全套课件可编程片上系统PSOC设计指南

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全套课件可编程片上系统PSOC设计指南

Xilinx公司基于MicroBlaze软核和PowerPC硬核处理器的片上可编程系统解决方案。这些可编程的片上系统实现结构，充分利用IP的复用功能，一方面，大大缩短了系统的开发时间；另一方面，同一平台能应用在很多领域，提高了平台的资源复用率。
可编程片上系统PSoC概念 --PSoC的发展
微控制器基础 --数据和指令的处理
• 在PSoC1/3/5中，有不同的指令集，所有的程序最后都要分解成这些预定义的指令集中的指令。如果对PSoC使用C语言进行编程，C语言编译器将C语言分解成这些预定义的指令。这些指令包含基本的逻辑和算术操作。这些指令中还有一些更复杂的指令，比如加、减、乘和比较操作。CPU内包含逻辑模块用来完成这些复杂的指令，而不需要将这些复杂的指令分解为简单的指令。
• 这种结构同时还使设计人员可以优化系统吞吐量和开发周期，提供前所未有的软件和硬件协同设计的灵活性，这种灵活性主要体现在设计人员能够权衡软件和硬件设计的实现方法。
这种协同性不同于传统的嵌入式系统的协同设计，虽然以前也使用软件和硬件的协同设计，但是在实现级别上基本上还是使用大量的分离的设计流程。比如，硬件设计人员制定硬件设计规范，软件设计人员制定软件设计规范。这样就导致对问题截然不同的理解，而且对设计团队提出了很高的要求。
时提供了相应所需要的软件API函数，这样使得设计更容易运行，以更快的速度完成，更加容易维护和便携。
可编程片上系统PSoC概念 --设计重用技术
• 当使用HDL语言开发IP核时，对其进行综合、仿真、验证、编写测试平台、编写文档。
应该为IP核的使用者在IP核开发工具中提供相同的工具，这个工具就是当用户在他的设计中例化所需要
可编程片上系统PSoC概念 --设计重用技术

片上可编程系统设计_ppt_EXT

三模式10/100/1000 Mbps 以太网 MACs
一、FPGA概述---新一代Virtex-6和Spartan6FPGA产品
一、FPGA概述---FPGA新结构
Virtex-4系列的FPGA采用了高级硅模组 (Advanced Silicon Modular Block,ASMBL)架构。ASMBL通过使用独特的基于列的结构，实现了支持多专门领域应用平台的概念。每列代表一个具有专门功能的硅子系统，如逻辑资源、存储器、I/O、DSP、处理、硬IP和混合信号等。 Xilinx公司通过组合不同功能列，组装成面向特定应用类别的专门领域FPGA（与专用不同，专用是指一项单一应用）。
FPGA概述--FPGA原理（六输入查找表结构）
4/6输入LUT实现8:1多路复用器的原理
FPGA概述--FPGA原理（六输入查找表结构）
新一代的FPGA 提供了真正的 6-LUT，可以将它用作逻辑或者分布式存储器，这时 LUT是一个64 位的分布式 RAM （甚至双端口或者四端口）或者一个32 位可编程移位寄存器。每个 LUT 具有两个输出，从而实现了五个变量的两个逻辑函数，存储32 x 2 RAM 比特，或者作为16 x 2-bit 的移位寄存器进行工作。
FPGA概述--FPGA原理（查找表技术）
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT 可以看成一个有4位地址线的的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

