龙少精简嗨爆版8位单周期CPU内核原创电路发布(计划出套件)
神之觉醒2014/11/12计算机电子学 IP:广西
刚画完电路先把电路贴出来[s::victory:]
这个CPU由30多片TTL门电路组成.
非常简单而强大的电路...连我自己都被这个设计震惊...[s::funk:][s::@]
设计是按照硬件条件来设计的, 计划装在两片10CM*10CM的PCB上面,这个规格的PCB打样价格低.
跳转指令跳转消耗2个时钟,不跳转消耗1个时钟,其他指令1个时钟.
RAM和ROM地址为24位(地址寄存器24位,程序计数器24位),最大可以寻址16MB的RAM和16M的ROM.
IO方式为内存映射IO.
保守估计用同样型号的IC性能大概比小UU强大约2倍,条件是频率要运行在10MHZ左右(性能相当于小UU运行在27MHZ的2倍), =  =其实性能要看每秒加法减法多少次...[s::L][s::lol]  看频率有点吹水的感觉[s:;P]
Multisim 11.0仿真文件下载:

attachment icon 龙少精简嗨爆版8位单周期CPU.rar 1.45MB RAR 1185次下载

本CPU可以看成由3个部分组成;
1.运算逻辑.
龙少精简嗨爆版8位单周期CPU运算逻辑.png

2.地址逻辑.
龙少精简嗨爆版8位单周期CPU地址逻辑.png

3.指令译码逻辑.
龙少精简嗨爆版8位单周期CPU译码逻辑.png

数据通道结构图:
龙少精简嗨爆版8位单周期CPU结构.png

[修改于 10年2个月前 - 2014/11/12 06:22:16]

+1  学术分    1211    2014/11/19 大作,理论阐述清晰,实践过程十分精彩
来自:计算机科学 / 计算机电子学
294
 
3
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~~空空如也
神之觉醒 作者
10年2个月前 IP:广西
730465
引用 21006091:
呵呵,编译个程序来看看先
之前没研究好编译器算法, 现在算法有了, 写个简单C编译器分分钟的事[s:;P] 太激动了...
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730467
引用 21006091:
膜拜大神了!整套成本多少?
CPU核心部分就两块板 5元1片 30多片IC  用拆机的几毛钱1片.  还有内存板  SPI  VGA  之类的外设看情况  还不确定 ..现在只完成了CPU部分
引用
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730513
仿真文件说明(CPU启动方法).
1.首先在下图的模拟ROM拨上需要CPU执行的指令(CPU指令参看1楼指令集),CPU会从上到下执行ROM的指令.
图2.png

2.然后把下图的S1开关拨为高电平,CPU取消复位, 这时拨动S2开关给CPU输入执行时钟,CPU开始执行ROM的指令,就可以在LED上面看到寄存器的数据变化.
图1.png
引用
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730514
引用 穆宝じ☆ve孤独:
大神找女朋友不
[s::funk:][s::funk:][s::funk:]
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730515
引用 gb505329191:
标记,等全部出来自己造台计算机玩玩?想当年学校机房的老古董才33M主频,没有硬盘,全靠软驱过活,只能DOS,还是单色的显示器。考虑复原一台......
一起玩[s:;P]  我还要发一堆帖..更加嗨的还在后面, 让你知道计算机可以做得如此简单而强大, 越来越接近本质了
引用
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730549
引用 liangjiajing:
套件什么时候出?
看情况, 不定时的, 我想把套件做得完整一点, 尽量快...
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神之觉醒作者
10年2个月前 修改于 10年2个月前 IP:广西
730550
引用 21006091:
膜拜大神了!整套成本多少?

