LAB5: "吃硬还是吃软？"-软硬协同才是正道

学习目标

• 理解 SoC 系统中外设扩展的基本方法
• 掌握 AHB-Lite 总线外设接口的设计流程
• 学会设计硬件加速器并与 CPU 协同工作
• 熟悉常见 I/O 外设（键盘、数码管）的接口设计

实验内容概述

第一部分：GCD 硬件加速器设计

GCD（Greatest Common Divisor，最大公约数）是一个经典的数学问题。虽然软件实现简单，但在需要频繁计算的场景下，硬件加速器可以显著提升性能。

第二部分：4x4 矩阵键盘接口设计

矩阵键盘是嵌入式系统中最常见的输入设备之一。通过行列扫描的方式，仅用 8 个 I/O 引脚即可实现 16 个按键的检测。

第三部分：4 位数码管显示控制器设计

数码管是最直观的数字显示设备。通过动态扫描技术，可以用较少的 I/O 资源驱动多位数码管。

第四部分：综合实验

将上述三个模块整合，实现一个完整的 GCD 计算器：

• 通过键盘输入两个数字
• 使用硬件加速器计算 GCD
• 在数码管上显示结果

系统架构

本实验的 SoC 系统架构如下：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        Cortex-M0                            │
│                       处理器核                               │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘
                            │
                      AHB-Lite 总线
                            │
        ┌───────────────────┼───────────────────┐
        │                   │                   │
        ▼                   ▼                   ▼
┌───────────────┐   ┌───────────────┐   ┌───────────────┐
│  ROM / RAM    │   │     GPIO      │   │    UART       │
│   存储器      │   │   通用IO      │   │   串口        │
└───────────────┘   └───────────────┘   └───────────────┘
        │                   │                   │
        └───────────────────┼───────────────────┘
                            │
        ┌───────────────────┼───────────────────┐
        │                   │                   │
        ▼                   ▼                   ▼
┌───────────────┐   ┌───────────────┐   ┌───────────────┐
│  GCD 加速器   │   │  4x4 键盘     │   │  4位数码管    │
└───────────────┘   └───────────────┘   └───────────────┘

地址空间分配