cortex-M3 片上可编程系统原理及应用教学课件第6章基于PSoC Creator的程序设计

用C语言编写GPIO控制程序
--使用C语言指针对GPIO端口控制
6．按照前面的步骤，将设计代码编译。 7．按照前面一节所介绍的步骤，将代码下载到芯片中，并观察结果（由于程序执行的速度较快，为了更好的观察结果，采用断点调试的方式）。
5．一直等待编程成功为止。
注意：由于程序执行的速度较快，建议使用断点调试的方式，这样能更清楚的看到程序对端口的控制。
下载并调试工程
下面给出对该设计进行调试的步骤，其步骤主要包括：
1. 在PSoC Creator 2.0主界面主菜单下，选择Debug>Debug选项，打开调试器主界面；
为了观察程序对端口的控制，在工程管理窗口，找到 main_asm.s文件。如下图所示，在该文件的cmp r1,#255;代码上设置断点（按键盘上的“F9”按键设置断点）。
在Interrupt标签所对应的界面下，完成中断向量的设置；
在DMA标签所对应的界面下，完成DMA相关参数的设置；
汇编语言GPIO控制程序的设计
--查看和配置公共资源
在System标签所对应的界面下，完成Configuration（配置）、 Programming\Debugging（编程\调试）和Voltage Configuration（电压配置）等相关参数的设置；
图形化的设计入口简化了配置一个特殊元件的任务。设计者可以从元件库内选择所要求的功能，并且将其放置在设计中。所有的参数化元件都有一个编辑器对话框，允许设计者根据需要对功能进行裁减（定制）。
PSoC Creator软件功能
PSoC Creator软件平台自动的配置和布线I/O到所选择的引脚，并且为给定的应用产生应用程序接口函数 API。修改PSoC的配置是非常简单的，比如添加一个新元件，设置它的参数和重新建立(rebuilding)工程等。

SoC架构PPT专业课件

21
控制和数据通路
22
CPU基本概念
• CISC与RISC • 流水线技术 • 分支预测技术 • 乱序执行技术 • 标量与超标量处理器 • SISD、MIMD、SIMD、SPMD和向量处理
器 • VLIW处理器
23
CISC与RISC
• CISC（Complex Instruction Set Computer）
25
CPU基本概念
• CISC与RISC • 流水线技术 • 分支预测技术 • 乱序执行技术 • 标量与超标量处理器 • SISD、MIMD、SIMD、SPMD和向量处理
器 • VLIW处理器
26
流水线技术
• 流水技术无助于减少单个任务的处理延迟（latency）但有助于提高整体工作负载的吞吐率
12
SEP0718结构图
LCDC
I2S
HDMI PHY
AUDIO CODEC
GPS CTRL
UART (4)
I2S
BUS5 - APB32
AUDIO
SPI
CODEC
(3)
I2C
BUS3 - AHB32
DOWN SIZER
DMAC2
GPU
PHY
USB OTG
USB DMA
GPS
PHY
ARM11
BUS1 - AHB64
令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 – 编译复杂 – ARM、MIPS、PowerPC
24
处理器位宽
• 当前高性能嵌入式系统SoC的处理器多为32位处理器。所谓32位处理器，即处理器内部的寄存器（包括地址寄存器与数据寄存器）位宽最大为32位。低性能的嵌入式系统SoC一般多采用16位微控制器（ micro-controllers），然而，随着工作负载的增加，此类系统逐渐开始使用32位处理器。可以预见，在不久的将来，伴随高性能及超大存储空间的需求，64位处理器将逐渐成为主流。