给你演示一个程序.
这里是一个8位无符号数除以8位无符号数的程序,应该还可以再写得高效率点,有符号除法复杂一点点.
RAM内存单元定义:
000000H : 余数
000001H : 被除数
000002H : 除数
000003H : 商
000004H : 计数

程序代码(下面部分用表达式形式来表示CPU的指令):
000000H    A2A1A0 = 0x000000;
000001H    RAM = 0x00;
000002H    A2A1A0 = 0x000004;
000003H    RAM = 0x07;
000004H    A2A1A0 = 0x000003;
000005H    A = RAM;
000006H    RAM = A << 1;
000007H    A2A1A0 = 0x000000;
000008H    A = RAM;
000009H    A2A1A0 = 0x000001;
00000AH    B = RAM;
00000BH    A = (A << 1) | (B >> 7 & 0x01);
00000CH    B = B << 1;
00000DH    RAM = B;
00000EH    A2A1A0 = 0x000000;
00000FH    RAM = A;
000010H    A2A1A0 = 0x000002;
000011H    B = RAM;
000012H    A2A1A0 = 0x000016;
000013H    判断A - B没有借位跳转到000016H;
000014H    A2A1A0 = 0x00001B;
000015H    无条件跳转到00001BH;
000016H    A2A1A0 = 0x000000;
000017H    RAM = A - B;
000018H    A2A1A0 = 0x000003;
000019H    A = RAM;
00001AH    RAM = A + 1;
00001BH    A2A1A0 = 0x000004;
00001CH    A = RAM;
00001DH    RAM = A - 1;
00001EH    A2A1A0 = 0x000004;
00001FH   判断 A - 1没有借位跳转到000004H;

上面程序执行完成后结果在RAM内存单元里[s::lol]
大约250个时钟内完成计算
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730622
引用 sisisisisi0:
清华的学生有的也不是那么喜欢学习的,但是清华的要求极为严格,四年之间只要一科不及格就取消推研资格,三科不及格就退学了,所以我们都要疯狂地学习。大二的时候,我们有一个夏季小学期共两周。第一周周一上午,我们在一间教室上了两个小时课,学了计算机的...
这样搞容易残废[s::funk:][s::L]
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730624
正在进行焊接...
DSCF2798.jpg

DSCF2799.jpg
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730652
引用 cqb98:
楼主是学生吗?好厉害,高中还是大学?
业余爱好者- -  没有很厉害...只是对机关有点研究...  以前是机械机关(你懂得...yongdongji),  现在是电子机关,  我真的是对电子的东西很感兴趣[s::kiss:]   CPU就是一个电子机关.很简单的
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神之觉醒作者
10年2个月前 IP:广西
730656
CPU运行起来的感觉就是这个样子 很嗨[s:;P][s::lol]

attachment icon 运行.rar 1.91MB RAR 371次下载
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730816
运算逻辑焊好.. 发现74HC11没库存了. [s::L]
DSCF2800_调整大小.jpg

