VHDL. Реализация UART на ПЛИС

----------------------------------------------------------------------------------
-- Creation Date: 21:12:48 05/06/2010 
-- Module Name: RS232/UART Interface - Behavioral
-- Used TAB of 4 Spaces
----------------------------------------------------------------------------------
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
 
entity uart is
generic (
    CLK_FREQ    : integer := 50;        -- Main frequency (MHz)
    SER_FREQ    : integer := 9600       -- Baud rate (bps)
);
port (
    -- Control
    clk         : in    std_logic;      -- Main clock
    rst         : in    std_logic;      -- Main reset
    -- External Interface
    rx          : in    std_logic;      -- RS232 received serial data
    tx          : out   std_logic;      -- RS232 transmitted serial data
    -- RS232/UART Configuration
    par_en      : in    std_logic;      -- Parity bit enable
    -- uPC Interface
    tx_req      : in    std_logic;                      -- Request SEND of data
    tx_end      : out   std_logic;                      -- Data SENDED
    tx_data     : in    std_logic_vector(7 downto 0);   -- Data to transmit
    rx_ready    : out   std_logic;                      -- Received data ready to uPC read
    rx_data     : out   std_logic_vector(7 downto 0)    -- Received data 
);
end uart;
 
architecture Behavioral of uart is
 
    -- Constants
    constant UART_IDLE  :   std_logic := '1';
    constant UART_START :   std_logic := '0';
    constant PARITY_EN  :   std_logic := '1';
    constant RST_LVL    :   std_logic := '1';
 
    -- Types
    type state is (idle,data,parity,stop1,stop2);           -- Stop1 and Stop2 are inter frame gap signals
 
    -- RX Signals
    signal rx_fsm       :   state;                          -- Control of reception
    signal rx_clk_en    :   std_logic;                      -- Received clock enable
    signal rx_rcv_init  :   std_logic;                      -- Start of reception
    signal rx_par_bit   :   std_logic;                      -- Calculated Parity bit
    signal rx_data_deb  :   std_logic;                      -- Debounce RX data
    signal rx_data_tmp  :   std_logic_vector(7 downto 0);   -- Serial to parallel converter
    signal rx_data_cnt  :   std_logic_vector(2 downto 0);   -- Count received bits
 
    -- TX Signals
    signal tx_fsm       :   state;                          -- Control of transmission
    signal tx_clk_en    :   std_logic;                      -- Transmited clock enable
    signal tx_par_bit   :   std_logic;                      -- Calculated Parity bit
    signal tx_data_tmp  :   std_logic_vector(7 downto 0);   -- Parallel to serial converter
    signal tx_data_cnt  :   std_logic_vector(2 downto 0);   -- Count transmited bits
 
begin
 
    tx_clk_gen:process(clk)
        variable counter    :   integer range 0 to conv_integer((CLK_FREQ*1_000_000)/SER_FREQ-1);
    begin
        if clk'event and clk = '1' then
            -- Normal Operation
            if counter = (CLK_FREQ*1_000_000)/SER_FREQ-1 then
                tx_clk_en   <=  '1';
                counter     :=  0;
            else
                tx_clk_en   <=  '0';
                counter     :=  counter + 1;
            end if;
            -- Reset condition
            if rst = RST_LVL then
                tx_clk_en   <=  '0';
                counter     :=  0;
            end if;
        end if;
    end process;
 
    tx_proc:process(clk)
        variable data_cnt   : std_logic_vector(2 downto 0);
    begin
        if clk'event and clk = '1' then
            if tx_clk_en = '1' then
                -- Default values
                tx_end                  <=  '0';
                tx                      <=  UART_IDLE;
                -- FSM description
                case tx_fsm is
                    -- Wait to transfer data
                    when idle =>
                        -- Send Init Bit
                        if tx_req = '1' then
                            tx          <=  UART_START;
                            tx_data_tmp <=  tx_data;
                            tx_fsm      <=  data;
                            tx_data_cnt <=  (others=>'1');
                            tx_par_bit  <=  '0';
                        end if;
                    -- Data receive
                    when data =>
                        tx              <=  tx_data_tmp(0);
                        tx_par_bit      <=  tx_par_bit xor tx_data_tmp(0);
                        if tx_data_cnt = 0 then
                            if par_en = PARITY_EN then
                                tx_fsm  <=  parity;
                            else
                                tx_fsm  <=  stop1;
                            end if;
                            tx_data_cnt <=  (others=>'1');
                        else
                            tx_data_tmp <=  '0' & tx_data_tmp(7 downto 1);
                            tx_data_cnt <=  tx_data_cnt - 1;
                        end if;
                    when parity =>
                        tx              <=  tx_par_bit;
                        tx_fsm          <=  stop1;
                    -- End of communication
                    when stop1 =>
                        -- Send Stop Bit
                        tx              <=  UART_IDLE;
                        tx_fsm          <=  stop2;
                    when stop2 =>
                        -- Send Stop Bit
                        tx_end          <=  '1';
                        tx              <=  UART_IDLE;
                        tx_fsm          <=  idle;
                    -- Invalid States
                    when others => null;
                end case;
                -- Reset condition
                if rst = RST_LVL then
                    tx_fsm              <=  idle;
                    tx_par_bit          <=  '0';
                    tx_data_tmp         <=  (others=>'0');
                    tx_data_cnt         <=  (others=>'0');
                end if;
            end if;
        end if;
    end process;
 