cortex-M3 片上可编程系统原理及应用教学课件第3章 PSoC5 CPU指令系统

存储器访问指令
--LDR和STR立即偏移指令
LDR指令
语法 LDRD{cond} Rt, Rt2, [Rn], #offset 功能描述
索引后，两个字 1.[Rn]->Rt ；4个字节的内容 2.[Rn+4]->Rt 2 ；4个字节的内容 3.Rn+offset->Rn
注释： 1．这些指令用于将存储器的内容加载到寄存器。 2．{type}和{cond}为可选的LDR/LDRD指令的后缀。 3．{cond}为操作条件，满足{}内的操作条件时，执行LDR操作。 4．这些指令不影响标志位。
PSoC CPU寻址模式
—寄存器移位寻址
寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址模式。当第二个操作数是移位方式时，第2个寄存器操作数在与第 1个操作数结合之前，选择进行移位操作。比如指令： ANDS R1，R1，R2，LSL R3 寄存器R2的值左移R3位，然后和寄存器R1的值进行逻辑“与”操作，结果保存在R1寄存器中。
PSoC CPU寻址模式
—寄存器间接寻址
指令指定一个寄存器，该寄存器包含操作数的地址。比如指令： LDR R8，[R10] 功能：将R10所指向地址的内容加载到寄存器R8内。
PSOC CPU寻址模式
—多寄存器寻址模式
多寄存器寻址一次可以传送几个寄存器的值。比如指令： LDMIA R1!，{R2-R7，R12} 功能：将R1指向的单元中的数据读出道R2~R7、 R12寄存器中（R1自动加1）。
CORTEX-M3 CPU指令集
--CORTEX-M3指令集概述
指令 CPSIE I CPSID I CPSIE F CPSID F ISB DSB DMB REV REV16 REVSH RBIT SEV WFE WFI CMSIC函数 void __enable_irq(void) void __disable_irq(void) void __enable_fault_irq(void) void __disable_fault_irq(void) void __ISB(void) void __DSB(void) void __DMB(void) uint32_t __REV(uint32_t int value) uint32_t __REV16(uint32_t int value) uint32_t __REVSH(uint32_t int value) uint32_t __RBIT(uint32_t int value) void __SEV(void) void __WFE(void) void __WFI(void)

可编程片上系统psoc简介

• 152•定了整车机械系统的设计安装和改进方案。

硬件系统布置如图3所示，仿真结果如图4道路图像所示。

图3 整车布局图图4 道路图像图5 实物图4 结语利用摄像头和电感对道路图像和电磁的检测来实现自动寻迹，能够有效解决智能小车自动寻迹以及模拟现实生活中汽车在遇到的一些特殊路况下小车自动寻迹的问题。

本文所设计和制作的智能小车在第十四届全国大学生智能汽车竞赛中得到实际应用，实现了在赛道上的自动寻迹。

参考：第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛细则[EB/OL].https:///index/；宋雪丽,王虎林等.基于单片机的寻迹机器人的系统设计,仪表技术[J].2016(4):102-105；高中正,赵丽娜等.基于摄像头的智能车控制系统设计,自动化与仪表[J].2015(6):1-5；李全福,万彦辉,郭华.模糊PID 控制算法在电动舵机控制中的应用[J].微电机,2008(12):28-30；李全利.单片机原理及应用技术[M].高等教育出版社,2010；刘乐善.微型计算机接口技术及应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2004。

作者简介：范作鑫（1997—），山东潍坊人，大学本科，现就读于山东协和学院。

在文中介绍了可编程片上系统PSoC ，及PSoC 的开发环境、设计流程等，对PSoC 的优点与可编程门阵列FPGA 和可编程模拟器件ispPAC 进行总结对比。

1 PSoC简介可编程片上系统PSoC ，是美国Cypress 半导体公司在2000年推出的一种独特的系统架构。

它内部包含CPU 内核(M8C)、多种模拟和数字器件阵列集、微型处理器及外围单元和外围接口电路等系统，无需外接芯片及晶振，集成度非常高，实现了在线“系统单片化可编程”（张志文,胡志洁.PSoC 的多路陀螺输出脉冲计数系统设计[J].西安工业大学学报,2011年第6期），成为第一种真正具有混合信号处理能力的SOC 。

在PSoC 中，所有的模块都可以根据设计者设计需求的不同，进行动态重构，在芯片内部即可调用不同的模块来完成功能设计（胡志浩.基于PSoC 的陀螺组合测试技术的研究[D].西安工业大学,2011）。

