用于NIOS II 嵌入式處理器系統(tǒng)的鼠標控制器設計

本文所提出的鼠標控制器是一個Avalon從模式設備，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖１ 硬件結(jié)構(gòu)圖

其設計由兩個文件組成，msmouse.v和ps2_mouse_interface.v。其中，msmouse.v是頂層文件，它定義了整個鼠標控制器模塊和Avalon總線及外設的接口信號，這個文件的部分代碼如下：

module msmouse(clk,rst,irq,chipselect,read,write,address,readdata,writedata,
ps2_clk,ps2_data);
reg [31:0] command_reg; // address 00
wire [31:0] state; // address 01
wire [31:0] mouse_data; // address 10
wire [31:0] response_data;// address 11

wire wacc = chipselect write;
wire racc = chipselect read;
wire rx_read = (racc (address != 2’b00)) ? 1:0 ;
wire rx_write = (wacc (address == 2’b00)) ? 1:0 ;
assign mouse_data = {data_ready, 2’h0, left_button, right_button, middle_button, x_increment, y_increment, z_increment};
assign response_data = {write_ack, write_response};
assign state = {30’h0, write_sync , error_no_ack};
ps2_mouse_interface the_ps2(
.clk(clk64),
.left_button(left_button),
.x_increment(x_increment),
.write_data(command_reg[7:0]),
…… ……
.write_response(write_response),
.msmode(msmode),
.error_no_ack(error_no_ack)
);
endmodule

　　在msmouse的接口信號中，clk、rst、 chipselect等是和Avalon總線的接口信號。ps2_clk和ps2_data是和鼠標的接口信號，這兩個信號是雙向的（inout類型）。為了和總線模塊進行數(shù)據(jù)交互，我們定義了四個32位寄存器，command_reg、state、 mouse_data和response_data。它們的偏移地址依次為0、1、2、3,根據(jù)address[1:0]的值決定要寫入或讀取哪一個寄存器。其中command_reg中存儲主機要發(fā)給鼠標的命令；state反映鼠標的狀態(tài)信息；mouse_data包含鼠標的3個按鍵信息及在X方向，Y方向和滾輪的位移信息，其最高位表示數(shù)據(jù)是否有效；response_data里包含了主機發(fā)送命令給鼠標后鼠標的回應信息，其最高位也表示數(shù)據(jù)是否有效。這四個寄存器通過ps2_mouse_interface元件中的x_increment和write_response 等接口信號和鼠標接口進行數(shù)據(jù)傳送。msmode信號決定鼠標是在標準PS/2模式或Intellimouse模式。另外，為了讓下文所述的狀態(tài)機正常工作，我們在這個文件中對系統(tǒng)時鐘進行了1/64分頻，作為ps2_mouse_interface元件的時鐘。

　　在ps2_mouse_interface.v中，我們通過一個狀態(tài)機實現(xiàn)主機和鼠標之間的通訊。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。系統(tǒng)重啟之后,主機發(fā)送命令F4使能鼠標，鼠標響應后進入等待狀態(tài)。如果鼠標有位移或按鍵事件發(fā)生，則進入收集數(shù)據(jù)狀態(tài)。等數(shù)據(jù)收集結(jié)束并驗證符合數(shù)據(jù)幀格式后輸出，否則重新回到等待狀態(tài)。如果在規(guī)定時間沒有收到完整的一幀數(shù)據(jù)，則重新使能鼠標。在等待狀態(tài)下主機也可對鼠標發(fā)送命令，然后等待鼠標的響應，并把響應數(shù)據(jù)輸出。

由于標準PS/2模式和微軟的Intellimouse模式數(shù)據(jù)幀格式不同，因此要收集的數(shù)據(jù)位位數(shù)和數(shù)據(jù)幀格式的驗證在兩種模式下是不同的。我們采用如下代碼驗證在兩種模式下收到的數(shù)據(jù)幀是否有效：

assign packet_good = (~msmode)?
(
(q[0] == 0) (q[11] == 0) (q[22] == 0) // 起始位
(q[10] == 1) (q[21] == 1) (q[32] == 1) // 停止位
(q[9] == ~^q[8:1]) (q[20] == ~^q[19:12])
(q[31] == ~^q[30:23]) // 奇偶校驗位
):
(
(q[0] == 0) (q[11] == 0) (q[22] == 0) (q[33] == 0) //起始位
(q[10] == 1) (q[21] == 1) (q[32] == 1) (q[43] == 1) //停止位
(q[9] == ~^q[8:1]) (q[20] == ~^q[19:12])
(q[31] == ~^q[30:23]) (q[42] == ~^q[41:34]) //奇偶校驗位
);