FPGA实现PS2接收：协议解析与FPGA设计

"这篇文章除了介绍PS2协议的基础知识外，还涉及如何使用FPGA实现PS2接收。文章中提到，PS2协议在没有数据传输时，时钟线和数据线都保持高电平。传输时，PS2设备会启动时钟和数据变换，数据在时钟上升沿变化，接收端应在时钟下降沿捕获数据。作者使用FPGA进行设计，虽然没有采用典型的状态机方法，但依然实现了数据的接收。提供的代码片段展示了如何检测时钟的下降沿以及如何采集数据。" 在深入探讨FPGA中的PS2协议实现之前，我们先来了解一下PS2协议的基本概念。PS2（Personal System/2）是IBM在1987年推出的一种接口标准，主要用于连接键盘和鼠标到个人计算机。该协议是串行通信协议，使用两根线：一根时钟线（Clock）和一根数据线（Data）。在无数据传输状态下，这两根线都保持高电平。当数据需要传输时，PS2设备会通过时钟线发送时钟信号，并在数据线上按照时钟同步传输数据。 在FPGA实现PS2接收的过程中，关键在于正确地捕获数据。由于数据在时钟上升沿变化，因此接收端通常会在时钟的下降沿读取数据，以确保数据稳定。这种同步方式被称为边沿触发。文中给出的代码片段展示了如何检测时钟的下降沿： ```verilog reg ps2_clk_r; reg ps2_clk_r_r; wire ps2_clk_falling; always @(posedge clk) begin if (!rst_n) begin ps2_clk_r <= 'b1; ps2_clk_r_r <= 'b1; end else begin ps2_clk_r <= ps2_clk; ps2_clk_r_r <= ps2_clk_r; end end assign ps2_clk_falling = ps2_clk_r_r & (!ps2_clk_r); ``` 这段代码创建了两个寄存器`ps2_clk_r`和`ps2_clk_r_r`来延迟时钟信号，以便检测下降沿。当`ps2_clk_r_r`为高且`ps2_clk_r`变为低时，`ps2_clk_falling`信号将变为高，表示时钟的下降沿发生。 在实际的数据接收过程中，除了要考虑时钟同步，还需要处理数据的校验。如描述中所提到，PS2协议中每个数据字节包括8位实际数据和1位奇偶校验位。接收端需要检查接收到的数据的奇偶校验是否正确，以确认数据在传输过程中没有错误。这个过程可以通过简单的逻辑操作来实现，例如计算接收到的8位数据中1的个数，与接收到的奇偶校验位进行比较。 在FPGA设计中，作者可能使用类似以下的结构来接收并校验数据： ```verilog reg [7:0] data_buffer; reg parity_valid; always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) begin data_buffer <= 8'b0; parity_valid <= 1'b0; end else if (ps2_clk_falling) begin data_buffer <= {data_buffer[6:0], ps2_data}; parity_valid <= (data_buffer[7] == parity_check(data_buffer[6:0])); end end function bit parity_check(input [7:0] data); integer i; parity_check = 1'b1; for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin parity_check = parity_check ^ data[i]; end endfunction ``` 这里，`data_buffer`用于存储接收到的数据，`parity_valid`表示校验是否通过。在每次时钟下降沿，`data_buffer`左移一位并将新的数据位放入最低位，同时计算当前数据的奇偶校验并与接收到的校验位比较。 实现FPGA中的PS2接收涉及到对时钟和数据信号的精确同步，以及数据的校验。通过状态机或非状态机的方法，可以有效地控制数据接收流程，确保数据的完整性和正确性。这个过程对于理解串行通信协议、FPGA设计和数字逻辑验证具有重要的学习价值。