可编程序控制器的应用系统设计 ppt课件

PLC 其它设备 PLC 其它设备 PLC 其它设备
a)分别接地
b)公共接地图9-10 PLC接地
PPT课件
c)串联接地
19
第四节可编程序控制器在逻辑控制系统中的应用实例
一、PLC在工业自动生产线中的应用
（一）输送机分检大小球的PLC控制装置
1．控制要求图 9 － 11 所示为分检大、小球的自动装置的示意图。分析工作过程及控制要求.
（二）开关量输出模块的选择
1．输出方式的选择开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。 2．输出接线方式的选择按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种。
PPT课件 7
COM0 OUT0 OUT1
COM0 OUT0 COM1 OUT1 COM2 OUT2 COM3
料斗 M0
PD1 M1 PD2 M2
图9-15
某原料皮带运输机示意图
PPT课件 26
1．控制要求
（1）初始状态料斗、皮带PD1和皮带PD2全部处于关闭状态。
（2）启动操作启动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆料方向按一定的时间间隔顺序启动。其操作步骤如下：皮带PD2→延时5s→皮带PD1→延时5s→料斗M0
S25 X003
Y002
4．梯形图的设计
S0
S S26 X005 S S27 X002 S S28
S26 Y003
S27 Y000
5．语句表程序
S21
X000 X002 SET S
S28 Y001 T1
R
T0
T1 S S29 X003 S S30 X001 S RET END S0 S30 Y004 S29 Y002

Cypress PSOC 3和5培训课程

可编程片上系统PSoC概念 --PSoC的发展
随着半导体工艺的不断发展，越来越多的半导体厂商在一个单芯片上提供了大量不同的IP软核和硬核资源。这些软核和硬核可以在任何时间进行升级，典型的有Cypress公司的PSoC3/5可编程片上系统芯片，该芯片提供了MCU、大量的数字和模拟可编程阵列等。 Xilinx公司基于MicroBlaze软核和PowerPC硬核处理器的片上可编程系统解决方案。这些可编程的片上系统实现结构，充分利用IP的复用功能，一方面，大大缩短了系统的开发时间；另一方面，同一平台能应用在很多领域，提高了平台的资源复用率。

微控制器基础 --数据和指令的处理
在PSoC1/3/5中，有不同的指令集，所有的程序最后都要分解成这些预定义的指令集中的指令。如果对PSoC使用C语言进行编程，C语言编译器将C语言分解成这些预定义的指令。这些指令包含基本的逻辑和算术操作。这些指令中还有一些更复杂的指令，比如加、减、乘和比较操作。CPU内包含逻辑模块用来完成这些复杂的指令，而不需要将这些复杂的指令分解为简单的指令。
点；PSoC3/5的引脚分布；PSoC3/5器件分类和资源。
从“系统”角度把握SOC技术的本质
第1章 PSoC设计导论 --微控制器基础
微控制器是指带有外设的微处理器系统，比如台式电脑的CPU，它是一个微处理器系统。微控制器将响应来自I/O引脚、定时器、通信等的输入，同时通过对信息进行操作控制来产生合适的输出信号。 I/O引脚使的微控制器能读取来自其它设备的按钮和状态信息，同时I/O引脚也能够输出信号用来打开灯、运行电机和驱动显示设备。定时器、通讯模块和数/模转换模块能使微控制器执行特殊的任务，比如与PC机进行通讯，读取温度信息等。

可编程片上系统开发平台ppt课件

设计流程及EDK工具 -使用仿真的硬件平台验证
验证硬件平台的正确功能，设计人员可以建立一个仿真模型，并且在HDL仿真器上运行。当仿真系统时，处理器运行可执行文件。设计人员可以选择建立行为、结构或者精确的时序仿真模型。
设计流程及EDK工具 --使用调试的软件验证
调试嵌入式软件的基本技术是加载设计到所支持的开发板和使用调试工具去调试处理器。作为可选择的方式，设计人员可以使用指令集仿真器或简化系统仿真器模型（“虚拟平台”）运行在主机上来调试设计代码。设计人员可以通过概要分析代码的执行来估计系统性能。
辅助设计人员添加自己的外设到设计中。建立相关的目录或数据文件，保证外设能被EDK工具识别。
Configure Coprocessor Wizard
帮助设计人员添加协处理器到CPU。
Platform Generator(Platgen)
以HDL或实现的网表文件在片上构造可编程系统
设计流程及EDK工具 -EDK工具
软件开发
Library Generator(Libgen)
构建一个软件平台，该软件平台由定制的软件库、驱动程序和OS构成。
GNU Compiler Tools(GCC)
基于库产生器建立的平台，建立软件应用程序。
验证
Xilinx Microprocessor Debugger(XMD)
打开shell用于软件下载和调试，也提供通道用于GNU调试器访问设备。
Format Revision(revup)Tool and Version Management Wizard
Revup工具更新设计文件（例如MHS）到当前的版本。版本管理向导帮助将先前EDK建立的IP和驱动更新到当前的版本。

