基于FSL总线的UART外设IP核的设计.doc

### 基于FSL总线的UART外设IP核设计 #### 引言与背景 在嵌入式系统设计领域，特别是在Xilinx FPGA平台上，MicroBlaze软核处理器因其高性能与灵活性，成为构建可编程系统芯片（SOPC）的理想选择。然而，将用户自定义的IP核整合至MicroBlaze系统时，需考虑不同总线接口的适用性。OPB总线适合低速设备，而FSL总线则专为高速、高性能的IP核设计，以实现硬件加速。鉴于Xilinx官方未提供基于FSL总线的UART IP核，本文旨在探讨基于FSL总线的UART外设设计，以满足高速系统中对时间敏感的应用需求。 #### MicroBlaze体系结构 ##### 内核结构 MicroBlaze采用32位RISC架构，拥有哈佛结构的指令和数据总线，能以150MHz的时钟频率运行，提供125 DMIPS的性能，特别适用于网络、电信及数据通信领域的复杂嵌入式系统设计。其内核结构集成了多种功能单元，确保了高效的数据处理与存储访问能力。 ##### 总线接口 MicroBlaze处理器软核具备多种总线接口，包括OPB、LMB、FSL、XCL及MDM接口。其中，FSL总线是MicroBlaze特有的一种基于FIFO的单向链路，用于实现用户自定义IP核与处理器内部寄存器的高速直连，显著提升了数据交换速率。 #### 基于FSL总线的UART IP核设计 ##### UART简介 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种广泛应用于串行数据传输的协议，支持全双工通信，常见于RS232-C异步串行接口。传统的UART器件，如8250、8251、NS16450，虽功能齐全，但集成度高，可能包含不必要的辅助模块，如FIFO，对于某些应用场景来说显得冗余。利用FPGA的可编程特性，可以将UART的核心功能定制化，实现更紧凑、稳定的设计。 ##### FSL总线接口特性 FSL总线作为一种高速点对点通信总线，采用非共享、无仲裁的通信机制，支持控制位与数据的分离传输，基于FIFO模式，数据宽度可配置，通信速度最高可达600MHz，是实现高速数据交互的理想选择。 ##### UART硬件设计要点 设计基于FSL总线的UART IP核，关键在于构建UART模块与MicroBlaze之间的通信桥梁。此设计不仅需涵盖UART的基本功能，如数据总线接口、控制逻辑、波特率发生器、发送与接收部件，还需重点优化与FSL总线的接口设计，确保UART能够充分利用FSL总线的高速特性，实现高效的数据传输。相较于基于OPB总线的UART，基于FSL总线的设计将显著提升UART在高速系统中的性能表现。 基于FSL总线的UART外设IP核设计，是针对嵌入式系统中高速数据通信需求的重要解决方案。它不仅弥补了Xilinx官方IP库的空白，更为设计者提供了在MicroBlaze平台上实现高效、定制化UART功能的可能。随着嵌入式系统对实时性和数据吞吐量要求的不断提升，此类设计的重要性将愈发凸显。