使用verilog作為CPU設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)單數(shù)據(jù)通路五級流水線的CPU。具有32個通用寄存器、一個程序計(jì)數(shù)器PC、一個標(biāo)志寄存器FLAG,一個堆棧寄存器STACK。存儲器尋址粒度為字節(jié)。數(shù)據(jù)存儲以32位字對準(zhǔn)。采用32位定長指令格式,采用Load/Store結(jié)構(gòu),ALU指令采用三地址格式。支持有符號和無符號整數(shù)加、減、乘、除運(yùn)算,并支持浮點(diǎn)數(shù)加、減、乘、除四種運(yùn)算,支持與、或、異或、非4種邏輯運(yùn)算,支持邏輯左移、邏輯右移、算術(shù)右移、循環(huán)右移4種移位運(yùn)算,支持Load/Store操作,支持地址/立即數(shù)加載操作,支持無條件轉(zhuǎn)移和為0轉(zhuǎn)移、非0轉(zhuǎn)移、無符號>轉(zhuǎn)移、無符號<轉(zhuǎn)移、有符號>轉(zhuǎn)移、有符號<轉(zhuǎn)移等條件轉(zhuǎn)移。
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MSP430寄存器(精)
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一本很好的匯編語言教程,跟大家一起分享 課程介紹 第1章 預(yù)備知識 1.1 匯編語言的由來及其特點(diǎn) 1 機(jī)器語言 2 匯編語言 3 匯編程序 4 匯編語言的主要特點(diǎn) 5 匯編語言的使用領(lǐng)域 1.2 數(shù)據(jù)的表示和類型 1 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 2 非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 3 基本的數(shù)據(jù)類型 1.3 習(xí)題 第2章 CPU資源和存儲器 2.1 寄存器組 1 寄存器組 2 通用寄存器的作用 3 專用寄存器的作用 2.2 存儲器的管理模式 1 16位微機(jī)的內(nèi)存管理模式 2 32位微機(jī)的內(nèi)存管理模式 2.3 習(xí)題 第3章 操作數(shù)的尋址方式 3.1 立即尋址方式 3.2 寄存器尋址方式 3.3 直接尋址方式 3.4 寄存器間接尋址方式 3.5 寄存器相對尋址方式 3.6 基址加變址尋址方式 3.7 相對基址加變址尋址方式 3.8 32位地址的尋址方式 3.9 操作數(shù)尋址方式的小結(jié) 3.10 習(xí)題 第4章 標(biāo)識符和表達(dá)式 4.1 標(biāo)識符 4.2 簡單內(nèi)存變量的定義 1 內(nèi)存變量定義的一般形式 2 字節(jié)變量 3 字變量 4 雙字變量 5 六字節(jié)變量 6 八字節(jié)變量 7 十字節(jié)變量 4.3 調(diào)整偏移量偽指令 1 偶對齊偽指令 2 對齊偽指令 3 調(diào)整偏移量偽指令 4 偏移量計(jì)數(shù)器的值 4.4 復(fù)合內(nèi)存變量的定義 1 重復(fù)說明符 2 結(jié)構(gòu)類型的定義 3 聯(lián)合類型的定義 4 記錄類型的定義 5 數(shù)據(jù)類型的自定義 4.5 標(biāo)號 4.6 內(nèi)存變量和標(biāo)號的屬性 1 段屬性操作符 2 偏移量屬性操作符 3 類型屬性操作符 4 長度屬性操作符 5 容量屬性操作符 6 強(qiáng)制屬性操作符 7 存儲單元別名操作符 4.7 表達(dá)式 1 進(jìn)制偽指令 2 數(shù)值表達(dá)式 3 地址表達(dá)式 4.8 符號定義語句 1 等價(jià)語句 2 等號語句 3 符號名定義語句 4.9 習(xí)題 第5章 微機(jī)CPU的指令系統(tǒng) 5.1 匯編語言指令格式 1 指令格式 2 了解指令的幾個方面 5.2 指令系統(tǒng) 1 數(shù)據(jù)傳送指令 2 標(biāo)志位操作指令 3 算術(shù)運(yùn)算指令 4 邏輯運(yùn)算指令 