DSCF2801_调整大小.jpg

DSCF2804_调整大小.jpg

DSCF2806_调整大小.jpg

DSCF2812_调整大小.jpg

DSCF2814_调整大小.jpg

DSCF2816_调整大小.jpg
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神之觉醒作者
10年1个月前 修改于 10年1个月前 IP:广西
730817
给这个CPU编程必须按规则来, 有时要插入空操作, 不然指令执行会出错[s:;P]
"A = 0x00"的下一句是"A = 0x11"的话"A = 0x00"不会被执行.
如果要让A = 0x00被执行的话后面指令的目的操作数不能是A,
因为这个CPU锁存A = 0x00指令之后A寄存器(74XX273)的锁存线被拉低, 只有下一条指令不选中A寄存器,A寄存器的锁存线才会拉高锁存.
这个CPU的数据传送是靠阻塞来实现的...  意思就是数据消失的瞬间寄存器锁存线同时拉高出现的现象,  移位寄存器原理- -.
之前被洗脑了...以为一定要装个控制器上去才可以, 搞得得电路复杂得要死[s:;P]  还好觉悟得早
指令集里面的移位指令和跳转指令是根据经验来搞的.  这个经验在写编译器的时候一不留神就刷到了=  =
跳转指令产生的跳转信号本来还想在后面加个异或门控制真假,  想想没必要[s::lol] 增加延迟频率又降低.
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730818
搞了几年...这个CPU真的是觉得设计的比较得意. 兴奋得晚上都睡不着
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730888
引用 rpg-7:
膜拜大神!又开发新CPU了?啥时候考虑流片出来?KC-1号高性能单片机?
接受你的膜拜...  说真的要是流片出来肯定是超低功耗,  目前欲望不在性能上面,  就是想让更多人会DIY自己的CPU,   会的人多了分布计算然后性能架构就非线性增长[s::funk:][s:;P] 刚喝了两杯不好意思
还没给CPU认真起过名字[s::L]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730890
引用 rpg-7:
终于自己设计ALU了?恭喜
现成的ALU[s::L]  用ROM来做ALU也得 ..乘法除法都可以算. 输入数据马上出结果
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730893
好吧现在就给这个CPU起个名字...   科创龙少1号精简架构,  简称KC_LS1U架构[s:;P]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730899
套件结构先透露下...
首先CPU在最顶层,  是叠起来的, 通过插针连接, 然后下层到ROM
ROM的结构为, 有一组开机启动ROM, 容量几百KB就搞定了不用太多, 然后有一组SRAM是装任务切换运行,容量可以增减,  两组ROM可以相互切换,然后再下层RAM内存
RAM内存容量也是可增减的,然后再下层到外设
这里地方可以插VGA显卡 SPI  IDE 实时时钟 外设板随便插哪一层, 还可以装TFT液晶接口的啦  CH375 也可以插, 然后最后一层电源和时钟和复位
电源复位开关手动控/寄存器控,  不搞IDE还好有IDE了还要搞12降5

程序就图形界面啦  选内存卡或IDE的文件 点击启动运行 就这样咯[s::lol] 应用程序慢慢写  机载编译器 想写什么就写什么[s:;P]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730902
引用 liangjiajing:
这个是可以接到vga显示器上的吗
外设可以连接VGA
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730910
引用 eeprom:
这个U的内存、spi、vga基本可以使用小UU的那一套吧
那套的SPI用在这里可能时序不对 要调整一下  VGA SRAM这个CPU都可以读写  这里ROM是16位
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
730946
突然发现我好有艺术感[s::$] 现在在意YIN这个新CPU跑起来灯在闪的样子

DSCF2818_调整大小.jpg

DSCF2819_调整大小.jpg
引用
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731076
又焊好了一个CPU,,,,,,, 改天通电[s::lol]  自己动手丰衣足食...
飞线示范视频...:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/programs/view/AIAbSCboq5I/
点击此处查看视频

DSCF2825_调整大小.jpg

DSCF2826_调整大小.jpg

DSCF2827_调整大小.jpg

DSCF2828_调整大小.jpg

DSCF2830_调整大小.jpg

DSCF2831_调整大小.jpg

DSCF2833_调整大小.jpg

DSCF2835_调整大小.jpg

DSCF2837_调整大小.jpg
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731132
引用 liangjiajing:
你这cpu的程序都是自己编的吗,还是能兼容其他系统的程序
我还要搞个C编译器的, 如果做好点就可以移植大部分程序[s:;P]
引用
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神之觉醒作者
10年1个月前 修改于 10年1个月前 IP:广西
731133
还没接内存上去..  一摸时钟线CPU就乱跑[s::lol][s::L]
上电测试视频:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/programs/view/UMM8y512QSI/
点击此处查看视频

DSCF2852_调整大小.jpg

DSCF2854_调整大小.jpg

DSCF2846_调整大小.jpg
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731138
开始给I/O编址, 打算从0xff0000到0xffffff为I/O地址
VGA显存是RAM的一部份,和读写RAM一样操作, 看看放在RAM的哪个地址合适先[s::lol] 貌似放在RAM和I/O的中间比较合适[s::lol][s::lol][s::lol][s::$][s::L]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731145
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神之觉醒作者
10年1个月前 修改于 10年1个月前 IP:广西
731320
刚焊好接上ROM... 目前ROM还没有编程, 里面都是乱码,  晶振没加旁路电容不起振- -... 改天再撬两个电容出来焊上去....然后编程运行
这几个按键的状态CPU可以读取,灯数据CPU也可以写入.
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/programs/view/CZRgLn2mPOY/
点击此处查看视频
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/programs/view/ZMZJezRA_DA/
点击此处查看视频

