第七章以微处理器为核心的电子信息系统设计

2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系17.6MCU和FPGA为核心的电子系统2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系2MCU和FPGA为核心的电子系统MCU的优点容易实现人机接口设计（键盘、LED、LCD）。判断、控制功能的实现较为方便。有各种协议的外围接口。能实现简单的浮点运算。价格低廉。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系3MCU和FPGA为核心的电子系统MCU的缺点速度比较慢。I/O口有限。定点数字信号处理功能有限。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系4MCU和FPGA为核心的电子系统FPGA的优点速度快。I/O口丰富。可实现数字信号处理功能。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系5MCU和FPGA为核心的电子系统FPGA的缺点I/O口电压较低，注意保护。简单浮点运算以及数值计算的成本较高。人机界面不易实现。实现协议和接口比较困难、成本较高。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系6MCU和FPGA为核心的电子系统MUC-FPGA电子系统的主要思路充分发挥两者各自的优点，实现互补。以MCU实现功能，以FPGA提高性能。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系7MCU和FPGA为核心的电子系统MCU与FPGA的功能划分MCU：人机接口界面，系统功能选择，低速计数，简单浮点计算，慢速A/D、D/A控制，外围数据交换。FPGA：高速计数，高速A/D、D/A控制，数据缓存，控制状态机实现，I/O扩展，信号拼接裁剪处理，数字信号处理等。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系8MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间接口的低层次方法直接使用MCU的I/O口作为控制信号线，控制FPGA的动作。通过FPGA内部的数据选择器选择一路数据供MCU读取。优点是设计比较简便，适合系统功能简单，要求不高的设计。缺点是占用较多的MCUI/O口，功能扩展比较困难，不易实现功能升级。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系9MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间接口的低层次方法示意图2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系10MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间的中层次接口充分利用FPGA内部丰富的寄存器资源，在FPGA内部开辟若干控制寄存器，使用MCU的数据总线提供或接收数据，使用MCU的IO口作为时钟线，将数据写入控制寄存器，控制FPGA动作。由于FPGA内部可以设置大量的控制寄存器，这种方法可以提供复杂的控制功能，并且系统的功能扩展和升级较方便。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系11MCU和FPGA为核心的电子系统但是MCU接收数据时的多址方式仍然要使用数据选择器，或者由FPGA提供读时钟。所以比较适合MCU向FPGA单向传递数据的场合。这种方式的设计难度中等。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系12MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间接口的中层次方法示意图2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系13MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间的高层次接口充分利用FPGA内部丰富的寄存器资源，在FPGA内部开辟若干控制寄存器，给这些寄存器分配地址、挂接到MCU的总线上，由RD、WE分别提供读写定时。这种方法适合除了FPGA以外，MCU还需要和大量的其它外设接口，而且在MCU和FPGA间存在复杂的双向数据交互的情况。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系14MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间可能仍然存在个别的单线连接，用于中断或者查询。这也是MCU控制其外围电路所使用的方法，采用这种方法以后，整个MCU-FPGA犹如一个虚拟的SOC。功能大为增强。但是这种方式的设计难度较大，周期较长。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系15MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间接口的高层次方法示意图2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系16MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间接口的串行方法示意图2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系17MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间数据交换的存储器FIFO的特点：可以使用双时钟，由MCU和FPGA分别提供读写时钟或反之。顺序读写型器件，只占用MCU的一个地址。提供Full或者EMPTY信号供MCU查询或中断。适合读写交替频繁，大数据量的传输运用，例如数据采集，音频，视频数据流交互。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系18MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间数据交换的存储器－FIFO2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系19MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间数据交换的存储器DPRAM的特点：随机读写型器件，要占用MCU的一段地址。可以使用双时钟，由MCU和FPGA分别提供读写时钟或反之。需要MCU对写入的数据进行计数。或者在FPGA内部设计特殊的逻辑来对数据进行计数。适合只有读或写频繁，或者需要随机读写的情况，例如作为DDS的存储器。2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系20MCU和FPGA为核心的电子系统MCU和FPGA间数据交换的存储器－DPRAM2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系21MCU和FPGA为核心的电子系统设计案例分析－等精度测频系统2023/2/26电子系统设计厦门理工学院通信工程系22MCU和FPGA为核心的电子系统设计案例分析－