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基于NiosII的FPGA串行通讯模块设计
一.概述
FPGA串行通讯模块是一种用于在不同设备之间传递数据的解决方案，它的实现主要基于FPGA芯片上的硬件资源和软件设计。NiosII作为一种高性能、低功耗的嵌入式微处理器，配合FPGA芯片可以完成大部分系统级设计的任务。本文将介绍如何将NiosII与FPGA进行结合，设计一种基于NiosII的FPGA串行通讯模块。
二.系统架构
本次设计采用的是Altera公司的CycloneIVFPGA芯片，所以系统架构如下图所示。
从图中可以看出，系统由三个部分组成，分别是FPGA芯片、NiosII微处理器和串口通讯模块。其中，FPGA芯片负责数据的输入输出，NiosII微处理器则负责与串口通讯模块进行数据交互，实现数据的传输和处理。
三.系统设计
3.1NiosII微处理器
NiosII微处理器是一种高级的32位嵌入式RISC微处理器，它提供了高性能、低功耗的运算能力，适用于各种应用场景下的系统级设计。在本次设计中，我们使用NiosII作为系统的核心，完成数据的接收、处理和传输任务。
3.2FPGA芯片
FPGA芯片是FieldProgrammableGateArray的缩写，它是一种可编程逻辑设备，可以根据设计人员的需求进行编程和配置。FPGA芯片在本次设计中主要起到输入输出的作用，实现数据的读写操作。
3.3串口通讯模块
串口通讯模块是一种实现串行通讯的硬件。在本次设计中，我们使用串口通讯模块实现NiosII微处理器与外部设备之间的数据传输。串口通讯模块可以采用现成的UART模块，也可以通过FPGA设计实现。
四.系统实现
4.1NiosII微处理器的设计
NiosII微处理器的设计可以采用Altera公司提供的QuartusII软件进行，该软件可以自动生成NiosII微处理器的硬件文件，并提供嵌入式软件开发工具套件进行开发调试。
在QuartusII软件中，我们首先要选择FPGA芯片的类型和型号，并确定FPGA芯片的引脚分配情况。这个过程需要我们在项目设置中进行配置。具体的操作步骤如下：
1.在QuartusII软件中，点击File->NewProject进行新建工程。
2.根据项目需求选择相应的FPGA芯片类型和型号，并设置不同的引脚分配情况。
3.确定系统时钟的频率和PLL的设置，以便NiosII微处理器可以正常工作。
4.点击Project->New，选择NiosIIProcessorSBT模板，生成NiosII微处理器设计文件。在设计文件中，我们可以根据项目需求添加各种外设模块，如串口通讯模块、存储模块、以太网模块等。
5.对嵌入式软件进行开发，实现系统的控制和数据处理功能。
4.2FPGA芯片的设计
FPGA芯片的设计可以采用Verilog或VHDL语言进行，该语言可以描述编程和配置FPGA芯片的方式，以实现输入输出的控制。
在FPGA芯片设计中，我们主要是为了实现数据的输入输出控制。对于串口通讯模块的实现，我们可以使用现成的UART模块，也可以通过Verilog或VHDL语言进行自定义实现。下面是UART模块的实现代码：
```verilog
moduleuart(
inputclk,
inputrst,
inputrx,
outputtx,
outputregtx_busy
);
reg[7:0]shift_reg;
reg[2:0]cnt;
assigntx=shift_reg[0];
assigntx_busy=!cnt[2];
always@(posedgeclkorposedgerst)begin
if(rst)begin
shift_reg<=8'd0;
cnt<=3'b0;
endelseif(!cnt[2]&&cnt!=3'b111)begin
shift_reg<={shift_reg[6:0],rx};
cnt<=cnt+1;
endelseif(cnt==3'b111)begin
shift_reg<={tx_busy,shift_reg[7:1]};
cnt<=3'b0;
end
end
endmodule
```
4.3串口通讯模块的设计
串口通讯模块的设计主要是为了实现数据的传输和接收，它是连接NiosII微处理器和外部设备的中间桥梁。串口通讯模块可以采用现成的UART模块，也可以通过Verilog或VHDL语言进行自定义实现。实现UART模块时需要考虑到数据的输入和输出，以及波特率的设置等因素。
五.结论
本文介绍了基于NiosII的FPGA串行通讯模块的设计方案，主要包括系统架构、系统设计和系统实现三个方面。通过本次设计，我们可以深入理解NiosII和FPGA芯片的优势和特点，进一步提升自己的系统