source: XOpenSparcT1/trunk/OC-UART/uart_receiver.v @ 6

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versione iniziale opensparc

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1//////////////////////////////////////////////////////////////////////
2////                                                              ////
3////  uart_receiver.v                                             ////
4////                                                              ////
5////                                                              ////
6////  This file is part of the "UART 16550 compatible" project    ////
7////  http://www.opencores.org/cores/uart16550/                   ////
8////                                                              ////
9////  Documentation related to this project:                      ////
10////  - http://www.opencores.org/cores/uart16550/                 ////
11////                                                              ////
12////  Projects compatibility:                                     ////
13////  - WISHBONE                                                  ////
14////  RS232 Protocol                                              ////
15////  16550D uart (mostly supported)                              ////
16////                                                              ////
17////  Overview (main Features):                                   ////
18////  UART core receiver logic                                    ////
19////                                                              ////
20////  Known problems (limits):                                    ////
21////  None known                                                  ////
22////                                                              ////
23////  To Do:                                                      ////
24////  Thourough testing.                                          ////
25////                                                              ////
26////  Author(s):                                                  ////
27////      - gorban@opencores.org                                  ////
28////      - Jacob Gorban                                          ////
29////      - Igor Mohor (igorm@opencores.org)                      ////
30////                                                              ////
31////  Created:        2001/05/12                                  ////
32////  Last Updated:   2001/05/17                                  ////
33////                  (See log for the revision history)          ////
34////                                                              ////
35////                                                              ////
36//////////////////////////////////////////////////////////////////////
37////                                                              ////
38//// Copyright (C) 2000, 2001 Authors                             ////
39////                                                              ////
40//// This source file may be used and distributed without         ////
41//// restriction provided that this copyright statement is not    ////
42//// removed from the file and that any derivative work contains  ////
43//// the original copyright notice and the associated disclaimer. ////
44////                                                              ////
45//// This source file is free software; you can redistribute it   ////
46//// and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General   ////
47//// Public License as published by the Free Software Foundation; ////
48//// either version 2.1 of the License, or (at your option) any   ////
49//// later version.                                               ////
50////                                                              ////
51//// This source is distributed in the hope that it will be       ////
52//// useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied   ////
53//// warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR      ////
54//// PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public License for more ////
55//// details.                                                     ////
56////                                                              ////
57//// You should have received a copy of the GNU Lesser General    ////
58//// Public License along with this source; if not, download it   ////
59//// from http://www.opencores.org/lgpl.shtml                     ////
60////                                                              ////
61//////////////////////////////////////////////////////////////////////
62//
63// CVS Revision History
64//
65// $Log: not supported by cvs2svn $
66// Revision 1.29  2002/07/29 21:16:18  gorban
67// The uart_defines.v file is included again in sources.
68//
69// Revision 1.28  2002/07/22 23:02:23  gorban
70// Bug Fixes:
71//  * Possible loss of sync and bad reception of stop bit on slow baud rates fixed.
72//   Problem reported by Kenny.Tung.
73//  * Bad (or lack of ) loopback handling fixed. Reported by Cherry Withers.
74//
75// Improvements:
76//  * Made FIFO's as general inferrable memory where possible.
77//  So on FPGA they should be inferred as RAM (Distributed RAM on Xilinx).
78//  This saves about 1/3 of the Slice count and reduces P&R and synthesis times.
79//
80//  * Added optional baudrate output (baud_o).
81//  This is identical to BAUDOUT* signal on 16550 chip.
82//  It outputs 16xbit_clock_rate - the divided clock.
83//  It's disabled by default. Define UART_HAS_BAUDRATE_OUTPUT to use.
84//
85// Revision 1.27  2001/12/30 20:39:13  mohor
86// More than one character was stored in case of break. End of the break
87// was not detected correctly.
88//
89// Revision 1.26  2001/12/20 13:28:27  mohor
90// Missing declaration of rf_push_q fixed.
91//
92// Revision 1.25  2001/12/20 13:25:46  mohor
93// rx push changed to be only one cycle wide.
94//
95// Revision 1.24  2001/12/19 08:03:34  mohor
96// Warnings cleared.
