Xilinx FPGA设计与实践教程 教学课件 作者 赵吉成 第6 10章 第10章.ppt

第十章 PS/2鼠标接口控制器 10.1 PS/2鼠标接口电路10.1.1 关于鼠标　　计算机上的鼠标是用来检测在平面二维空间中的移动状态和坐标的。其内部电路用来测量移动的相对距离以及按键状态。对于PS/2接口的鼠标，鼠标的传输信息打包成三个数据包通过PS/2口发送出去；在传输过程中，数据以串行方式发送并且按照预先设定的采样率持续传输。 　　PS/2端口的通信是双向的。主设备可以发送命令参数给键盘和鼠标。对于键盘来说，不需要主设备向键盘发送参数，因为这样会对键盘提出更高的要求。而鼠标不一样，上电之后不发送任何信息给主设备，反而主设备需要首先发送命令初始化鼠标，使鼠标处于连续发送信息状态。所以PS/2鼠标接口是需要支持双向通信接口的。下面介绍PS/2的鼠标接口协议，并设计一个简单的双向鼠标数据传输接口电路。 10.1.2 鼠标PS/2通信协议　　标准的PS/2鼠标接口数据不仅反映鼠标在X轴和Y轴的移动情况，而且还包括鼠标左键、中键、右键的状态信息。鼠标电路包含一个内部计数器，其用来计算鼠标的每次移动量。当数据传输给主机时，计数器清零后重新开始计数。该计数器的值为一个9 bit宽的带符号整数，其正值代表向右或向上运动，其负值代表向左或向下运动。 　　计数器与实际物理距离之间的关系由鼠标特性参数来决定。默认为每计数4次代表1 mm。当鼠标持续移动时，数据以固定速率传输，这个速率由鼠标采样率决定。默认采样率为100次每秒。如果鼠标移动速率过快，采样期间移动量计数值则有可能超过计数器的最大值。计数器在适当的方向设置有最大幅度，并用两位溢出位来指示这种情况。　　反映鼠标的移动及点击活动需要三个字节，它们被封装在PS/2协议中。3个字节数据的具体格式以及含义如表10-1所示。包含有如下的信息： 　　(1) ?X8，…，X0：在2秒完全模式下的X轴移动量；　　(2) ?Xv：X轴移动溢出；　　(3) ?Y8，…，Y0：在2秒完全模式下的Y轴移动量；　　(4) ?Yv；Y轴溢出；　　(5) ?l：左键状态，当左键按下时为1；　　(6) ?r：右键状态，当右键按下时为1；　　(7) ?m：可选择中键，当键按下时为1。　　传输过程中，字节1首先被发送，字节3最后被发送。 10.1.3 初始化过程　　鼠标的操作相对于键盘的操作要复杂的多。它有各种不同的模式，通常用的最多的是串行流模式，即鼠标检测有移动或者有键按下时，不断将数据发送给主机，如果运动是持续的，数据按照设计的采样率发送。　　操作过程中，主机可以给鼠标发送命令，修改默认值或其他参数，来设置不同的操作模式，然后鼠标发送状态信号进行响应。在设计中要求所有设置为默认值，不做变化，唯一任务是设置鼠标为持续数据流模式。 　　这时PS/2和FPGA开发板之间的初始化步骤如下：　　(1) 上电时鼠标首先进行上电自检，如果鼠标发送一个字节AA，则表示自检通过；然后发送一个字节数据00，为标准鼠标的ID号。　　(2) ?FPGA主机端发送命令F4，使能数据流模式，鼠标返回FE来响应命令。　　(3) 鼠标进入数据流模式，然后发送正常的数据包。　　如果在FPGA板上电之前鼠标已经插在了FPGA验证板上，则当板子上电时，鼠标立即发送“AA 00”，由于FPGA芯片当时还没有被配置，那么将不能接收到鼠标发送的数据。所以通常会忽略上述步骤(1)，将鼠标接口时序电路做简化，仅需要发送F4命令来检测鼠标FE响应，然后直接进入正常工作状态来传输鼠标数据包。 　　也可以通过发送复位命令来强制鼠标返回到初始状态。　　(1) ?FPGA主机端发送命令FE复位鼠标，鼠标将返回FE来响应。　　(2) 鼠标执行上电自测，然后发送“AA 00”，在这个过程中，数据流模式将被禁止。　　新型鼠标增加了很多功能，比如鼠标带有滚轮或者另外增加新的按钮，这样就需要发送更多的信息，这些多出来的字节将和原始的三字节数据打包一起发送。 　　10.2 PS/2传输子系统设计10.2.1 主系统对PS/2设备的通信协议　　主系统对PS/2设备的通信协议包含双向数据交换。鼠标数据和时钟为开漏极电路，可以认为它们为三态门。基本时序传输协议如图10-1所示，其中，数据和时钟信号线标为ps2d和ps2c。可以清楚地发现，时序图被分成两部分，一部分反映主系统(host)的活动，而另一部分反映设备(mouse)的活动。基本操作时序如下： 　　(1) 主设备强行置低ps2c至少100 μs来禁止任何鼠标活动，可以认为是主系统请求发送数据包。　　(2) 主设备强行置低ps2d，禁止ps2c，可以认为是主机发送一个开始信号。　　(3) 此时PS/2从设备开始控制ps2c，负责