DSCF2870_调整大小.jpg
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731322
引用 1211:
大作,理论阐述清晰,实践过程十分精彩
多谢支持[s::kiss:][s::lol]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731381
引用 liangjiajing:
你说的那个原理和程序什么的我一点都听不懂啊
慢慢研究...不用着急  数字电路和编程基础肯定要烧到大脑里面才能解码这个贴  最好汇编语言基础也烧
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731382
- - 芯片不小心插反 编程器爆炸撩....  没得玩了= =[s::L]  想写个嗨一点的程序跑.. 看来要再搞一个
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731408
现在ROM从0地址开始装有如下几条指令:
3102H;  //立即数02H送A寄存器
3203H;  //立即数07H送B寄存器
3303H;  //立即数03H送A0寄存器
344DH;  //立即数4DH送A1寄存器
35C3H;  //立即数C3H送A2寄存器
97XXH;  //A寄存器右移1位送RAM
0DXXH; //无条件跳转到A2A1A0
下面视频展示了以上指令CPU单步执行的效果~~~ 洞洞板不够大A2A1A0寄存器的数据灯没有装 程序计数器也只装20位的数据灯....可以看到执行跳转指令的时候程序计数器内容变化为A2A1A0的数据
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/programs/view/C4_36CL2UO8/
点击此处查看视频
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731409
发现了点问题,CPU电路要修改一下先, A0寄存器用74HC锁不上数据, 用74LS就能锁上, 有空再解释,  改好拿去打板...
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731551
引用 小肥羊mj:
请教一下 ,这CPU能干嘛?是不是像单片机一样做控制器的?
用来玩的 QQ图片20141121175809.gif
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731635
已经搞定CPU核的PCB...  在设计住内存PCB.   先不晒图 [s:;P]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
731644
这个套件你值得拥有, 不清楚计算机的同志玩了本套件将会了解从CPU内部到外部设备的精简龙少版计算机原理[s::lol]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732114
引用 rpg-7:
板子很漂亮!问两个问题:这么多飞线真的没问题?频率一高,线之间的电容就没法不考虑了,而且估计这玩意不连错还好,连错了排查起来要疯啊。。。还有,你提到这个cpu没有控制器?有意思。
这样飞跑10几20M测试没问题,  连错了也不要紧..  一查信号到不到就知道哪里出问题了, 你把这里的指令译码逻辑叫做控制器也可以= =..  不过我觉得不算控制器...
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732115
引用 liangjiajing:
套件要多少钱?
目前硬件IC还没全部确定,  具体价格未知,  不过 完整机的PCB数量是比较确定的了   有14片(层)左右, 10CM*10CM的  一片成本5块钱
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732116
引用 sszxlsy:
楼主套件估计多久出啊???
可能半个月~1个月可以拿到全套成品PCB
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732119
引用 1211:
建议所有PCB同样尺寸,或采用一个底板,上面插卡的形式,尺寸一样比较好做机箱,比如亚克力透明盒子之类,为了体现风格,建议采用透明阻焊或黄油,做套件外观很重要啊。
叠层结构  插针连接  组装好外表看起来就是一个立方体[s:;P]  阻焊我问问看可不可以弄透明的
引用
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732123
[s:;P]本机VGA显卡确定占4层PCB  分辨率256 X 240  8位色
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732255
现在在纠结显示部分到底是装TFT模块还是装VGA...    TFT模块40¥左右就能搞到了, 这里的VGA成本+-60¥   ,,,, 会不会贵了点,  而且分辨率不一样。。 到时搞图形程序分两个规格搞会比较麻烦;