97//
98// Revision 1.23  2001/12/19 07:33:54  mohor
99// Synplicity was having troubles with the comment.
100//
101// Revision 1.22  2001/12/17 14:46:48  mohor
102// overrun signal was moved to separate block because many sequential lsr
103// reads were preventing data from being written to rx fifo.
104// underrun signal was not used and was removed from the project.
105//
106// Revision 1.21  2001/12/13 10:31:16  mohor
107// timeout irq must be set regardless of the rda irq (rda irq does not reset the
108// timeout counter).
109//
110// Revision 1.20  2001/12/10 19:52:05  gorban
111// Igor fixed break condition bugs
112//
113// Revision 1.19  2001/12/06 14:51:04  gorban
114// Bug in LSR[0] is fixed.
115// All WISHBONE signals are now sampled, so another wait-state is introduced on all transfers.
116//
117// Revision 1.18  2001/12/03 21:44:29  gorban
118// Updated specification documentation.
119// Added full 32-bit data bus interface, now as default.
120// Address is 5-bit wide in 32-bit data bus mode.
121// Added wb_sel_i input to the core. It's used in the 32-bit mode.
122// Added debug interface with two 32-bit read-only registers in 32-bit mode.
123// Bits 5 and 6 of LSR are now only cleared on TX FIFO write.
124// My small test bench is modified to work with 32-bit mode.
125//
126// Revision 1.17  2001/11/28 19:36:39  gorban
127// Fixed: timeout and break didn't pay attention to current data format when counting time
128//
129// Revision 1.16  2001/11/27 22:17:09  gorban
130// Fixed bug that prevented synthesis in uart_receiver.v
131//
132// Revision 1.15  2001/11/26 21:38:54  gorban
133// Lots of fixes:
134// Break condition wasn't handled correctly at all.
135// LSR bits could lose their values.
136// LSR value after reset was wrong.
137// Timing of THRE interrupt signal corrected.
138// LSR bit 0 timing corrected.
139//
140// Revision 1.14  2001/11/10 12:43:21  gorban
141// Logic Synthesis bugs fixed. Some other minor changes
142//
143// Revision 1.13  2001/11/08 14:54:23  mohor
144// Comments in Slovene language deleted, few small fixes for better work of
145// old tools. IRQs need to be fix.
146//
147// Revision 1.12  2001/11/07 17:51:52  gorban
148// Heavily rewritten interrupt and LSR subsystems.
149// Many bugs hopefully squashed.
150//
151// Revision 1.11  2001/10/31 15:19:22  gorban
152// Fixes to break and timeout conditions
153//
154// Revision 1.10  2001/10/20 09:58:40  gorban
155// Small synopsis fixes
156//
157// Revision 1.9  2001/08/24 21:01:12  mohor
158// Things connected to parity changed.
159// Clock devider changed.
160//
161// Revision 1.8  2001/08/23 16:05:05  mohor
162// Stop bit bug fixed.
163// Parity bug fixed.
164// WISHBONE read cycle bug fixed,
165// OE indicator (Overrun Error) bug fixed.
166// PE indicator (Parity Error) bug fixed.
167// Register read bug fixed.
168//
169// Revision 1.6  2001/06/23 11:21:48  gorban
170// DL made 16-bit long. Fixed transmission/reception bugs.
171//
172// Revision 1.5  2001/06/02 14:28:14  gorban
173// Fixed receiver and transmitter. Major bug fixed.
174//
175// Revision 1.4  2001/05/31 20:08:01  gorban
176// FIFO changes and other corrections.
177//
178// Revision 1.3  2001/05/27 17:37:49  gorban
179// Fixed many bugs. Updated spec. Changed FIFO files structure. See CHANGES.txt file.
180//
181// Revision 1.2  2001/05/21 19:12:02  gorban
182// Corrected some Linter messages.
183//
184// Revision 1.1  2001/05/17 18:34:18  gorban
185// First 'stable' release. Should be sythesizable now. Also added new header.
