FPGA에 UART 구현하기

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)는 가장 기본적이며 실무에서 널리 사용되는 시리얼 통신 방식입니다. 특히 FPGA 기반의 디지털 설계를 학습하려는 입문자에게 UART는 구조가 간단하고 구현이 명확해 매우 유용한 학습 주제가 됩니다.

본 강의에서는 UART의 통신 원리, 데이터 프레임 구조, 패리티 비트의 역할 등을 이론적으로 학습한 뒤, 이를 바탕으로 RTL(Register Transfer Level) 설계를 통해 송신기와 수신기를 직접 구현합니다. Start Bit부터 Data Bit, Parity Bit, Stop Bit까지 UART 프레임의 구성 요소를 파형 시뮬레이션을 통해 분석하고, 실제 하드웨어 동작으로 연결해보는 과정을 체계적으로 다루게 됩니다.

또한 본 강의에서는 기본적인 UART 설계에 그치지 않고, Xilinx FPGA에서 제공하는 Soft Processor인 MicroBlaze와 UART IP를 활용한 고급 구현 방식까지 확장해 학습합니다. 이를 통해 하드웨어 기반의 논리 설계뿐만 아니라 프로세서 기반 시스템에서의 Peripheral 구성과 동작 원리도 함께 경험할 수 있어, 실전적인 Embedded 설계 능력을 기를 수 있습니다.

실습을 통해 시리얼 통신 데이터를 송수신하면서 오류 검출(패리티 체크), 상태 전이(FSM), Baud Rate 설정 등 다양한 디지털 설계 기술을 익히게 됩니다. 또한 Verilog/SystemVerilog 기반의 RTL 코드 작성, 테스트벤치 구축, 시뮬레이션 검증, 하드웨어 다운로드 등 FPGA 개발의 전 과정을 따라가며 설계 감각을 키우는 데 중점을 둡니다.

본 과정은 FPGA 설계에 대한 경험이 없더라도 따라올 수 있도록 실습 중심으로 구성되어 있으며, UART 프레임의 전송 흐름을 직접 설계하고 눈으로 확인함으로써 디지털 통신 구조의 핵심을 자연스럽게 체득할 수 있습니다. 강의가 끝나면 수강생은 UART의 송수신 로직을 RTL로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, MicroBlaze 기반의 설계 플로우를 통해 프로세서 중심의 시스템 아키텍처에 대한 이해도 얻게 됩니다.