3. UART串口通信

任务目标

在Zynq SoC上通过UART外设实现与PC的双向串口通信：PS端发送字符串，同时接收PC下发数据并原样回显。本案例以Zynq-7000系列（如XC7Z020）为硬件平台，使用Vivado SDK进行裸机开发。

硬件连接与依赖

• 硬件平台：Zynq-7000（如ZedBoard、ZC706或自制板卡），板上UART已连接至USB转串口芯片（如CP210x/FT232），通过Micro-USB线连接PC。
• 开发环境：Vivado 2018.3+（含SDK），需提前创建硬件工程并导出包含UART外设的硬件描述文件（.hdf）。
• 串口终端：PC端使用任意串口工具（如PuTTY、MobaXterm、串口助手），波特率设为115200，8位数据位、1位停止位、无校验、无流控。

核心实现

Zynq的UART控制器在PS端通过MIO引脚引出，SDK中BSP已自动生成UART驱动（uartps）。以下代码完成初始化、发送固定字符串、接收单字节并回显的完整功能：

#include <xparameters.h>
#include <xuartps.h>
#include <xil_printf.h>

#define UART_DEVICE_ID  XPAR_XUARTPS_0_DEVICE_ID
#define BUFFER_SIZE     64

static XUartPs UartInst;

int UartInit(void) {
    XUartPs_Config *Config;
    int Status;

    Config = XUartPs_LookupConfig(UART_DEVICE_ID);
    if (Config == NULL) return XST_FAILURE;

    Status = XUartPs_CfgInitialize(&UartInst, Config, Config->BaseAddress);
    if (Status != XST_SUCCESS) return XST_FAILURE;

    // 设置波特率115200，8N1
    Status = XUartPs_SetBaudRate(&UartInst, 115200);
    if (Status != XST_SUCCESS) return XST_FAILURE;

    XUartPs_SetOperMode(&UartInst, XUARTPS_OPER_MODE_NORMAL);
    return XST_SUCCESS;
}

int main(void) {
    char RxBuffer[BUFFER_SIZE];
    u32 ReceivedCount = 0;
    int Status;

    Status = UartInit();
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        xil_printf("UART init failed!\r\n");
        return -1;
    }

    xil_printf("UART ready. Type characters, they will be echoed back.\r\n");

    while (1) {
        // 非阻塞接收：读取当前FIFO中所有可用字节
        ReceivedCount = XUartPs_Recv(&UartInst, (u8 *)RxBuffer, BUFFER_SIZE);
        if (ReceivedCount > 0) {
            // 原样回显接收到的数据
            XUartPs_Send(&UartInst, (u8 *)RxBuffer, ReceivedCount);
        }
    }
    return 0;
}

运行与验证

1. 工程创建：在Vivado中完成Zynq PS配置（勾选UART1，MIO引脚默认分配），生成Bitstream并导出硬件到SDK。
2. 编译下载：在SDK中新建Application Project，将上述代码替换默认的helloworld.c，编译后下载到开发板运行（Program FPGA + Run）。
3. 验证步骤：
   • 打开串口终端，连接对应COM口，波特率115200。
   • 观察终端是否打印UART ready...提示信息——验证发送通路。
   • 在终端中任意输入字符（如Hello Zynq），观察是否原样回显——验证接收与发送双向通路。
4. 通过标准：终端正确显示启动提示，且输入字符能逐字回显、无乱码、无丢失，即判定通信功能正常。

常见问题

• 无输出：检查串口终端波特率是否匹配；确认硬件连接正确；在SDK中确认BSP已包含uartps驱动。
• 回显乱码：多为波特率不匹配或电源干扰，重新插拔USB转串口线并确认终端设置。
• 只能发不能收：检查代码中XUartPs_Recv返回值判断逻辑，确保FIFO读取正确。