186//
187// Revision 1.0  2001-05-17 21:27:11+02  jacob
188// Initial revision
189//
190//
191
192// synopsys translate_off
193`include "timescale.v"
194// synopsys translate_on
195
196`include "uart_defines.v"
197
198module uart_receiver (clk, wb_rst_i, lcr, rf_pop, srx_pad_i, enable, 
199        counter_t, rf_count, rf_data_out, rf_error_bit, rf_overrun, rx_reset, lsr_mask, rstate, rf_push_pulse);
200
201input                           clk;
202input                           wb_rst_i;
203input   [7:0]   lcr;
204input                           rf_pop;
205input                           srx_pad_i;
206input                           enable;
207input                           rx_reset;
208input       lsr_mask;
209
210output  [9:0]                   counter_t;
211output  [`UART_FIFO_COUNTER_W-1:0]      rf_count;
212output  [`UART_FIFO_REC_WIDTH-1:0]      rf_data_out;
213output                          rf_overrun;
214output                          rf_error_bit;
215output [3:0]            rstate;
216output                          rf_push_pulse;
217
218reg     [3:0]   rstate;
219reg     [3:0]   rcounter16;
220reg     [2:0]   rbit_counter;
221reg     [7:0]   rshift;                 // receiver shift register
222reg             rparity;                // received parity
223reg             rparity_error;
224reg             rframing_error;         // framing error flag
225reg             rbit_in;
226reg             rparity_xor;
227reg     [7:0]   counter_b;      // counts the 0 (low) signals
228reg   rf_push_q;
229
230// RX FIFO signals
231reg     [`UART_FIFO_REC_WIDTH-1:0]      rf_data_in;
232wire    [`UART_FIFO_REC_WIDTH-1:0]      rf_data_out;
233wire      rf_push_pulse;
234reg                             rf_push;
235wire                            rf_pop;
236wire                            rf_overrun;
237wire    [`UART_FIFO_COUNTER_W-1:0]      rf_count;
238wire                            rf_error_bit; // an error (parity or framing) is inside the fifo
239wire                            break_error = (counter_b == 0);
240
241// RX FIFO instance
242uart_rfifo #(`UART_FIFO_REC_WIDTH) fifo_rx(
243        .clk(           clk             ), 
244        .wb_rst_i(      wb_rst_i        ),
245        .data_in(       rf_data_in      ),
246        .data_out(      rf_data_out     ),
247        .push(          rf_push_pulse           ),
248        .pop(           rf_pop          ),
249        .overrun(       rf_overrun      ),
250        .count(         rf_count        ),
251        .error_bit(     rf_error_bit    ),
252        .fifo_reset(    rx_reset        ),
253        .reset_status(lsr_mask)
254);
255
256wire            rcounter16_eq_7 = (rcounter16 == 4'd7);
257wire            rcounter16_eq_0 = (rcounter16 == 4'd0);
258wire            rcounter16_eq_1 = (rcounter16 == 4'd1);
259
260wire [3:0] rcounter16_minus_1 = rcounter16 - 1'b1;
261
262parameter  sr_idle                                      = 4'd0;
263parameter  sr_rec_start                         = 4'd1;
264parameter  sr_rec_bit                           = 4'd2;
265parameter  sr_rec_parity                        = 4'd3;
266parameter  sr_rec_stop                          = 4'd4;
267parameter  sr_check_parity              = 4'd5;
268parameter  sr_rec_prepare                       = 4'd6;
269parameter  sr_end_bit                           = 4'd7;
270parameter  sr_ca_lc_parity            = 4'd8;
271parameter  sr_wait1                                     = 4'd9;
272parameter  sr_push                                      = 4'd10;
273
274
275always @(posedge clk or posedge wb_rst_i)
276begin
277  if (wb_rst_i)
278  begin
279     rstate                     <= #1 sr_idle;
280          rbit_in                               <= #1 1'b0;
281          rcounter16                    <= #1 0;
282          rbit_counter          <= #1 0;
283          rparity_xor           <= #1 1'b0;
284          rframing_error        <= #1 1'b0;
285          rparity_error                 <= #1 1'b0;
286          rparity                               <= #1 1'b0;
287          rshift                                <= #1 0;
288          rf_push                               <= #1 1'b0;
289          rf_data_in                    <= #1 0;
290  end
291  else
292  if (enable)
293  begin
294        case (rstate)
295        sr_idle : begin
296                        rf_push                           <= #1 1'b0;
297                        rf_data_in        <= #1 0;
298                        rcounter16        <= #1 4'b1110;
299                        if (srx_pad_i==1'b0 & ~break_error)   // detected a pulse (start bit?)
