5、以UART为例，来理解下何为接口协议，何为模块化设计（下）

主要内容为：

1、何为接口协议

2、认识UART协议

3、如何进行模块化设计

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    现在就来看看UART协议。我是用USB转串口线连接上位机与FPGA板卡，FPGA板卡用MAX232做电平转换之后与FPGA芯片相连。

    UART串口通讯的工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。UART是用两根线进行通信的，从一端看，一个用来收别人说的，一个是发自己说的，一根线它就有两种情况，要不是高电平，要不就是低电平，一根线咱们传数据呢？这就是事先说好的规定，也就是协议。大家可以想想，如果你来设计，咱们通过两根线来进行通讯，你会怎么设计呢？咱们先看看咱们的前辈是怎么设计的。他的格式就是“起始位（0）+八位数据+奇偶校验+停止位”，他的速度是由波特率来设定，空闲状态为高电平，这就是协议。下面咱们来理解一下。

       什么是起始位，就是要说话了，咱们人说话得先出个声，叫个“嗨，小张”器件它不能发声，所以就要模拟一个与不出话时候不一样的情景，这就是起始位，因为空闲时候是高电平，所以当出现低电平时候表示可以说话了。

      数据位，就是和小张说话的内容，就是吃饭了没，比如说，我发个5就表示问小张吃饭了没，那一根线怎么发了，人家说了，每个字符一位接一位地传输，也就是把5转为为二进制00000101，接下来就好像敲电报似得发出去。发0吧数据线拉低了，发1把数据线拉高了，这样就发完了。

       奇偶校验，什么是校验，就是判断对不对。比如，我问小张吃饭了没，同时做一个吃饭的动作，这小张听到我说吃饭了没，又看到我做吃饭的动作，就明白了我是在问他吃饭了没？如果我问他吃饭了没，又做个蹲坑的动作，小张就该迷茫了，这是在干啥呢，这时候校验不通过。对于uart就一根线，怎么校验，就数数你发的数里面有几个1,如果1的个数是计数就把停止位，话说完了，数据线拉高，我不说了。

    为啥要设定波特率呢，例如我说，小张吃饭了没？如果说快了，他反应不过来，以为我问他去厕所了？说慢了，他还不耐烦。所以说，接收者和发送者速率要匹配。对于机器，你不告诉说多块，更迷茫了，所以就引出了波特率这个概念。但这只是我们一种粗浅的理解，其实波特率是一个很有历史的名词，它是为了纪念电报码的发明者法国人波特（Baudot）故单位为baud，波特率表示串口通信的速率，可以通俗的理解为一个设备在一秒钟内发送（或接收）了多少码元符号。

    它是对符号传输速率的一种度量，1波特即指每秒传输1个码元。在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制）码元。大家有兴趣可以看百度百科的介绍波特率_百度百科

    如果波特率为9600，也就是每秒发送9600个数据（这里的数据包括起始、停止、校验位等，这也就是和比特率的区别，比特率说的是有效数据），这样的话发送一个数据的时间就是1÷9600=0.0001041667s=104166ns，我们晶振是50MHZ，时钟周期是20ns，所以计数个数为104166÷20=5208。所以，当我们在计数5208过程中要完成一位数据的传输，但为了保险起见，我们在这个数的中间进行传输，也就是2604时一位发送数据。

    模块化设计，模块化设计对FPGA工程师来说是非常重要的，合理的模块划分和封装不仅会使代码更友好，而且也非常利于维护，以下是我对模块划分的想法。

 就uart协议的模块划分，我是这样做的

把这个封装一下，就是这样的