【逻辑学习笔记】uart_tx模块-改进_tx并行转串行

改进说明：

最早的第一版：使用baud_clk，没有FIFO

第二版：使用FIFO，在FIFO的wr_clk是用户的高速时钟，FIFO的rd_clk是uart_tx_engine的低速baud_clk。

功能

用户端接口为FIFO接口，用户将要发送数据写入FIFO，该UART_TX模块将并行数据转成串行数据，依次发出。串口的“串”字，就是这个意思，并转串，通过一根信号线把数据发送出去

需求分析

关于FIFO

• FIFO的位宽：是否可以让用户配置，8bit是默认的，如果可以让用户可配置，有时候32bit可能用起来更方便
• FIFO的深度（容量）：考虑到常见应用场景：
  1. 打印：一次打印一句话，20个单词，约140个字母char（8bit），深度可以选择256，容量为256×8bit；如果考虑到一次打印句子较多（如3句话）或一句较长，容量可以设置为1024×8bit。
  2. 通信：跟上层应用关系较大，可以让用户端等，深度无特别要求
• 两边的时钟：FIFO写端口，为用户端口，写时钟为高速的用户时钟，如50MHz；FIFO读端口，为模块内部端口，读时钟为低速的UART处理时钟，即波特率的1倍时钟（发送端不需要16倍）
• FWFT：让read latency=0

关于架构

• uart_tx为顶层
• 底层由FIFO和uart_tx_engine组成

接口

实现思路

uart_tx_engine设计

• 功能：若现在空闲，就判断FIFO状态，若不空，就取一个字节，开始发送；发送完再去判断FIFO状态
• 设计要点：
  1. 由于没有分支，可以不用状态机，而采用可控线性序列机（计数器控制）
  2. 时钟采用波特率时钟，这个时钟由外部传递，系统顶层通过mmcm产生，节省整个系统的资源，由于波特率速率太低，低于mmcm的最低输出频率（约4M），需要自己写时钟分频的逻辑

 

调试过程中总结

• 整个的思路可以先用时序图画出来，这样思路很清晰
• 写代码时，对于一些判断条件可以先不用想的特别清楚，先写出来，仿真时，自然就能发现问题，然后再修改，这样效率高一些
• 善于用计数器控制状态

调试中已解决问题的总结：

• 为什么我的FIFO复位信号不起作用？——因为我给FIFO复位时，FIFO的一个端口时钟也被复位了。FIFO复位时，必须时钟要有，所以逻辑设计时，整个逻辑的时钟（比如用clk_wiz）是不能复位的
• 为什么FIFO的full一直是1？——因为复位的后，不能马上使用FIFO，有一个间隔（NO ACCESS ZONE），手册pg057是说是复位宽度+60个最慢的时钟周期——这里需要实测一下
• FIFO的复位信号宽度多长才是有效的？——对于异步复位（两边时钟不同时就是异步复位），需要至少3个最慢时钟周期

 

目前模块问题

reset信号不好用

• 原因：因为reset要同时复位FIFO，FIFO的复位需要至少3个最慢时钟周期，对于波特率来说这样很长；而且复位后需要等6-7个波特率时钟周期，FIFO才能使用，这个时间也太长了。
• 解决思路：
  1. 提高FIFO_RD_CLK频率——这样对现在代码结构改动比较大；
  2. FIFO复位只在上电/重新加载/重大错误时进行，复位时间长一些——这也是佐证为什么上电加载好后，很多模块需要很久才能ready的原因，如mmcm需要ms级别。