300                        begin
301                                rstate            <= #1 sr_rec_start;
302                        end
303                end
304        sr_rec_start :  begin
305                        rf_push                           <= #1 1'b0;
306                                if (rcounter16_eq_7)    // check the pulse
307                                        if (srx_pad_i==1'b1)   // no start bit
308                                                rstate <= #1 sr_idle;
309                                        else            // start bit detected
310                                                rstate <= #1 sr_rec_prepare;
311                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
312                        end
313        sr_rec_prepare:begin
314                                case (lcr[/*`UART_LC_BITS*/1:0])  // number of bits in a word
315                                2'b00 : rbit_counter <= #1 3'b100;
316                                2'b01 : rbit_counter <= #1 3'b101;
317                                2'b10 : rbit_counter <= #1 3'b110;
318                                2'b11 : rbit_counter <= #1 3'b111;
319                                endcase
320                                if (rcounter16_eq_0)
321                                begin
322                                        rstate          <= #1 sr_rec_bit;
323                                        rcounter16      <= #1 4'b1110;
324                                        rshift          <= #1 0;
325                                end
326                                else
327                                        rstate <= #1 sr_rec_prepare;
328                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
329                        end
330        sr_rec_bit :    begin
331                                if (rcounter16_eq_0)
332                                        rstate <= #1 sr_end_bit;
333                                if (rcounter16_eq_7) // read the bit
334                                        case (lcr[/*`UART_LC_BITS*/1:0])  // number of bits in a word
335                                        2'b00 : rshift[4:0]  <= #1 {srx_pad_i, rshift[4:1]};
336                                        2'b01 : rshift[5:0]  <= #1 {srx_pad_i, rshift[5:1]};
337                                        2'b10 : rshift[6:0]  <= #1 {srx_pad_i, rshift[6:1]};
338                                        2'b11 : rshift[7:0]  <= #1 {srx_pad_i, rshift[7:1]};
339                                        endcase
340                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
341                        end
342        sr_end_bit :   begin
343                                if (rbit_counter==3'b0) // no more bits in word
344                                        if (lcr[`UART_LC_PE]) // choose state based on parity
345                                                rstate <= #1 sr_rec_parity;
346                                        else
347                                        begin
348                                                rstate <= #1 sr_rec_stop;
349                                                rparity_error <= #1 1'b0;  // no parity - no error :)
350                                        end
351                                else            // else we have more bits to read
352                                begin
353                                        rstate <= #1 sr_rec_bit;
354                                        rbit_counter <= #1 rbit_counter - 1'b1;
355                                end
356                                rcounter16 <= #1 4'b1110;
357                        end
358        sr_rec_parity: begin
359                                if (rcounter16_eq_7)    // read the parity
360                                begin
361                                        rparity <= #1 srx_pad_i;
362                                        rstate <= #1 sr_ca_lc_parity;
363                                end
364                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
365                        end
366        sr_ca_lc_parity : begin    // rcounter equals 6
367                                rcounter16  <= #1 rcounter16_minus_1;
368                                rparity_xor <= #1 ^{rshift,rparity}; // calculate parity on all incoming data
369                                rstate      <= #1 sr_check_parity;
370                          end
371        sr_check_parity: begin    // rcounter equals 5
372                                case ({lcr[`UART_LC_EP],lcr[`UART_LC_SP]})
373                                        2'b00: rparity_error <= #1  rparity_xor == 0;  // no error if parity 1
374                                        2'b01: rparity_error <= #1 ~rparity;      // parity should sticked to 1
375                                        2'b10: rparity_error <= #1  rparity_xor == 1;   // error if parity is odd
376                                        2'b11: rparity_error <= #1  rparity;      // parity should be sticked to 0
