易修改無需處理器干預的LED燈序電路設計方案

LED技術(shù)越來越多的應用到我們的生活中，對于開發(fā)者來說，通過片上系統(tǒng)（SOC）平臺實現(xiàn)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越普遍。SOC器件通過單芯片集成了完整LED子系統(tǒng)所需的單片機功能和各種數(shù)字外圍設備。本文介紹了一種基于最新SOC技術(shù)的簡單的8 LED燈序電路設計。在這個設計中最精彩的部分就是微處理器無需進行干預。不是采用傳統(tǒng)的由單片機處理器干預的被動的數(shù)字外設，此設計完全是基于SOC數(shù)字系統(tǒng)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，節(jié)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啟或關(guān)閉的其他設備，比如不同長度、不同模式的序列定時器等等。該設計示例中還有額外的功能：

· 7位計數(shù)器(TC)終端計數(shù)

· 指示設備開啟關(guān)閉的輸出

· 為序列器件提供的8位輸出

· 給Verilog狀態(tài)機的時鐘輸入

· 給8位ALU(bit-slice)處理器的總線時鐘

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

原理圖設計

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

圖1：Verilog 符號。

剛才創(chuàng)建的Verilog符號現(xiàn)在可以放置到高層原理圖設計。在這里，每一個輸入及輸出都能連接到時鐘源、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圖2。

圖2：高層原理設計示例。

到現(xiàn)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和時鐘。現(xiàn)在可以生成Verilog代碼來履行某些功能，在這個案例中可使發(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簡單的數(shù)據(jù)路徑。

這個數(shù)據(jù)路徑包含一個8位ALU，其具備精簡指令集，兩個數(shù)據(jù)寄存器、兩個累積器、位移和比較邏輯、一個4 deep的 8位FIFO。為了保持設計簡單，只用到了兩個ALU，用來將累加器設置為0，每次開啟或關(guān)閉序列執(zhí)行的時候累加器就遞增。對于較復雜的定序設計，開發(fā)人員可以聯(lián)合多個ALU形成一個16位或24位處理器。這樣的處理器類似于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(tǒng)提供足夠的處理能力。

數(shù)據(jù)路徑配置工具示圖如下。請注意CFGRAM（配置RAM）的前二行注釋：“A0 - 0”，這是給累加器0清零，“A0 - A0+1”，實現(xiàn)在A0累加值。

圖3：數(shù)據(jù)路徑配置工具。

片上系統(tǒng)(SOC)技術(shù)以可編程的方式重新利用了bit-slice技術(shù)，用來把處理任務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。而在新的方式中這已無需再關(guān)注，因為這些功能在標準標準ALU即可實現(xiàn)，它包含由基于PLD的狀態(tài)機控制的數(shù)據(jù)路徑與/或邏輯。

這個設計獨立運行于主CPU。主應用程序可以通過API(可以修改執(zhí)行參數(shù))控制燈序電路，燈序電路初始化之后，就不再需要CPU。此外，這種實現(xiàn)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(tǒng)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似設計，可以通過功能強大的SOC集成結(jié)構(gòu)來執(zhí)行各種各樣的需要頻繁處理的任務，降低主CPU負荷?，F(xiàn)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(tǒng)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。