基于Avalon总线的键盘和VGA控制接口设计

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1、基于Avalon总线的键盘和VGA控制接口设计类别：电子综合阅读：1662引言SOPC（SystemOnProgrammableChip,可编程的片上系统）是Altera公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果，代表了半导体产业未来的发展方向。Altera公司的NiosII核是目前最具代衣性的软核嵌入式系统处理器，本文描述的SOPC系统以AlteraNiosII为基础，利用SOP

2、CBuilder对NiosII及其外围系统进行构建，使该嵌入式系统在硕件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足系统设计的需求。设计课题的确立本文所描述的SOPC系统需耍完成以下功能：1.利用PS2接口的键盘作为设计的信号输入和外部控制电路部分；2.利用VGA显示接口作为设计的信号输出和显示电路部分；3.嵌入处理器+应用软件。根据以上要求，确立要完成本文设计的3个功能模型，分别是：兼容标准键盘的PS2控制接口逻辑；基于Avalon总线的VGA显示接口逻辑，以及NiosII嵌入式处理器和PS2/VGA驱动程序。系统的组成和结

3、构在SOPCBuilder中构造整个系统的连接，包括基本的SOPC系统和自定义外设。基木SOPC系统的核心是NiosII处理器Core,它还包含Avalon三态总线，以及挂在总线上的外部存储设备接口，包括SRAM（或SDRAM）控制接口及Flash控制接口；以及定时计数Timer和调试Jtag_Uart模块。而本课题设计的关键就是口定义的外设接口基于Avalon总线协议的PS2接口和VGA控制接口。基于Avalon总线协议的PS2控制接口设计PS2控制接口协议PS2设备接口多用于当今的鼠标和键盘设计，它是由IBM开发并最

4、早出现在IBM技术参考手册里。PS2鼠标和键盘遵循双向同步串行协议，每次数据线上发送一位数据，时钟线上的脉冲就被读入。键盘/鼠标可以发送数据到主机,同样主机也可以发送数据到设备，但主机总是在总线上有优先权，它可以在任何时候抑制来自于键盘/鼠标的通讯，而只需把时钟拉低即可。从键盘/鼠标发送到主机的数据，在时钟信号的下降沿被读取；从主机发送到键盘/鼠标的数据在上升沿被读取。不管通讯的方向怎样,键盘/鼠标总是产生时钟信号。如果主机要发送数据，它必须先告诉设备开始产生时钟信号。PS2设备最大的时钟频率是33kHz而大多数设备工作

5、在10-20kHzo设备到主机的通讯过程如图2所示：所有数据安排在字节中，每个字节为一帧，包含了11/12个位，这些位的含义如下：1个起始位，总是为0；8个数据位，低位在前；1个校验位，奇校验；1个停止位，总是为1；1个应答位，仅在主机对设备的通讯中出现。键盘上包含了一个人型的按键矩阵，它们是由“键盘编码器''來监视的。监视哪些按键被按下或释放了，并在适当的时候传送到主机。而主板上包含了一个“键盘控制器'‘负责解码所有來自键盘的数据，并告诉软件什么事件发生。在主机和键盘之间的通讯使用IBM的协议，最初IBM使用Intel

6、8048微处理器作为它的键盘编码器，而使用Intel8042微控制器作为它的键盘控制器，这些现己被兼容设备収代，并整合到主板的芯片组中。键盘的处理器花费很多的时间來扫描或监视按键矩阵。如果它发现有键被按下、释放或按住，键盘将发送“扫描码'啲信息包到计算机。扫描码有两种不同的类型：“通码”和“断码”。当一个键被按下或按住就发送通码;当一个键被释放就发送断码。每个按键被分配了唯一的通码和断码，这样主机通过查找唯一的扫描码就可以测定是哪个按键。基于Avalon总线的键盘控制器的FPGA实现基于Avalon总线的键盘控制器的实现

7、，需模拟Intel8042的功能时序，完成键盘控制器的功能模型的建立，并完成其RTL代码。本键盘控制器，不仅完成8042对键盘扫描码的接收功能，还要把扫描码转换为处理器能够识别的ASCII码。从键盘读数据：当从键盘收到有效的扫描码就把它放置在输入缓冲区，IBF(输入缓冲区满)标志被设置，产生IRQK如果中断是使能，IRQ1将激活键盘驱动程序，它指向0x09中断向量。驱动程序将从Avalon_PS2_BASE端口读取ASCII码。这个动作会释放IRQ1并复位IBF标志。接着ASCII被驱动程序处理。如下图3显示接收“c"通

8、码的时序，经过11个PS2_CLK接收到“c"的扫描码为“0x21",同时扫描码被转换为ASCII码，为“0x63”。图4,模拟了键盘发送一个大写“A”的数据传输时序,其过程为SHIFT通码(0x12)，“A"通码(Oxlc),“A”断码(OxfO,Oxlc),SHIFT断码(OxfD,Ox12)。此过程中加入了两个