377                                endcase
378                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
379                                rstate <= #1 sr_wait1;
380                          end
381        sr_wait1 :      if (rcounter16_eq_0)
382                        begin
383                                rstate <= #1 sr_rec_stop;
384                                rcounter16 <= #1 4'b1110;
385                        end
386                        else
387                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
388        sr_rec_stop :   begin
389                                if (rcounter16_eq_7)    // read the parity
390                                begin
391                                        rframing_error <= #1 !srx_pad_i; // no framing error if input is 1 (stop bit)
392                                        rstate <= #1 sr_push;
393                                end
394                                rcounter16 <= #1 rcounter16_minus_1;
395                        end
396        sr_push :       begin
397///////////////////////////////////////
398//                              $display($time, ": received: %b", rf_data_in);
399        if(srx_pad_i | break_error)
400          begin
401            if(break_error)
402                          rf_data_in    <= #1 {8'b0, 3'b100}; // break input (empty character) to receiver FIFO
403            else
404                                rf_data_in  <= #1 {rshift, 1'b0, rparity_error, rframing_error};
405                  rf_push                 <= #1 1'b1;
406                                rstate        <= #1 sr_idle;
407          end
408        else if(~rframing_error)  // There's always a framing before break_error -> wait for break or srx_pad_i
409          begin
410                        rf_data_in  <= #1 {rshift, 1'b0, rparity_error, rframing_error};
411                  rf_push                 <= #1 1'b1;
412                        rcounter16        <= #1 4'b1110;
413                                rstate            <= #1 sr_rec_start;
414          end
415                     
416                        end
417        default : rstate <= #1 sr_idle;
418        endcase
419  end  // if (enable)
420end // always of receiver
421
422always @ (posedge clk or posedge wb_rst_i)
423begin
424  if(wb_rst_i)
425    rf_push_q <= 0;
426  else
427    rf_push_q <= #1 rf_push;
428end
429
430assign rf_push_pulse = rf_push & ~rf_push_q;
431
432 
433//
434// Break condition detection.
435// Works in conjuction with the receiver state machine
436
437reg     [9:0]   toc_value; // value to be set to timeout counter
438
439always @(lcr)
440        case (lcr[3:0])
441                4'b0000                                                                         : toc_value = 447; // 7 bits
442                4'b0100                                                                         : toc_value = 479; // 7.5 bits
443                4'b0001,        4'b1000                                                 : toc_value = 511; // 8 bits
444                4'b1100                                                                         : toc_value = 543; // 8.5 bits
445                4'b0010, 4'b0101, 4'b1001                               : toc_value = 575; // 9 bits
446                4'b0011, 4'b0110, 4'b1010, 4'b1101      : toc_value = 639; // 10 bits
447                4'b0111, 4'b1011, 4'b1110                               : toc_value = 703; // 11 bits
448                4'b1111                                                                         : toc_value = 767; // 12 bits
449        endcase // case(lcr[3:0])
450
451wire [7:0]      brc_value; // value to be set to break counter
452assign          brc_value = toc_value[9:2]; // the same as timeout but 1 insead of 4 character times
453
454always @(posedge clk or posedge wb_rst_i)
455begin
456        if (wb_rst_i)
457                counter_b <= #1 8'd159;
458        else
459        if (srx_pad_i)
460                counter_b <= #1 brc_value; // character time length - 1
461        else
462        if(enable & counter_b != 8'b0)            // only work on enable times  break not reached.
463                counter_b <= #1 counter_b - 1;  // decrement break counter
464end // always of break condition detection
465
466///
467/// Timeout condition detection
468reg     [9:0]   counter_t;      // counts the timeout condition clocks
469
470always @(posedge clk or posedge wb_rst_i)
471begin
472        if (wb_rst_i)
473                counter_t <= #1 10'd639; // 10 bits for the default 8N1
474        else
475                if(rf_push_pulse || rf_pop || rf_count == 0) // counter is reset when RX FIFO is empty, accessed or above trigger level
476                        counter_t <= #1 toc_value;
477                else
478                if (enable && counter_t != 10'b0)  // we don't want to underflow
479                        counter_t <= #1 counter_t - 1;         
480end
481       
482endmodule
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.