先进先出fifo实现，fifo使能控制等功能实现。