《SoC设计》PPT课件

output
rd_en_s2f;
wire
rd_en_s2f;
reg
rd_en_s2f1, rd_en_s2f2, rd_en_s2f3
always @ (posedge clk_fst or negedge reset_b)
if (!reset_b)
{rd_en_s2f3,rd_en_s2f2,rd_en_s2f1} <= 3'b111;
同步电路的定义
• 同步电路，即电路中的所有受时钟控制的单元，如
触发器（Flip Flop）或寄存器（Register），全部由一个统一的全局时钟控制
同步电路的时序收敛
触发器的建立时间和保持时间
同步电路设计的优点
• 在同步设计中，EDA工具可以保证电路系统的时序
收敛，有效避免了电路设计中竞争冒险现象
default:
rd_en_s2f <= 1'b0;
endcase
慢时钟同步快时钟域下的异步控制信号
慢时钟同步快时钟信号示意图
解决办法——握手机制实现方法一
解决办法——握手机制实现方法一
module adapt_gen (
aclk,
//快时钟
reset_b,
//系统复位信号
adat,
//原始控制信号
• 由于触发器只有在时钟边缘才改变取值，很大限度
地减少了整个电路受毛刺和噪声影响的可能
同步电路设计的缺点
• 时钟偏斜（Clock Skew） • 时钟树综合，需要加入大量的延迟单元，使得电路
的面积和功耗大大增加
• 时钟抖动（Clock Jitter）
时钟偏斜
内容大纲
• 同步电路设计 • 全异步电路设计 • 异步信号与同步电路交互的问题及其解决方法 • SoC设计中的时钟规划策略

