文献阅读报告_

文献阅读报告

1.PS/2鼠标接口的设计的研究背景

FPGA（Field Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是一种可编程使用的信号处理器件，是在PAL（Phase Alteration Line）、GAL（Generic Array Logic）、CPLD（Complex Programmable Logic Device）等可编程器件的基础上进一步发展的产物[1]。FPGA 是采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这一概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分[2]。与传统数字电路系统ASIC（Application Specific Integrated Circuit专用集成电路）相比，FPGA一般来说运行速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是，它解决了原先定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，通过配置器件内部的逻辑功能和输入/输出端口，提高了电路性能，具有可编程、高集成度、高可靠性等优点，尤其是FPGA开发周期短、产品上市速度快、可以快速成品、可以被修改来改正程序中的错误、硬件升级空间大和更便宜的造价，使得PFGA具有更广阔的发展前景。

随着计算机工业的发展，作为计算机最常用输入设备的键盘也日新月异。1981年IBM推出了IBM PC/XT键盘鼠标及其接口标准。该标准定义了83键，采用5脚DIN连接器和简单的串行协议。实际上，第一套键盘扫描码集并没有主机到键盘的命令。为此，1984年IBM推出了IBM AT键盘鼠标接口标准。该标准定义了84～101键，采用5脚DIN连接器和双向串行通讯协议，此协议依照第二套键盘扫描码集设有8个主机到键盘的命令。到了1987年，IBM又推出了PS/2键盘鼠标接口标准。该标准仍旧定义了84～101键，但是采用6脚mini －DIN连接器，该连接器在封装上更小巧，仍然用双向串行通讯协议并且提供有可选择的第三套键盘扫描码集，同时支持17个主机到键盘的命令。

PS/2接口是目前最常见的鼠标接口，最初是IBM公司的专利，俗称“小口”．这是一种鼠标及键盘的专用接口，是一种6针的圆型接口。但鼠标只使用其中的4针传输数据及供电，其余2个为空脚。PS/2接口的传输速率比COM接口稍快—些，而且是ATX主板的标准接口，是目前应用最为广泛的鼠标接口之一。值得注意的是，符合PC99规范的主板的情况下，其鼠标的接口为绿色，键盘的接口为紫色。

PS/2接口作为传统的鼠标键盘接口已经被大部分人所熟知，随着USB接口键盘鼠标的普及，绝大多数PC用户均选择了USB的键盘鼠标，但目前主流电脑中依旧保留了PS/2键盘鼠标的接口。此外，由于PS/2接口实现简单，使用方便的特点[3]，在许多嵌入式系统领域仍旧采用PS/2接口来完成工作。本设计便利用FPGA实现对PS/2接口鼠标的控制，在Basys2开发板上用8×8点阵来显示出鼠标的移动方向。

2.PS/2鼠标接口的设计的研究意义

随着嵌入式系统技术的发展,PS/2鼠标作为一种无源输入设备[4],因其耗电极少、可靠性高、价格低廉,接口设计方便等,在PC系统中受到越来越多的青睐,尤其在一些人机交互系统的界面设计中或是需要设定较多参数的单片机的嵌入式系统中,PS/2鼠标的应用优势则更加明显[5]。利用PS/2鼠标的标准接口特性,在单片机应用系统中设计一个PS/2接口作为系统的输入设备,不仅占用系统的资源少,而且成本低、操作简单、保密性好,越来越多的应用程序已经广泛使用鼠标与用户建立交互式操作[6]。

随着CRT(Cathode Ray Tube）和LCD(Liquid Crystal Display）技术的成熟以及价格的降低,他们在越来越多的领域得到了应用,特别是工控系统中的使用,大大增强了系统的人机交互能力[7]。但是现存的很多系统多采用触摸屏或附带小键盘的方式来控制屏幕显示的图形界面,这样触摸屏定位不准和附带键盘不利于系统小型化的问题就暴露无遗[8]。PS/2鼠标本质上是一个二维的角度或位移信号检测装置,只需CLK、DATA两根连接线就能实现主机与其通信，很容易就解决了上述问题[9]。

3. PS/2鼠标接口的设计的应用

在单片机的嵌入式应用中，有时需要输入较多的参数，来完成程序或数据参数的设定操作[10]。在对信息安全要求比较高的场所(比如银行系统的一些智能设备)，有时需要输人一些敏感的数字或字母资料，有十多个按键的常规输入设备。由于很容易被别人看到操作者按按键的位置及顺序从而使得数据失密。PS/2接口的鼠标是被现代个人微机广泛采用的外部定点输人设备[11]，而且利用PS/2鼠标的标准接口特性，可以设计一个PS/2接口作为系统的输人设备，可以起到绝好的保密性。另外，采用PS/2键盘(鼠标)的接口及软件设计,利用它不需编制专用扫描程序等优点,可广泛应用于采用液晶显示的键盘、鼠标控制及可视化菜单中[12]。

4. 基于FPGA的PS/2鼠标接口的设计发展趋势

首先FPGA产品的应用领域已经从原来的通信扩展到消费电子、汽车电子、工业控制、测试测量等广泛的领域。而应用的变化也使FPGA产品近几年的演进趋势越来越明显：一方面，FPGA供应商致力于采用当前最先进的工艺来提升产品的性能，降低产品的成本；另一方面，越来越多的通用IP（知识产权）或客户定制IP被引入FPGA中，以满足客户产品快速上市的要求。此外，FPGA企业都在大力降低产品的功耗，满足业界越来越苛刻的低功耗需求。FPGA 未来发展主要有以下几个值得注意的方向：

（1）规模越来越大，集成度越来越高。

（2）速度不断提高，性能不断提升。

（3）价格越来越低。

（4）向可编程系统芯片（SOPC）方向发展[13]。

可编程系统级芯片（SOPC）具有ASIC的高集成度、低功耗、小尺寸、低成本的优点，同时具有FPGA的低风险、灵活和快速上市的优点。实现PSOC主要有两种途径,一种是在FPGA中嵌入专用功能的IP核，实现SOC的功能，另一种是将可编程逻辑IP核嵌入到SOC 中。

由于PS/2出现的太早了，远远早于USB，PS/2出现于1987年，USB是1994年，二者差了7年[14]。早期的USB键盘和鼠标也比较贵，且USB接口也不够稳定。所以早期的厂商都选用PS/2作为首要的接口。即现在市场上的主流主机依然还是PS/2接口的键盘和鼠标。后来由于现在USB工作比较稳定，即插即用（PS/2不支持即插即用），速度比PS/2快，设备也便宜下来了，所以大家就都开始用USB外设。但是USB优先级依旧不如PS/2接口，以键盘为例，USB键盘的一个数据包只有8个字节，其中2个字节标记状态，其余6个字节用来记录当前按下或者弹起的按键的扫描码，所以，USB键盘最多同时描述6个按键的状态。至于PS/2键盘，用的不是这种规范，PS/2是：按下什么就报告什么，弹起什么也报告什么，如果同时按下10个键，就依次报告10个按下事件，至于能同时记录多少个按键的状态，协议没有限制，取决于操作系统本身，所以PS/2键盘理论上可以做到无限按键无冲。又比如在数据采集示波器中的应用重，PS/2鼠标键盘解决了系统的便携性以及人机接口的稳定性问题。或者在类似的嵌入式