1.UART 模块

1.1UART 工作原理

通过异步收发器（UART）用来传输串行数据。UART之间以全双工方式传输数据，最精简的连接方法只有三条连线：TXD用于发送数据，RXD用于接收数据，Gnd给双方提供参考电平。
UART使用标准的CMOS逻辑电平（0—5V、0—3.3V、0—2.5V或0—1.8V四种）来表示数据，高电平为1，低电平为0。为了增强干扰能力，提到传输长度，通常将CMOS逻辑电平转换为RS-232逻辑电平（3—15V以0表示，-3 — -15V以1表示）。TXD、RXD数据线以“位”位最小传输单位，传输数据包括1位起始位、5—8位数据位、1位奇偶校验位（可选）和1—2位停止位。低位在前，高位在后！
传输数据之前，UART之间要约定数据的传输速率（即每位所占时间，其倒数成为波特率）、数据的帧格式（即有多少个数据位、是否使用校验位、是奇校验还是偶校验、有几位停止位等）。

UART IP结构如下，可以看出，接收FIFO是16x12bit，而发送FIFO是16x8bit。

这是因为接收FIFO中多了4个状态位，包括帧错误、校验错误、中断错误和复写错误。

1.2UART 模块初始化流程

UART中常用的寄存器有控制寄存器UARTCR、线控寄存器UARTLCR_H、FIFO中断阈值寄存器UARTIFLS、波特率寄存器（整数部分UARTIBRD、小数部分UARTFBRD）、DMA控制寄存器UARTDMACR、标志寄存器UARTFR等。
(1)在配置uart的寄存器前，将控制寄存器UARTCR的bit0置低，取消模块使能。
(2)配置波特率寄存器。
(3)配置线控寄存器
bit0：是否发送break。
bit1：是否使能校验位。
bit2：奇偶校验选择。
bit3：1bit或2bit停止位。
bit4：是否使能FIFO。
bit5-6：数据位宽度选择，00-5bit，01-6bit，10-7bit，11-8bit。
bit7：固定校验位选择，一般不用，若该位为1，则校验位被固定为0或1，所以数据位后和校验位前会多出一个bit，用来满足奇偶校验要求。
(4)配置FIFO阈值寄存器。
(5)配置DMA控制寄存器UARTDMACR
bit0：RX DMA使能。
bit1：TX DMA使能。
bit2：DMA error。
这里的DMA指的是标准DMA IP，具体的源地址和目的地址、传输字节大小、位宽、DMA中断号等需要在DMA中设置。可参考IC验证之DMA使用
(6)配置控制寄存器URATCR，并且使能UART模块
bit0：使能uart模块。
bit8：发送使能。
bit9：接收使能。
bit14：RTS硬件流控。
bit15：CTS硬件流控。
(7)中断屏蔽寄存器UARTIMSC。
需要特别注意的是，虽然手册里说明写入1代表屏蔽该中断，但是实际上是写入1代表使能中断；写入0代表屏蔽中断！

2.UART 流控信号

在RS232中本来CTS与RTS有明确的意义，但自从贺氏(HAYES)推出了聪明猫(SmartModem)后就有点混淆了。在RS232中RTS与CTS是用来半双工模式下的方向切换；HAYES Modem中的RTS，CTS是用来进行硬件流控的。通常UART的RTC、CTS的含义指后者，即用来做硬流控的。

硬流控的RTS、CTS：RTS（Require To Send，发送请求）为输出信号，用于指示本设备准备好可接收；CTS（Clear To Send，发送清除）为输入信号，有效时停止发送。假定A、B两设备通信，A设备的RTS连接B设备的CTS；A设备的CTS连接B设备的RTS。前一路信号控制B设备的发送，后一路信号控制A设备的发送。对B设备的发送（A设备接收）来说，如果A设备接收缓冲快满的时发出RTS信号（意思通知B设备停止发送），B设备通过CTS检测到该信号，停止发送；一段时间后A设备接收缓冲有了空余，发出RTS信号，指示B设备开始发送数据。A设备发（B设备接收）类似。上述功能也能在数据流中插入Xoff（特殊字符）和Xon（另一个特殊字符）信号来实现。A设备一旦接收到B设备发送过来的Xoff，立刻停止发送；反之，如接收到B设备发送过来的Xon，则恢复发送数据给B设备。同理，B设备也类似，从而实现收发双方的速度匹配。

半双工的方向切换：RS232中使用DTR（Date Terminal Ready，数据终端准备）与DSR（Data Set Ready ，数据设备准备好）进行主流控，类似上述的RTS与CTS。对半双工的通信的DTE（Date Terminal Equipment，数据终端设备）与DCE（Data circuit Equipment ）来说，默认的方向是DTE接收，DCE发送。如果DTE要发送数据，必须发出RTS信号，请求发送数据。DCE收到后如果空闲则发出CTS回应RTS信号，表示响应请求，这样通信方向就变为DTE->TCE，同时RTS与CTS信号必须一直保持。从这里可以看出，CTS，TRS虽然也有点流控的意思（如CTS没有发出，DTE也不能发送数据），但主要是用来进行方向切换的。

