一种与16位微处理器应用系统连接的计数器ip核的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种与16位微处理器应用系统连接的计数器IP核，尤其设及一 种基于FPGA并行处理的特点，应用FPGA设计硬连接电路组成的能够与16位微处理器应用 系统连接的计数器IP核。
【背景技术】
[0002] 在大规模计数控制或其它需要应用众多计数器的16位微处理器应用系统中，将 使用大量的计数器，扩展计数器个数有=种实现方式：第一种方式是应用微处理器中的一 个计数器的计数值作为基准计数值，采用计数中断方式编程，设置基准计数值的倍数变量， 该计数值倍数变量也是扩展计数器的标识变量，编程方法主要有2种，第1种方法是执行一 次计数器中断服务函数计数值倍数变量加1，并与设置的基准计数值的倍数值比较，如果计 数值倍数变量已达到设置的基准计数值的倍数值，对计数值倍数变量清0,然后执行该扩展 计数器计数值溢出的程序；或专口设置一个扩展计数器的标识变量，当计数值倍数变量已 达到设置的基准计数值的倍数值时，对计数值倍数变量清0,置1计数器的标识变量，在主 函数的程序中判断该计数器的标识变量是否为"1"，如果是，则清0该计数器的标识变量， 执行一次该扩展计数器计数值溢出的处理函数；第二种方式是微处理器与计数器扩展忍片 连接扩展16位计数器；
[0003] W上二种实现方式存在如下不足之处：
[0004] 1.应用基准计数器的计数中断方法，CPU响应和退出基准计数器中断服务程序占 用CPU运行时间；基准计数值越小，计数器系统需要扩展的计数器越多，将占用CPU运行时 间越长，对其它程序模块的执行速度产生严重的影响； 阳0化]2.第二种方式采用微处理器外扩专用计数器忍片，所需的计数器越多，外扩专用 计数器忍片就越多，16位微处理器应用系统的电路规模就越大；
[0006] 第=种方式是采用不可编程的硬件计数，其每个计数器用独立的硬件电路实现； 采用运种方式实现计数功能，所需的计数器越多，电路规模就越大，且维护工作量大。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的在于充分应用FPGA的并行处理功能，提供一种基于FPGA的与 16位微处理器应用系统连接的计数器IP核，计数器IP核内部有15个16位计数器，也可W 应用14个16位计数器设置成为7个32位计数器，每个16位计数器或32位计数器能够输 出溢出信号，能够编程设置口控信号控制计数器的工作，计数器的工作模式，选择十六种计 数输入脉冲的滤波参数，该计数器IP核只需要经过初始化编程的一条命令设置每个计数 器的工作运行方式，计数时间到产生计数溢出信号时，计数器IP核能够自动重新装载计数 参数；计数过程不占用16位微处理器程序执行的时间，能够实现对数量多达15个16位计 数器或1个16位计数器和7个32位计数器的计数与计数控制等优点，W克服已有计数方 式实现技术所存在的不足。
[0008] 为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：一种与16位微处理器应用 系统连接的计数器IP核，其特征在于：该计数器IP核包括数据输入输出与命令字分解存储 控制模块，脉冲200分频器，计数处理控制模块，计数器溢出标志控制模块，输入口控选择 控制模块；
[0009]所述数据输入输出与命令字分解存储控制模块与16位微处理器应用系统、计数 处理控制模块、计数器溢出标志控制模块和输入口控选择控制模块连接；
[0010] 所述脉冲200分频器还与16位微处理器应用系统和计数处理控制模块连接；
[0011] 所述计数处理控制模块还与16位微处理器应用系统、计数器溢出标志控制模块 和输入口控选择控制模块连接；
