易修改無(wú)需處理器干預的LED燈序電路設計方案

LED技術(shù)越來(lái)越多的應用到我們的生活中，對于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，通過(guò)片上系統（SOC）平臺實(shí)現LED或其他設備次序器，從而找到一種減少成本、降低設計難度的設計需求變得越來(lái)越普遍。SOC器件通過(guò)單芯片集成了完整LED子系統所需的單片機功能和各種數字外圍設備。本文介紹了一種基于最新SOC技術(shù)的簡(jiǎn)單的8 LED燈序電路設計。在這個(gè)設計中最精彩的部分就是微處理器無(wú)需進(jìn)行干預。不是采用傳統的由單片機處理器干預的被動(dòng)的數字外設，此設計完全是基于SOC數字系統的智能分布式處理功能。這使中央處理器從管理燈序電路的工作中解脫出來(lái)，節省CPU資源從而設計效率更高。

該設計方法可以很容易的擴展到LED以外的需要用指定順序開(kāi)啟或關(guān)閉的其他設備，比如不同長(cháng)度、不同模式的序列定時(shí)器等等。該設計示例中還有額外的功能：

· 7位計數器(TC)終端計數

· 指示設備開(kāi)啟關(guān)閉的輸出

· 為序列器件提供的8位輸出

· 給Verilog狀態(tài)機的時(shí)鐘輸入

· 給8位ALU(bit-slice)處理器的總線(xiàn)時(shí)鐘

這篇文章中用到的開(kāi)發(fā)工具是賽普拉斯半導體可編程片上系統（PSoC）的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PSoC Creator。

原理圖設計

設計的第一步是在創(chuàng )建一個(gè)Verilog符號來(lái)定義輸入、輸出和與之相關(guān)的位寬度(見(jiàn)圖1)。一旦上層Verilog模型(原理圖)已經(jīng)建立，它就可以用來(lái)產(chǎn)生包含所有模塊中引腳定義的Verilog源文件。這一步不需要開(kāi)發(fā)功能Verilog代碼。

圖1：Verilog 符號。

剛才創(chuàng )建的Verilog符號現在可以放置到高層原理圖設計。在這里，每一個(gè)輸入及輸出都能連接到時(shí)鐘源、I / O引腳、狀態(tài)和控制寄存器等等。8-LED燈序電路高層原理設計見(jiàn)圖2。

圖2：高層原理設計示例。

到現在為止，Verilog符號已經(jīng)建立，放置到了高層原理設計里，并且連接到了設備的I/ O和時(shí)鐘?，F在可以生成Verilog代碼來(lái)履行某些功能，在這個(gè)案例中可使發(fā)光二極管閃爍。為了管理序列的邏輯能力，可以在設計里引入一個(gè)簡(jiǎn)單的數據路徑。

這個(gè)數據路徑包含一個(gè)8位ALU，其具備精簡(jiǎn)指令集，兩個(gè)數據寄存器、兩個(gè)累積器、位移和比較邏輯、一個(gè)4 deep的 8位FIFO。為了保持設計簡(jiǎn)單，只用到了兩個(gè)ALU，用來(lái)將累加器設置為0，每次開(kāi)啟或關(guān)閉序列執行的時(shí)候累加器就遞增。對于較復雜的定序設計，開(kāi)發(fā)人員可以聯(lián)合多個(gè)ALU形成一個(gè)16位或24位處理器。這樣的處理器類(lèi)似于bit-slice處理器，其在70年代和80年代早期比較流行，它可以為次序的子系統提供足夠的處理能力。

數據路徑配置工具示圖如下。請注意CFGRAM（配置RAM）的前二行注釋?zhuān)骸癆0 - 0”，這是給累加器0清零，“A0 - A0+1”，實(shí)現在A(yíng)0累加值。

圖3：數據路徑配置工具。

片上系統(SOC)技術(shù)以可編程的方式重新利用了bit-slice技術(shù)，用來(lái)把處理任務(wù)智能地分配到其他可編程硬件，從而減少主CPU的負荷。使用這種方法，可以研制出一種標準狀態(tài)機。不同的是，通常算法功能要消耗大量的邏輯門(mén)。而在新的方式中這已無(wú)需再關(guān)注，因為這些功能在標準標準ALU即可實(shí)現，它包含由基于PLD的狀態(tài)機控制的數據路徑與/或邏輯。

這個(gè)設計獨立運行于主CPU。主應用程序可以通過(guò)API(可以修改執行參數)控制燈序電路，燈序電路初始化之后，就不再需要CPU。此外，這種實(shí)現方式同使用CPU方式相比，本身即可提高效率、可以使用更少的晶體管，從而更好的降低整體系統功耗，給其他特性預留出更多資源。

本文討論了LED燈序電路設計，同樣的設計方法也可用到類(lèi)似設計，可以通過(guò)功能強大的SOC集成結構來(lái)執行各種各樣的需要頻繁處理的任務(wù)，降低主CPU負荷?，F在，工程師不斷面臨很多壓力：提高性能、降低功耗、減少成本…擁有一種像這樣的系統設計工具可以幫助工程師不斷地創(chuàng )造奇跡，達到公眾對他們的期望。