基于FPGA的带CRC校验的异步串口通信

摘要：由于FPGA具有速度快，效率高，灵活稳定，集成度高等优点，所以为了提高串口通信的速度和效率，在串行通信中采用FPGA来实现串口通信是十分必要的。由于通信传输的不确定性以及干扰等原因，串行通信经常会出现异常情况。然而，在串行通信中添加CRC校验，可以提高通信的可靠性。采用Verilog HDL设计的一个带CRC校验的串口通信程序，对其下栽到FPGA芯片中进行实验验证，得到的结论是用FPGA进行串口通信，可大大提高通信的速度和效率，且CRC校验确保了通信的准确性及卡可靠性。
关键词：Verilog HDL；串口通信；FPGA；CRC检验

O 引言
现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)在数字电路设计中已经被广泛使用。这种设计方式可以将以前需要多块集成芯片的电路设计到一块大模块可编程逻辑器件中，大大减少了电路板的尺寸，增强了系统的可靠性和设计的灵活性。本文详细介绍了已在实际项目中应用的基于FPGA的串口通信设计。硬件描述语言(hardware description language，HDL)是一种用形式化方法来描述数字电路和设计数字逻辑系统的语言。数字逻辑电路设计者可以利用这种语言来描述自己的设计思想，然后利用电子设计自化(EDA)工具进行仿真，再自动综合到门级电路，然后用ASIC或Soft-Core实现其功能。Verilog HDL是硬件描述语言的一种，用于数字电子系统设计。串口通信是指在一个时间内传输1位数字数据。从19世纪的二进位电报编码，发展到现在的RS 232(EIA 232)，主要用于连接终端和大型主机。串口通信在过去的40年里，大大推动了通信技术的发展。通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫通信控制规程，或称传输控制规程，它属于 ISO’sOSI七层
参考模型中的数据链路层，其主要完成的作用如下：
(1)实现数据格式化；
(2)进行串／并转换；
(3)控制数据传输速率；
(4)进行错误检测；
(5)进行TTL与EIA电平转换；
(6)提供EIA-RS 232C接口标准所要求的信号线；
(7)为了完成上述串行接口的任务，串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成。

1 方案设计与分析
1．1 硬件电路
该方案的硬件电路设计包括：FPGA芯片、MAX3232，DB9。其硬件电路与微机通信的结构框图如图1所示。


1．2 软件设计思想
软件部分的设计流程如图2所示。