    rx_debounceer:process(clk)
        variable deb_buf    :   std_logic_vector(3 downto 0);
    begin
        if clk'event and clk = '1' then
            -- Debounce logic
            if deb_buf = "0000" then
                rx_data_deb     <=  '0';
            elsif deb_buf = "1111" then
                rx_data_deb     <=  '1';
            end if;
            -- Data storage to debounce
            deb_buf             :=  deb_buf(2 downto 0) & rx;
        end if;
    end process;
 
    rx_start_detect:process(clk)
        variable rx_data_old    :   std_logic;
    begin
        if clk'event and clk = '1' then
            -- Falling edge detection
            if rx_data_old = '1' and rx_data_deb = '0' and rx_fsm = idle then
                rx_rcv_init     <=  '1';
            else
                rx_rcv_init     <=  '0';
            end if;
            -- Default assignments
            rx_data_old         :=  rx_data_deb;
            -- Reset condition
            if rst = RST_LVL then
                rx_data_old     :=  '0';
                rx_rcv_init     <=  '0';
            end if;
        end if;
    end process;
 
 
    rx_clk_gen:process(clk)
        variable counter    :   integer range 0 to conv_integer((CLK_FREQ*1_000_000)/SER_FREQ-1);
    begin
        if clk'event and clk = '1' then
            -- Normal Operation
            if counter = (CLK_FREQ*1_000_000)/SER_FREQ-1 or rx_rcv_init = '1' then
                rx_clk_en   <=  '1';
                counter     :=  0;
            else
                rx_clk_en   <=  '0';
                counter     :=  counter + 1;
            end if;
            -- Reset condition
            if rst = RST_LVL then
                rx_clk_en   <=  '0';
                counter     :=  0;
            end if;
        end if;
    end process;
 
    rx_proc:process(clk)
    begin
        if clk'event and clk = '1' then
            -- Default values
            rx_ready        <=  '0';
            -- Enable on UART rate
            if rx_clk_en = '1' then
                -- FSM description
                case rx_fsm is
                    -- Wait to transfer data
                    when idle =>
                        if rx_data_deb = UART_START then
                            rx_fsm      <=  data;
                        end if;
                        rx_par_bit      <=  '0';
                        rx_data_cnt     <=  (others=>'0');
                    -- Data receive
                    when data =>
                        -- Check data to generate parity
                        if par_en = PARITY_EN then
                            rx_par_bit      <=  rx_par_bit xor rx;
                        end if;
 
                        if rx_data_cnt = 7 then
                            -- Data path
                            rx_data(7)      <=  rx;
                            for i in 0 to 6 loop
                                rx_data(i)  <=  rx_data_tmp(6-i);
                            end loop;
 
                            -- With parity verification
                            if par_en = PARITY_EN then
                                rx_fsm      <=  parity;
                            -- Without parity verification
                            else
                                rx_ready    <=  '1';
                                rx_fsm      <=  idle;
                            end if;
                        else
                            rx_data_tmp     <=  rx_data_tmp(6 downto 0) & rx;
                            rx_data_cnt     <=  rx_data_cnt + 1;
                        end if;
                    when parity =>
                        -- Check received parity
                        rx_fsm              <=  idle;
                        if rx_par_bit = rx then
                            rx_ready        <=  '1';
                        end if;
                    when others => null;
                end case;
                -- Reset condition
                if rst = RST_LVL then
                    rx_fsm          <=  idle;
                    rx_ready        <=  '0';
                    rx_data         <=  (others=>'0');
                    rx_data_tmp     <=  (others=>'0');
                    rx_data_cnt     <=  (others=>'0');
                end if;
            end if;
        end if;
    end process;
 
end Behavioral;

                    when data =>
                        -- Check data to generate parity
                        if par_en = PARITY_EN then
                            rx_par_bit      <=  rx_par_bit xor rx;
                        end if;
 
                        if rx_data_cnt = 7 then
                            -- Data path
                            rx_data(7)      <=  rx;
 
                            for i in 0 to 6 loop
                                rx_data(i)  <=  rx_data_tmp(6-i);
                            end loop;