微控制器(MCU)是一块集成了中央处理器、存储器以及多种I/O接口的微型芯片,具有极强的通用性,在工业控制、汽车电子等诸多领域都有广泛的应用。近年来,随着人工智能、无人驾驶等领域的兴起,对MCU的发展提出了更高的要求。UART作为一种串行通信设备,是MCU与计算机中进行串行数据通信的重要设备。UART可以实现数据的串-并转化,在接收数据时对串行数据进行逐位接收并转化为并行数据存储在缓冲区中;发送数据时将并行数据转化为串行数据并添加起始位、停止位等标志位进行逐位发送。本设计来自于校外实习期间公司MCU项目,设计一款基于STM32型MCU的UART通信模块,以满足在不同波特率下进行全双工通信、可配置数据字数、错误校验、中断产生等通信要求。本设计基于UART通信协议与传输原理,在完成UART工作原理研究的基础上,对UART通信模块进行了功能划分,包括寄存器模块、发送模块、接收模块、波特率产生模块以及中断控制,并依次按照模块进行UART的设计。基于AMBA总线协议以及APB总线传输时序,设计UART与APB总线的接口,使其能够与APB总线进行数据传输。UART的接收模块与发送模块采用有限状态机的设计方法,实现数据的正确接收与发送,同时对模块之间信号的跨时钟域问题进行了解决;波特率产生模块采用两级计数的设计方法,实现多种波特率的产生。在各模块功能正确设计并且各模块连接正确的基础上,实现了基于MCU符合APB总线传输协议的UART通信模块设计。本设计不仅实现了最基本的全双工通信功能,还实现了可编程数据字节、接收错误检测、静默模式唤醒、多种错误中断等功能,为后续的验证工作打下坚实基础。在完成UART设计的基础上,利用UVM验证方法学对RTL代码进行验证工作。基于对System Verilog语言以及UVM验证方法学的研究,展开UVM验证平台的整体结构以及各个组成模块的设计工作。UVM验证平台中的driver模块基于APB总线时序进行设计,使其在驱动激励时可以按照APB总线的传输时序进行激励的发送;利用System Verilog语言进行reference model模块的设计,使其实现与待测设计同样的功能,作为验证的参考。在面向UART的UVM验证平台正确搭建的基础上,参照设计的功能点对设计代码进行验证,并进行覆盖率的收集。设计与验证结果表明,本次设计的UART通信模块可正确进行数据的接收与发送工作,数据字长度可根据需求进行配置;对接收时的错误情况能进行正确的操作与反馈;在发生数据传输错误时可根据配置需求产生相应的中断信号。设计需求功能均已满足,达到预期设计目标。