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基于SOPC的PS2键盘控制器的IP核设计

  • 简介:基于SOPC的PS/2键盘控制器的IP核设计摘 要在电子产品中,键盘是最基本的输入设备。然而在现实中PS/2键盘接口通常使用专用芯片实现。随着SOPC技术的迅速发展,现代EDA(电子设计自动化)技术提供了一种很好的途径,利用VHDL/...
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[目录]
第1章 PS/2键盘硬件接口与通信协议
第2章 SOPC相关技术和开发环境
第3章 PS/2键盘接口模块的设计
第4章 SOPC的系统集成
第5章 系统外围电路设计

[摘要]
在电子产品中,键盘是最基本的输入设备。然而在现实中PS/2键盘接口通常使用专用芯片实现。随着SOPC技术的迅速发展,现代EDA(电子设计自动化)技术提供了一种很好的途径,利用VHDL/Verilog硬件描述语言和FPGA器件可以很方便设计键盘接口模块。经过实际操作检验,该模块可以很好地对每一次按键动作进行扫描和响应,实现预先设计的功能。
本文以Altera公司的NiosⅡ软核处理器为核心,运用了SOPC技术,以Cyclone系列FPGA为数字平台,将微处理器、定时器和串口、PS/2键盘、Flash、SDRAM等I/O接口控制器软核集中在一片FPGA上,用硬件描述语言实现了PS/2设备接口的IP核设计。本文使用原理图与Verilog语言混合设计顶层文件,利用Verilog语言设计PS/2键盘接口模块,利用软件QuartusⅡ的MegaFunction生成PLL模块和计数器模块,利用SOPC Builder设计NiosII系统,用NiosII IDE完成系统的软件测试,并在GW48系列EDA/SOPC实验平台上完成系统的硬件测试,结果表明此IP核功能正确,并且可以方便地在SOPC系统中复用。

[正文]
前 言
一、国内外PS/2键盘控制器的研究现状和发展趋势
键盘作为一种重要的人机交互设备,通过人们长期的研究,其使用技术已经趋于成熟。PS/2键盘接口通常使用专用芯片(Intel 8279)实现,例如在单片机应用系统中利用键盘接口输入数据,是实现现场实时调试、数据调整和控制最常用的方法。单片机的外围键盘扩展电路是直接利用外接8255A接口芯片,配合适当的接口管理程序,实现外围键盘扩展功能。然而,这类专用键盘接口芯片在使用灵活性方面尚有欠缺,尤其当用户需要实现某些特定功能时,其缺点更为明显[1]。
九十年代以来,由于可编程逻辑器件和EDA技术的快速发展,出现了基于可编程逻辑阵列FPGA的片上系统SOPC,基于SOPC的PS/2键盘控制器IP核自然也成为一项重要的研究内容。目前国内外PS/2键盘控制器IP核的设计方法一般采用硬件描述语言HDL编写各个模块,然后进行仿真,当所有功能都满足要求时,就可以使用综合工具综合后加入延时信息进行时序仿真。如果时序仿真也满足电路的设计要求,就可以当做一个NiosII系统自定义的组件加到NiosII系统中去,作为一个IP核连接到Avalon总线上。
二、本文设计的依据和意义
在嵌入式系统特别是工控系统中,友好的人机交互是必不可少的,而键盘起着触摸屏、鼠标、手写笔等不可替代的作用。根据个别系统分别设计的矩阵键盘或编码键盘不具有通用性,所能表达信息量小且实现复杂,扫描过程占用软硬件资源较多且由于前后沿抖动等问题导致可靠性降低。标准PS/2键盘由于接口通信协议简单,在系统中占用软硬件资源少,可靠性高,表达信息量大而得到了越来越广泛的应用。在IBM兼容PC机系统的芯片组中,通常集成了Intel8042 PC控制器,用于接收和处理PS/2接口的数据,而在嵌入式系统中,可通过软件模拟方式来完成PS/2接口数据的收发和译码功能。
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[参考文献]
[1]张永强, 邓少芝, 王凯等. 专用键盘接口芯片的一种CPLD实现方案. 电子技术应用, 2002 (11): 17-18
[2]李秀梅, 李学华, 陆坤. PS/2协议的研究及其在单片机系统中的应用.微型机与应用, 2003,(2): 22-23
[3]Adam Chapweske著, Roy Show译. PS/2技术参考
[4]汪国强. SOPC技术与应用. 北京: 机械工业出版社, 2006 : 1-4
[5]潘松, 黄继业, 曾毓. SOPC技术实用教程. 北京: 清华大学出版社, 2005
[6]徐光辉, 程东旭, 黄如,等. 基于FPGA的嵌入式开发与应用. 北京:电子工业出版社, 2006
[7]NiosⅡ Software Developer’s Handbook. (DB/OL). http: //www.altera.com
[8]Donald E. Thomas & Philip R. Moorby , The Verilog Hardware Description Language ( Fourt h Edition) [M] , Kluwer Academic Publishers , 2001
[9]彭澄廉. 挑战SOC——基于NIOS的SOPC设计与实践. 北京: 清华大学出版社,2004
[10]侯博亨,等. VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计. 西安: 西安电子科技大学出版社, 1999.9
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[原文截取]
基于SOPC的PS/2键盘控制器的IP核设计
摘 要
在电子产品中,键盘是最基本的输入设备。然而在现实中PS/2键盘接口通常使用专用芯片实现。随着SOPC技术的迅速发展,现代EDA(电子设计自动化)技术提供了一种很好的途径,利用VHDL/Verilog硬件描述语言和FPGA器件可以很方便设计键盘接口模块。经过实际操作检验,该模块可以很好地对每一次按键动作进行扫描和响应,实现预先设计的功能。
本文以Altera公司的NiosⅡ软核处理器为核心,运用了SOPC技术,以Cyclone系列FPGA为数字平台,将微处理器、定时器和串口、PS/2键盘、Flash、SDRAM等I/O接口控制器软核集中在一片FPGA上,用硬件描述语言实现了PS/2设备接口的IP核设计。本文使用原理图与Verilog语言混合设计顶层文件,利用Verilog语言设计PS/2键盘接口模块,利用软件QuartusⅡ的MegaFunction生成PLL模块和计数器模块,利用SOPC Builder设计NiosII系统,用NiosII IDE完成系统的软件测试,并在GW48系列EDA/SOPC实验平台上完成系统的硬件测试,结果表.....
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