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• 由于持续的要求计方法已经不适应这种要求（严重挑战）。
具有典型代表的是传统的单片机，当选择一种单片机用于满足某种功能需求时，对于另一种要求却“无能为力”。所以，只能是“专用”，即一种单片机解决一个需
求。但是，这样需要消耗大量的人力和物力来重新研制满
点；PSoC3/5的引脚分布；PSoC3/5器件分类和资源。
从“系统”角度把握SOC技术的本质
第1章 PSoC设计导论 --微控制器基础
微控制器是指带有外设的微处理器系统，比如台式电脑的CPU，它是一个微处理器系统。微控制器将响应来自I/O引脚、定时器、通信等的输入，同时通过对信息进行操作控制来产生合适的输出信号。
I/O引脚使的微控制器能读取来自其它设备的按钮和状态信息，同时I/O引脚也能够输出信号用来打开灯、运行电机和驱动显示设备。
定时器、通讯模块和数/模转换模块能使微控制器执行特殊的任务，比如与PC机进行通讯，读取温度信息等。
第1章 PSoC设计导论 --微控制器基础
• 从微观上说，微控制器是一个集成了成千上万电子开关的设备。正如编程的人目的是为了将复杂的操作简化为逻辑和算术运算来完成任务那样，微控制器的设计人员必须决定使用什么电子设备来完成这些任务，比如，晶体管，FET和二极管等。大多数的微控制器工作在二进制系统下，比如1和0，高和低，开和关。
PC指向Flash存储器的指定地址，然后返回指令和数据。
专用逻辑将使用PC来确定Flash中的哪个字段将被送到指令译码器中。
指令译码器包含译码逻辑，这些逻辑将对从Flash返回的数进行“翻译”，用来确定程序将执行的指令，
这些指令将“告诉”CPU下一步将做什么。
微控制器基础 --微控制器的涵义
第1章 PSoC设计导论
Chapter 1 Design Introduction of PSoC
第1章 PSoC设计导论 --前言
Cypress公司的可编程片上系统(Programmable System-on-a-Chip, PSoC)将微控制器、可编程逻辑阵列、模拟可编程阵列等资源集成在单芯片上，为电子系统的设计带来了前所未有的机遇。
CPU不但能进行运算，也能修改程序运行的地址。如果指令将被改变执行的位置，那么PC将加载新的地址，并且从指向Flash新的地址位置的地方执行程序。如果指令需要CPU执行一些运算，那么相关的数将送到 ALU单元中。
CPU也能根据所接收到的指令对外设进行控制。
微控制器基础 --微控制器的涵义
• Cache：从位置和速度上说，高速缓存Cache最靠近 CPU。Cache有时直接集成在同一芯片内。但并不是必须放在同一个硅片上，只是放在同一个封装内。 • RAM：从速度来说，RAM其次，RAM是随机访问存储器的缩写。需要说明的是，这个词语已经失去了它的原本含义，这是由于现在大部分的存储器都能够以任何顺序进行访问。 • Hard Drive：从速度来说，是系统中最慢和最大的存储部分。它用来保存程序，并且是非易失性的。
本部分主要介绍以下内容：
微控制器基础 PSoC基本概念； PSOC3和PSOC5器件概述。
第1章 PSoC设计导论 --前言
在微控制器基础部分，介绍微控制器基本概念和功能、数据和指令的处理；
在可编程片上系统PSoC概述部分介绍PSoC的发展、PSoC技术特点、设计重用技术。
在PSOC3/5概述部分介绍了PSoC3/ 5的功能和特
微控制器基础 --数据和指令的处理
• 在PSoC1/3/5中，有不同的指令集，所有的程序最后都要分解成这些预定义的指令集中的指令。如果对PSoC使用C语言进行编程，C语言编译器将C语言分解成这些预定义的指令。这些指令包含基本的逻辑和算术操作。这些指令中还有一些更复杂的指令，比如加、减、乘和比较操作。CPU内包含逻辑模块用来完成这些复杂的指令，而不需要将这些复杂的指令分解为简单的指令。
• Cypress的微控制器系统称为PSoC，那是因为它包含了足够的资源，几乎不需要外部的电路。
典型的“积木式”结构
微控制器基础 --微控制器的涵义
• CPU：是系统的大脑，中央处理单元（Central Processing Unit, CPU）知道如何和各种不同空间的存储器交换（读或写）信息。
C语言描述 F=C+D
机器指令 E508 2509 F50A
汇编助记符 MOV A, 0x08 ADD A, 0x09 MOV 0x0A, A
功能将数据空间地址为0x08的内容送给A 将数据空间地址为0x09的内容和A相加后送给A 将A的内容送到地址为0x0A的数据空间
可编程片上系统PSoC概念 --PSoC的发展
执行一些逻辑指令，最基本和最通用的有：加、减、逻辑OR、逻辑AND、逻辑XOR、移位 Shift、移动Move和复制。一些处理器可能执行更加复杂的操作，但这些操作都是由最基本的操作得到的。
微控制器基础 --微控制器的涵义
CPU由一些子系统构成，在这些子系统中最重要的是程序计数器（Program Counter, PC），指令译码器和算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit, ALU）部分。
足不同要求的产品，并且延长了产品的上市时间。
可编程片上系统PSoC概念 --PSoC的发展
• 随着半导体工艺的不断发展，越来越多的半导体厂商在一个单芯片上提供了大量不同的IP软核和硬核资源。
这些软核和硬核可以在任何时间进行升级，典型的有Cypress公司的PSoC3/5可编程片上系统芯片，该芯片提供了MCU、大量的数字和模拟可编程阵列等。
微控制器基础 --数据和指令的处理
指令作为被编码的值保存在存储器中。编程人员不需要知道描述这些指令的值。汇编器接受助记符，这些助记符是用来表示指令的缩写。这些指令有一个或多个操作数。操作码描述加、移位或程序的执行顺序等。
通常情况下，第一个操作数为目的操作数，而其它操
作数被认为是源操作数。如果指令用来改变程序执行的位置，那么操作数必须包含所要执行程序的新的地址。

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