基于FIFO技术和FPGA的多通道UART控制器设计与应用

本文档探讨了基于FIFO（First In First Out，先进先出）技术和FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的多通道UART控制器的设计与实现。在现代复杂控制系统中，通信需求日益增长，传统的串行通信方式已无法满足实时性和效率的要求。因此，作者Shouqian Yu、Lili Yi、Wei Hai Chen和Zhao Jin Wen，来自北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，提出了一个创新的解决方案。 设计方法首先涉及异步FIFO的设计，这种FIFO能够处理不同速率的数据流，并确保数据在发送和接收端之间的顺序一致性。FIFO作为缓冲机制，有效地解决了数据同步问题，减少了系统中子系统间的同步误差，这对于大规模分布式系统尤其重要。此外，设计还包括将UART电路块集成到FPGA中，以实现高效且快速的多通道通信功能。通过使用UART模块，控制器支持在主设备和从设备设置不同波特率的情况下进行通信，增强了系统的灵活性和兼容性。 文章详细介绍了控制器的硬件结构，包括FIFO电路的内部逻辑、接收/发送数据路径以及控制逻辑。这些设计使得控制器能够在高吞吐量环境下稳定工作，同时处理多个数据通道，满足多任务并行通信的需求。通信序列图进一步展示了控制器在实际应用中的操作流程和交互模式，使得用户可以直观地理解其在复杂系统中的应用场景。 这篇论文提供了一种实用的解决方案，不仅提升了系统的通信性能，还简化了集成过程，对于工业自动化、航空电子等领域中的实时控制和通信系统具有显著的价值。通过采用FIFO技术和FPGA平台，该多通道UART控制器为现代控制系统的高效通信设计树立了一个新的标杆。