如果UART只有RX、TX两个信号，要流控的话只能是软流控；如果有RX，TX，CTS，RTS四个信号，则多半是支持硬流控的UART；如果有RX，TX，CTS，RTS，DTR，DSR六个信号的话，RS232标准的可能性比较大。

顺便提一下：

DCD（ Data Carrier Detect，数据载波检测）：DCE向DTE指示，线路上检测到载波。

RI（Ring Indicator，振铃指示）：DCE向DTE指示，有呼叫接入

3.Modem

调制解调器（英文名Modem），俗称“猫”，是一种计算机硬件。它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言。

3.1计算机与modem连接

3.2计算机与非modem连接

3.3特殊情况

4.调试问题

4.1UART 帧错误

在测试使用DMA将UART接收到的数据搬运到SRAM中的case时，发现接收中断已经产生，但是RX FIFO的数据迟迟没有被搬运到sram中。调试发现，第一个字节接收过程中产生了帧错误，导致帧错误中断位被置高，且一直没有处理，所以阻碍了接收数据搬运，将帧错误标志位清除后，case正常。

4.2 UART 中断屏蔽寄存器

比较坑的一点，就是UART中断屏蔽寄存器的使用。虽然手册上描述，写入1代表屏蔽该中断。但是结合IP代码和使用测试，实际上是写入1代表使能该中断，而写入0代表屏蔽该中断！

参考资料

UART的RTS,CTS,DTR，DSR这类不常用的特殊信号
串口流控制详解（CTS/RTS,DTR/DSR）
UART串行口工作原理

IC验证之UART模块相关推荐

UART模块验证-面试总结
前言本篇博客依旧针对UART模块的验证项目进行面试总结,也是笔者面试过众多公司所总结整理的关于UART深挖的可问的知识点还是非常多,本篇博文可以说基本上涵盖大部分可问到的点关于下列有一些问题我并 ...
FPGA可以转行数字IC验证吗？
近期在知乎上看到过一个问答"入职做fpga,后续是否还可以转数字ic设计或者DFT?"浏览量高达24,361,看来有很多小伙伴关心这个问题,今天就来和大家唠一唠FPGA转行的问题. ...
入行IC验证工程师需要提前学习哪些内容?
近几年,因为IC行业的薪资待遇高,很多人入行转IC验证工程师,这里面有不少人处于一个迷茫的状态.其实,大多数行业具有周期性,想在行业内长久发展的话,建议要好好学习.那么入行IC验证工程师需要提前学习哪 ...
IC验证培训——SV Interface 入门指导
路桑的个人网址:路科验证 -IC验证培训-数字芯片验证当涉及到验证时,接口可能是SystemVerilog语言中经常用到的部分.接口广泛的应用在静态的被测设计(DUT)和动态的测试平台之间.本文介绍 ...
数字IC验证：电路基础知识（数字IC、SOC等）
文章目录 0 SOC结构 1 数字IC设计的流程 1.1 逻辑综合的流程 2 电路基础 2.1 三极管BJT 2.2 MOSFET 2.3 CMOS 2.4 锁存器与触发器:RS/D/JK/T 2.5 ...
【数字IC验证快速入门】2、通过一个SoC项目实例，了解SoC的架构，初探数字系统设计流程
导读:作者有幸在中国电子信息领域的排头兵院校"电子科技大学"攻读研究生期间,接触到前沿的数字IC验证知识,旁听到诸如华为海思.清华紫光.联发科技等业界顶尖集成电路相关企业面授课程, ...
IC验证培训——解读《多线程向量处理器验证技术的研究》
rockeric.com 随着集成电路工艺水平以及计算机体系结构技术的不断发展,微处理器的性能在过去的几十年中呈指数级的增长,伴随而来的是微处理器设计规模以及复杂度也快速增加.随之而来就是验证的难度急 ...
2021秋招IC验证面经-华为/英伟达/兆易创新/ZeKu
华为华为一面技术面: 简历上有实习经验的,会先问实习都做过哪些东西,哪些项目,画下图简单解释一下,在你做这个项目的时候,面临的最大的挑战是什么,如何解决的? 解释一下setup time和hold ...
年薪30W+的IC验证工程师究竟是做什么的？一文为你讲解清楚
众所周知IC行业是个投入非常大的行业,做一颗芯片开模的费用就达到了百万级,在芯片设计的过程中光BUG就可以达到上千个.如果这些BUG没有被发现的话,就可以遭受巨大的损失. 因此验证就是保证芯片功能正确 ...

IC验证之UART模块