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UART IP 项目使用的代码； 使用verilog； IP使用VCS进行仿真； 可移植到任何FPGA上使用； 上板测试工程为回环测试，接收上位机发送数据再发回给上位机，也包含仿真文件，使用vivado

在FPGA开发中玩转UART通信就像搭积木——只要掌握核心状态机，剩下的就是参数配置的功夫。今天咱们直接扒开这个裸奔版UART IP的代码骨架，看看怎么用Verilog实现从零到回环测试的全流程。

收发模块的核心都是那个魔性的状态机。接收端的状态转移最有意思，用边沿检测搞定起始位确认：

always @(posedge clk) begin case(rx_state) IDLE: if(!rxd_sync) begin // 捕捉起始位下降沿 baud_cnt <= CLK_DIVIDER/2; rx_state <= START; end START: if(baud_cnt == 0) begin if(!rxd_sync) begin // 二次确认起始位 bit_cnt <= 0; rx_state <= DATA; end else rx_state <= IDLE; end //...后续状态处理 endcase end

这个设计亮点在于用CLK_DIVIDER/2实现中点采样，避免信号边沿抖动。当检测到起始位后，计数器从半周期位置开始倒计时，确保每个数据位都在稳定区域采样。

波特率生成模块其实可以玩得更骚——试试用累加器替代传统分频计数器。比如对于115200波特率：

reg [15:0] baud_accum = 0; always @(posedge clk) begin baud_accum <= baud_accum + BAUD_STEP; end wire baud_tick = baud_accum[15]; // 最高位翻转即为波特率时钟

其中BAUD_STEP = (115200 * 2^16) / 系统时钟频率。这种相位累加器方案特别适合需要动态调整波特率的场景，修改STEP值就能实时切波特率。

回环测试的顶层设计简单粗暴但有效：

assign txd = loop_en ? rx_buf : txd_reg; // 模式切换开关 always @(posedge clk) begin if(rx_done) tx_data <= {1'b1, rx_byte, 1'b0}; // 自动补停止位 end

在Vivado里实测时，记得在约束文件里把收发信号约束到FTDI芯片对应的引脚。有个坑要注意：部分FPGA的IO bank电压需要与USB转串口芯片匹配，3.3V和1.8V混接会直接导致通信失败。

仿真文件里藏着几个典型测试场景：

1. 突发连续字节传输
2. 故意制造帧错误（停止位缺失）
3. 波特率偏差压力测试

用VCS跑仿真时重点关注时序波形里的建立保持时间：

#10 rxd = 0; // 拉低起始位 #520000 rxd = data[0]; // 按波特率间隔切换数据位

这种直接驱动信号的方式虽然原始，但最能暴露状态机漏洞。曾经有个隐蔽的bug就是在停止位采样时，状态机没及时回到IDLE，导致连续接收时丢失第一个字节。

代码仓库里还埋了个彩蛋：通过define切换同步/异步FIFO配置。当系统时钟超过50MHz时，建议启用同步FIFO防止亚稳态，这时候就需要在发送模块里插个简单的双时钟FIFO：

generate if(USE_SYNC_FIFO) begin // 同步FIFO实现 always @(posedge clk) begin fifo[wptr] <= data_in; wptr <= wptr + 1; end end else begin // 异步FIFO实现（格雷码转换） end endgenerate

最后说个血泪教训：上板调试时务必先确认串口助手的设置。有次折腾两小时发现是停止位设置成2位而代码只支持1位，这种低级错误比代码bug更难排查。现在我的调试清单第一条永远是——先用示波器抓波形，确认物理层信号没问题再怼逻辑分析仪。