[0012] 所述数据输入输出与命令字分解存储控制模块在输入的片选信号为低电平的条 件下，如果写信号有效，按照16位微处理器应用系统给定的计数器或计数器命令字的地 址，获得计数器运行的工作模式分频倍数编码命令字，状态控制命令字，16位计数器或32 位计数器的计数参数，并按照计数参数、计数器编号、工作模式分频倍数编码和状态控制分 别予W存储和输出，还输出写工作模式分频倍数编码信号、写状态控制信号和写计数器参 数信号；如果读信号有效向16位微处理器应用系统传输计数器实时计数值；
[0013] 所述脉冲200分频器对16位微处理器应用系统的时钟脉冲进行分频，其输出作为 计数处理控制模块的计数器计数控制操作的滤波基准时钟脉冲；
[0014] 所述计数处理控制模块在写工作模式分频倍数编码信号的作用下，按照计数器编 号存储该计数器的工作模式，滤波基准时钟分频倍数的编码值；在写状态控制信号的作用 下，按照计数器编号存储该计数器的状态控制信号；在写计数器参数信号的作用下，按照计 数器编号存储该计数器的计数参数；所述计数处理控制模块在计数器IP核外部输入的计 数处理控制运行时钟脉冲CLKII的作用下，控制计数处理控制模块的运行，按照脉冲200分 频器输出的一个滤波基准时钟脉冲周期完成所有已启动计数器的一次处理，包括每个计数 器的状态控制处理，工作模式的判断处理，当滤波基准时钟的个数达到一个16位/32位计 数器所设置的滤波基准时钟倍数值时，从计数器IP核外部读入该计数器的计数输入信号， 进行一次滤波处理，如果判断是一次有效地计数脉冲，则对该计数器的实时计数参数值进 行加1操作，产生溢出时，对实时计数参数值自动重装载计数参数，并输出溢出标志信号； 在数据输入输出与命令字分解存储控制模块输入的片选信号为低电平的条件下，如果读信 号有效，按照16位微处理器应用系统给定的计数器的地址，直接读出该计数器的实时计数 参数值经数据输入输出与命令字分解存储控制模块传输到16位微处理器应用系统的数据 总线，一次能够读出16位计数器的实时计数参数，32位计数器的实时计数参数需要分时两 次予W读出；在16位微处理器应用系统输出的复位信号作用下，停止所有计数器的计数操 作；
[0015] 所述计数器溢出标志控制模块输出16位/32位计数器的高电平为有效的溢出信 号；计数处理控制模块输出的16位计数器的溢出信号由低电平变换为高电平时，存储该计 数器溢出标志为高电平；如果该计数器溢出标志为高电平，清溢出标志由高电平转换为低 电平，存储该计数器溢出标志为低电平；在写工作模式分频倍数编码信号的作用下，计数器 溢出标志控制模块按照寄存器编号存储32位计数器工作模式的信息，封锁该32位计数器 低16位的溢出信息保持为低电平；
[0016] 所述输入口控选择控制模块在写工作模式分频倍数编码信号作用下，按照计数器 编号存储该计数器的工作模式，根据该计数器工作模式所确定的口控功能要求和输入的口 控电平，控制输入口控选择控制模块输出的口控信号。
[0017] 其进一步技术方案是：所述数据输入输出与命令字分解存储控制模块包括16位 双向数据选通=态口组，读写信号控制模块，计数参数寄存器，计数器编号寄存器，工作模 式分频倍数编码寄存器，状态控制寄存器；
[0018] 所述16位双向数据选通=态口组分别与16位微处理器应用系统、读写信号控制 模块、计数参数寄存器、计数器编号寄存器，工作模式分频倍数编码寄存器，状态控制寄存 器和计数处理控制模块连接；
[0019] 所述读写信号控制模块还与16位微处理器应用系统、计数参数寄存器、计数器编 号寄存器，工作模式分频倍数编码寄存器，状态控制寄存器、计数处理控制模块、计数器溢 出标志控制模块和输入口控选择控制模块连接；
[0020] 所述计数参数寄存器还与计数处理控制模块连接；
[0021] 所述计数器编号寄存器还与16位微处理器应用系统、计数处理控制模块、计数器 溢出标志控制模块和输入口控选择控制模块连接；
