基于VHDL的串口收发实现

要实现基于VHDL的串口收发，首先需要了解串口通信的基本原理。串口通信是通过串行传输数据，即将数据按照位的顺序依次发送或接收。串口通信包含数据位、停止位和校验位等参数，需要在发送和接收端进行设置和匹配。

下面是一个基于VHDL的串口收发的简单实现：

entity uart is
    generic(
        clk_frequency: integer := 50_000_000; --时钟频率
        baud_rate: integer := 9600; --波特率
        data_bits: integer := 8; --数据位数
        parity: string := "none"; --奇偶校验方式
        stop_bits: integer := 1 --停止位数
    );
    port(
        clk: in std_logic; --时钟
        reset: in std_logic; --复位
        tx: out std_logic; --发送端口
        rx: in std_logic --接收端口
    );
end uart;

architecture Behavioral of uart is
    --内部信号
    signal baud_tick: integer range 0 to clk_frequency/baud_rate-1 := 0; --波特率计数器
    signal bit_count: integer range 0 to data_bits+stop_bits+1 := 0; --位计数器
    signal data: std_logic_vector(data_bits-1 downto 0) := (others => '0'); --数据
    signal parity_bit: std_logic := '0'; --奇偶校验位
    signal stop_bit: std_logic := '1'; --停止位
    signal tx_busy: std_logic := '0'; --发送忙标志

begin
    --波特率计数器
    baud_tick <= baud_tick + 1 when baud_tick /= clk_frequency/baud_rate-1 else 0;

    --发送
    tx <= '0' when tx_busy = '1' else stop_bit & data & parity_bit & stop_bit when bit_count = data_bits+stop_bits+1 else
        '1' when bit_count = data_bits+stop_bits else
        data(data_bits-1) when bit_count = 1 else
        parity_bit when bit_count = data_bits+1 else
        stop_bit when bit_count = data_bits+stop_bits+1 else
        '1';

    --接收
    process(clk)
    begin
        if rising_edge(clk) then
            if reset = '1' then
                bit_count <= 0;
                data <= (others => '0');
                parity_bit <= '0';
                stop_bit <= '1';
            else
                if rx = '0' and bit_count = 0 then --接收到起始位
                    bit_count <= 1;
                elsif bit_count > 0 and bit_count <= data_bits then --接收数据位
                    data(bit_count-1) <= rx;
                    bit_count <= bit_count + 1;
                elsif bit_count = data_bits+1 and parity /= "none" then --接收奇偶校验位
                    parity_bit <= rx;
                    bit_count <= bit_count + 1;
                elsif bit_count = data_bits+1 and parity = "none" then --无奇偶校验
                    parity_bit <= '0';
                    bit_count <= bit_count + 1;
                elsif bit_count = data_bits+2 then --接收停止位
                    stop_bit <= rx;
                    bit_count <= 0;
                end if;
            end if;
        end if;
    end process;

    --发送数据
    process(clk)
    begin
        if rising_edge(clk) then
            if reset = '1' then
                tx_busy <= '0';
            else
                if tx_busy = '1' then --发送忙
                    if bit_count = data_bits+stop_bits+1 then
                        tx_busy <= '0';
                    end if;
                else
                    if bit_count > 0 then --开始发送
                        tx_busy <= '1';
                        bit_count <= bit_count + 1;
                    end if;
                end if;
            end if;
        end if;
    end process;

end Behavioral;

该实现中包含了发送和接收两个部分。发送部分包括波特率计数器、位计数器、数据、奇偶校验位、停止位和发送忙标志等信号。接收部分包括波特率计数器、位计数器、数据、奇偶校验位和停止位等信号。接收部分通过一个 process 进行处理，发送部分则通过另一个 process 处理。其中，tx_busy 标志表示发送忙，当发送忙时，将不会继续发送，直到发送完成。

需要注意的是，该实现中的波特率计数器是通过计算得到的，因此需要根据时钟频率和波特率设置相应的计数器值。此外，还需要根据实际需求设置数据位数、奇偶校验方式和停止位数等参数。