用 HLS 实现 UART

介绍

UART 是一种旧的串行通信机制，但仍在很多平台中使用。它在 HDL 语言中的实现并不棘手，可以被视为本科生的作业。在这里，我将通过这个例子来展示在 HLS 中实现它是多么容易和有趣。

因此，从概念上讲，这是一个微不足道的项目；然而，它对于对 HLS 感兴趣的人来说是有启发性的。

现在项目定义：下图显示了项目的简单结构。

我们在 FPGA 中的设计UART发送，每当按下按钮时就会将其发送到计算机上的串口调试助手。

FPGA 板上的八个滑动开关用于输入数据字节（例如字母或符号的 ASCII 代码）。此外，UP 按钮用作发送控制键。

设计很简单，程序本身能接受开发板上拨码开关的数据，然后添加一个“0”起始位和一个“1”停止位，最后以9600 bit/s的波特率发送出去。

首先需要根据开发板上的时钟(本例是100MHz)，进行分频，生成串口发送所需的时钟。

bool delay(long long int n) {
  static bool dummy = 0;
  for (long long int j = 0; j < n; j++) {
#pragma HLS pipeline
    dummy = !dummy;
  }
  return dummy;
}
void uart_baudrate_clock(bool &baudrate_clk) {
  static bool s = 0;
  s=!s;
  baudrate_clk = s;
  delay(5208);
}

生成速率时钟后，简单的状态机可以将数据发送出去。

void uart_data_transfer(bool &uart_tx, ap_uint<8> data, bool baud_rate_clock, bool start) {
  static bool send_bit = 1;
  static bool start_state = 0;
  static bool transfer = 0;
  static unsigned int count = 0;
  static int state = 0;
  ap_uint<10> d= ((bool)0b1, (ap_int<8>)data, (bool)0b0);
  if (start == 1 && start_state == 0) {
    transfer = 1;
    start_state = 1;
    count = 0;
  }
  if (start == 0 && start_state == 1) {
    start_state = 0;
  }
  if (baud_rate_clock == 1 && state == 0 && transfer == 1) {
    send_bit = d[count++];
    if (count == 10) {
      transfer = 0;
    }
    state = 1;
  }
  if (baud_rate_clock == 0 && state == 1) {
    state = 0;
  }
  uart_tx = send_bit;
}

将这些代码综合到 RTL 模块后，我们可以创建 Vivado 项目并生成 FPGA 比特流，并验证。