下面是完整机的配置(装载运行ROM、数据RAM可以增加容量到4MB,开机启动ROM可以增加容量到2MB):
本机可以支持TFT液晶 N个、CH375 N个。。。

指示灯1(层) + CPU(2层) + 256K开机启动ROM(1层) + ROM控制器(1层) + 128K装载运行ROM(1层) + 128KB数据RAM(1层) + 硬件SPI(2层) + VGA(4层) + 并口IO/实时时钟/电源控制/时钟和复位(最后一层),使用拆机芯片,芯片带座的话这个配置整机成本应该在200¥左右,芯片不带座成本在200¥内。再加上ENC28J60以太网控制器10+¥、USB芯片20+¥。。。不知道算不算贵[s::lol]
这里的 指示灯、ROM控制器、装载运行ROM、硬件SPI、VGA都可是可选项, 就是让CPU运行的最低条件这些东西可以不要。。。
貌似还要增加一层模仿单片机的IO口,和上面一样也是可选项。。。
@liangjiajing
引用
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732259
引用 LED:
如果选配件太贵的话,也可以出一些简单的应用模块,比如6个LED数码管,可以做个时钟,就不用买硬件VGA了,而且还可以拿来装逼,练习简单的程序设计。
驱动6个LED数码管, CPU两片PCB、ROM和RAM做一起一片PCB、IO一片PCB,共4片就可以搞定, 成本几十块钱就OK。

未来打算以显示为主。。 比如运行游戏、浏览器、编译器。。我想装逼到底。。。  如果零零散散的卖,可能会出现剩多剩少  比较蛋痛  不过也不要紧了[s::lol]
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732605
引用 wxw020316:
套件什么时候出?
不出错的话 下个月中下旬应该可以开机...  到时可以买到PCB.
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732606
引用 张静茹:
太棒了 上次说 编译环境什么的都做好了吗,还是只能拨码?
小UU的编译器搞定..  本贴CPU的编译器搞完硬件之后再搞~~~    = =  拨马
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732607
引用 张静茹:
求晒图

现在这个CPU在洞洞板上面已经运行在10MHZ..  频率再高CPU就越过条件跳转指令出错- -.. 看来ALU延迟比较大.
运行频率不是很高..PCB采用自动布线~  效率爆表....
目前搞定了6片PCB - -

CPU_1.png

CPU_1_3D.png

CPU_2.png

CPU_2_3D.png

EPROM.png

EPROM_3D.png

ROM控制器.png

ROM控制器_3D.png

SROM.png

SROM_3D.png

RAM.png

RAM_3D.png
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732609
引用 豪心晴:
我这有张古老的主板 线切割用的 z80处理器 上面都是插的集成电路 有三个z80 分别叫z80cpu z80pic z80cic 还有两片集成电路ram 两片rom是紫外线擦除的
要是分立件的CPU就吊...
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732791
引用 rpg-7:
越来越牛了!呃,布线的时候能不能尽量讲究一点?尽量频率往高上飙?这样程序可以跑爽一些。还有,VGA和TFT读写方式不同,设计相应显示的软件接口,程序到时候识别显示器,调用不同驱动不完了?
布线尽量短...  其实+-十几厘米,  一般情况延迟就只+-大概1ns这样, 可能还不到,对10几20兆的频率不到零头..  这里一张板10*10  应该多不了多少延迟
驱动应该可以搞... 到时研究一下先
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
732916
引用 kknd:
TFT的话没必要硬件支持,自己用IO扩出来写程序搞定算了。
VGA要留着,这个一般玩不转。
一般并口TFT是标准的一个接口, CH375也是...  支持起来不麻烦,  在程序里面读写就和操作一个变量一样简单.
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
733965
引用 kknd:
是的,这其中还有一点点区别。
说不需要留是因为太简单,没必要费脑筋,
说需要留是因为如果提供16位地址单周期读写能力的话小U刷TFT效率会高得多。
没错.. 搞个16位/32位机就OK  不过器件会成倍增加,  现在8位的话是比较经济的设计[s:;P] 又好玩又不用花太多钱
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神之觉醒作者
10年1个月前 IP:广西
733966
板子准备搞定,  然后打板
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