[0022] 所述工作模式分频倍数编码寄存器还与16位微处理器应用系统、计数处理控制 模块、计数器溢出标志控制模块和输入口控选择控制模块连接；
[0023] 所述状态控制寄存器还与16位微处理器应用系统、计数处理控制模块和计数器 溢出标志控制模块连接；
[0024] 所述数据输入输出与命令字分解存储控制模块的读写信号控制模块在片选信号 为低电平的条件下，如果写信号有效，发出16位双向数据选通=态口组写信号，选通16位 微处理器应用系统数据总线的数据输入；产生写计数器编号信号，并判断输入的地址值，如 果是计数器参数的地址值，将该地址值写入计数器编号寄存器，产生写计数器参数信号，将 数据总线的16位数据写入计数参数寄存器；如果是计数器命令字地址，判断命令字的第15 位是否为"0"，如果第15位是"0"，产生写计数器编号信号，将16位数据总线的第2位~第5 位数据写入计数器编号寄存器，产生写工作模式分频倍数编码信号，将数据总线的第0位、 第1位、第6位-第9位写入工作模式分频倍数编码寄存器，产生写状态控制信号，将16位 数据总线的第10位、第11位和第14位写入状态控制寄存器；如果第15位是"1"，则计数 器命令字是状态控制命令字，产生写计数器编号信号，将16位数据总线的第2位~第5位 数据写入计数器编号寄存器，产生写状态控制信号，将数据总线的第10位、第11位和第14 位写入状态控制寄存器；如果读信号有效，发出16位双向数据选通=态口组读信号，将计 数处理控制模块的计数器IP核内部输出数据总线的数据传输到16位微处理器应用系统的 数据总线。
[00巧]其更进一步技术方案是：所述计数处理控制模块包括计数器计数控制操作模块， 地址选通控制I，16位计数参数双端口存储器，地址选通控制II，16位计数实时参数双端 口存储器，地址选通控制III，6位工作模式分频倍数编码双端口存储器，地址选通控制IV，3 位状态控制双端口存储器，6位计数滤波参数移位存储器；
[00%] 所述计数器计数控制操作模块分别与脉冲200分频器、计数器溢出标志控制模 块、输入口控选择控制模块、地址选通控制I、16位计数参数双端口存储器、地址选通控制 II、16位计数实时参数双端口存储器、地址选通控制III、6位工作模式分频倍数编码双端口 存储器、地址选通控制IV、3位状态控制双端口存储器和4位计数滤波参数移位存储器，计 数器IP核外部输入的计数输入信号和计数处理控制运行时钟脉冲CLKII连接；
[0027] 所述地址选通控制I还与数据输入输出与命令字分解存储控制模块和16位计数 参数双端口存储器连接；
[0028] 所述16位计数参数双端口存储器还与数据输入输出与命令字分解存储控制模块 和16位计数实时参数双端口存储器连接；
[0029] 所述地址选通控制II还与16位微处理器应用系统、数据输入输出与命令字分解 存储控制模块和16位计数实时参数双端口存储器连接；
[0030] 所述16位计数实时参数双端口存储器还与数据输入输出与命令字分解存储控制 模块连接；
[0031] 所述地址选通控制III还与数据输入输出与命令字分解存储控制模块和6位工作 模式分频倍数编码双端口存储器连接；
[0032] 所述6位工作模式分频倍数编码双端口存储器还与数据输入输出与命令字分解 存储巧制板块连接；
[0033] 所述地址选通控制IV还与数据输入输出与命令字分解存储控制模块和3位状态 控制双端口存储器连接；
[0034] 所述3位状态控制双端口存储器还与数据输入输出与命令字分解存储控制模块、 16位微处理器应用系统的复位信号连接；如果输入的复位信号为有效的复位信号，复位3 位状态控制双端口存储器，停止所有计数器的计数。
[0035] 其再进一步技术方案是：所述计数器溢出标志控制模块包括非n，MO工作模式位 寄存器组，溢出清零脉冲控