串口通信之 UART
1.介绍
UART （Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）即通用异步接收发送器，是一种通用的串行数据总线，属串口通信的一种，用于异步通信。该总线有发送和接收线，可双向通信实现全双工传输和接收。
UART作为一个实现并行信转串行信号输出的芯片，常被集成于其他通讯接口的连接上。在FPAG开发板中，常用UART来与PC进行通信，包括数据通信、命令和控制信息的传输。
异步通信：UART协议中接收方和发送方不使用统一的参考时钟 ，即发送和接收设备 有各自的时钟来控制数据的发送和接收过程。双方以 字符 为单位，通信中两个字符间的时间间隔 是多少是 不固定 的，然而在同一个字符中的 两个相邻bit间的时间间隔是固定的 。双方获得同步的方法就是采用 固定的串行数据格式 。
串口通信：串口通信是指外设和计算机之间，通过数据地线、控制线等，按位传输数据的一种通讯方式。这种方式使用的数据线少，在远距离传输时可节约通信成本，但是其传输速度要比并行传输低。
串口 按位 即bit发送和接收字节。通常串口用于ASCII码字符的传输，通信使用 三根线 即发送、接收和地线即可。由于串口通信是异步的，串口能在一根线上传输另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。
串口通信的重要参数：波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。两个进行通信的双方，端口的这些参数必须匹配。
UART与RS232区别：电平标准不同，UART为TTL电平（3.3V）接口，而RS232为RS232 电平(5-12V)串口。当一个设备上的UART需要与PC相连时类型的PC端上的串口就是RS232），其上一本有一个RS232驱动器来转换电平(类似MAX232芯片)。
2.UART通信协议与传输时序
UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位一位地传输。故 UART通信时，首先将接收到的并行数据转换成串行数据进行传输。消息帧格式以及时序图如下：
消息帧从起始位开始，后面是7或8个数据位（先传低位，再传高位），然后是一个可用的奇偶校验位和一个或几个高位停止位。在接收端检测到起始位时就知道数据准备发送了，并尝试与发送端的时钟频率同步。
起始位：发送端先发出一个逻辑“0”的信号，表示传输字符开始。
资料位（数据位）：紧跟起始位。资料位可以是4、5、6、7、8位，构成一个字符。通常采用ASCII码，且低位先传，靠时钟定位。
奇偶校验位：资料位后加上1位，使得“1” 的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）以此来校验资料传输的正确性。
停止位：这是一个字符数据的结束标志。 可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。
接收过程中，UART会从接收到的消息帧中去掉起始位和结束位。如果有奇偶校验位，那么需要对拿到的数据进行奇偶校验，并且负责将数据字节进行串行转并行。
波特率：是衡量数据传送速率的指标。表示每秒钟传送的的码元符号的个数。此外，一个符号所代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关，例如若传输使用256阶的符号，则每8bit（log2[256]）代表一个符号，此时资料的传送速率为120字符/秒，则波特率就是120baud，而比特率120*8=960bit/s。这两者的概念很容易搞错。
注意：
由于对于串口协议而言，码元是2进制的，所以波特率（通信原理中的传码率）在数值上和比特率是相等的。当波特率为115200时，本质就是串口每秒传送115200个bit的数据量。所以传送1个bit的时间等于1/115200秒，大约8.68us
16倍频采样：
通常会采用常规的16倍频采样方法：即采用数据传输速率（波特率）的16倍进行采样，采样时钟连续采样到8个低电平信号，可确定该低电平为真正的起始信号，从而防止干扰信号导致的虚假起始位现象。此后接收器每隔16个采样时钟采样一次，并把采样得到的数据作为输入数据，以移位方式存入到接收移位寄存器。
起始位检测8个连续脉冲的另一个原因是:采用16倍频的采样时钟，第8个采样脉冲所对应的数据波形正好是该数据位的正中点（上升沿采样），在该处读写数据会最安全准确。
分频系数 = 系统时钟/16*p。
3. Verilog实现
功能模块的划分：
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