基于Nios II的UART與PC間的數據通信

　　接收寄存器Rxdata保存接收到的數據。新字符由RXD輸入，完全接收后狀態寄存器的接收準備好RRDY位置1。當從接收數據寄存器讀取數據后，狀態寄存器RRDY位清零。若RRDY位為1時，又有字符輸入，則發生溢出錯誤，狀態寄存器的接收溢出錯誤ROE位置1。不管前一個字符是否被讀出，新字符總是傳到接收數據寄存器。

　　發送寄存器Txdata上的字符數據由Avalon主控制器發送，當將字符寫入發送寄存器時，發送準備好TRDY位為0;當將字符從發送數據寄存器傳輸到發送移位寄存器時，TRDY位置1。如果在TRDY位為0時將字符寫入發送數據寄存器，結果是未知的。

　　狀態寄存器Status的狀態位反映UART內核狀態情況。每個狀態位與控制寄存器中的對應中斷使能位相聯系。狀態寄存器可以在任何時候讀取。

　　控制寄存器Control由控制UART內核操作的控制位組成，控制寄存器的每一位使能狀態寄存器中對應位的中斷。當狀態位及其對應的中斷使能位為1時，UART內核產生一個中斷。

　　除數寄存器Divisor的值用于生成波特率時鐘。

　　數據包結束字符Endofpacket由數據包結束符寄存其的值確定，以便可變長度的DMA傳輸。

　　UART內核的寄存器映射表如表1所列。

　　2 串行異步通信軟件的實現

　　為了適應系統不同類型的需要，UART驅動程序提供兩種方式：快速型和一般型。快速型驅動程序采用中斷驅動方式，在設備不準備發送或接收數據時它允許處理器執行其他任務。由于UART數據率相對于處理器的速率較慢，快速驅動程序可以提供系統的處理性能。一般型驅動程序采用查詢執行方式，它在發送和接收每個字符前等待UART硬件的指示。

　　對于Nios II處理器用戶來說，Altera提供硬件抽象層HAL系統庫驅動程序，HAL系統庫API函數為Nios II處理器用戶提供訪問UART內核的完整特性。程序設計所涉及到的API函數如下：

　　(1) alt_avalon_uart_init

　　定義：void alt_avalon_uart_init(alt_avalon_uart_dev*dev，void*base，alt_u32 irq)

　　功能：用于初始化UART設備

　　(2) alt_avalon_uart_ioctl

　　定義：int alt_avalon_uart_ioctl(alt_fd*fd，int req，void*arg)

　　功能：處理基于HAL的程序請求設備指定的操作

　　(3) alr_avalon_uart_irq

　　定義：static void alt_avalon_uart_irq(void*context，alt_u32 id)

　　功能：處理UART的中斷操作

　　(4) alt_avalon_uart_read

　　定義：int alt_avalon uart_read(alt_fd*fd，char*ptr，int len)

　　功能：從UART中讀取數據

　　(5) alt_avalon_uart_write

　　定義：int alt_avalon_uart_write(alt fd*fd，const char*ptr，int len)

　　功能：寫一組數據到UART

　　以上幾個函數完全可以滿足UART與PC之間的數據通信，需要注意的是如果一次傳輸的數據過長，必須重新設置ALT_AVALON_UART_BUF_LEN的值，以保證傳輸過程中數據的正確性。如果此值過小，則在傳輸過程中可能會造成數據的丟失。在設置輸出終端時必須指定COM1/COM2端口，建立UART與PC之間的數據通路，用來接收從UART中發出的數據，同時通過這些端口從PC中發出數據到UART中。

　　本文所述的UART是基于Altera公司的一款主流低成本的FPGA，除了具有FPGA的優勢之外，還因為其CPU本身是以軟核的方式實現的，所以整個系統的功能可以根據需要進行功能定制，非常靈活。