5 移位操作指令 6 位操作指令 7 比較運(yùn)算指令 8 循環(huán)指令 9 轉(zhuǎn)移指令 10 條件設(shè)置字節(jié)指令 11 字符串操作指令 12 ASCII-BCD碼調(diào)整指令 13 處理器指令 5.3 習(xí)題 第6章 程序的基本結(jié)構(gòu) 6.1 程序的基本組成 1 段的定義 2 段寄存器的說明語句 3 堆棧段的說明 4 源程序的結(jié)構(gòu) 6.2 程序的基本結(jié)構(gòu) 1 順序結(jié)構(gòu) 2 分支結(jié)構(gòu) 3 循環(huán)結(jié)構(gòu) 6.3 段的基本屬性 1 對齊類型 2 組合類型 3 類別 4 段組 6.4 簡化的段定義 1 存儲模型說明偽指令 2 簡化段定義偽指令 3 簡化段段名的引用 6.5 源程序的輔助說明偽指令 1 模塊名定義偽指令 2 頁面定義偽指令 3 標(biāo)題定義偽指令 4 子標(biāo)題定義偽指令 6.6 習(xí)題 第7章 子程序和庫 7.1 子程序的定義 7.2 子程序的調(diào)用和返回指令 1 調(diào)用指令 2 返回指令 7.3 子程序的參數(shù)傳遞 1 寄存器傳遞參數(shù) 2 存儲單元傳遞參數(shù) 3 堆棧傳遞參數(shù) 7.4 寄存器的保護(hù)與恢復(fù) 7.5 子程序的完全定義 1 子程序完全定義格式 2 子程序的位距 3 子程序的語言類型 4 子程序的可見性 5 子程序的起始和結(jié)束操作 6 寄存器的保護(hù)和恢復(fù) 7 子程序的參數(shù)傳遞 8 子程序的原型說明 9 子程序的調(diào)用偽指令 10 局部變量的定義 7.6 子程序庫 1 建立庫文件命令 2 建立庫文件舉例 3 庫文件的應(yīng)用 4 庫文件的好處 7.7 習(xí)題 第8章 輸入輸出和中斷 8.1 輸入輸出的基本概念 1 I/O端口地址 2 I/O指令 8.2 中斷 1 中斷的基本概念 2 中斷指令 3 中斷返回指令 4 中斷和子程序 8.3 中斷的分類 1 鍵盤輸入的中斷功能 2 屏幕顯示的中斷功能 3 打印輸出的中斷功能 4 串行通信口的中斷功能 5 鼠標(biāo)的中斷功能 6 目錄和文件的中斷功能 7 內(nèi)存管理的中斷功能 8 讀取和設(shè)置中斷向量 8.4 習(xí)題 第9章 宏 9.1 宏的定義和引用 1 宏的定義 2 宏的引用 3 宏的參數(shù)傳遞方式 4 宏的嵌套定義 5 宏與子程序的區(qū)別 9.2 宏參數(shù)的特殊運(yùn)算符 1 連接運(yùn)算符 2 字符串整體傳遞運(yùn)算符 3 字符轉(zhuǎn)義運(yùn)算符 4 計(jì)算表達(dá)式運(yùn)算符 9.3 與宏有關(guān)的偽指令 1 局部標(biāo)號偽指令 2 取消宏定義偽指令 3 中止宏擴(kuò)展偽指令 9.4 重復(fù)匯編偽指令 1 偽指令REPT 2 偽指令I(lǐng)RP 3 偽指令I(lǐng)RPC 9.5 條件匯編偽指令 1 條件匯編偽指令的功能 2 條件匯編偽指令的舉例 9.6 宏的擴(kuò)充 1 宏定義形式 2 重復(fù)偽指令REPEAT 3 循環(huán)偽指令WHILE 4 循環(huán)偽指令FOR 5 循環(huán)偽指令FORC 6 轉(zhuǎn)移偽指令GOTO 7 宏擴(kuò)充的舉例 8 系統(tǒng)定義的宏 9.7 習(xí)題 第10章 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 10.1 字符串的處理程序 10.2 數(shù)據(jù)的分類統(tǒng)計(jì)程序 10.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 10.4 文件操作程序 10.5 動態(tài)數(shù)據(jù)的編程 10.6 COM文件的編程 10.7 駐留程序 10.8 程序段前綴及其應(yīng)用 1 程序段前綴的字段含義 2 程序段前綴的應(yīng)用 10.9 習(xí)題 第11章 數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器 11.1 協(xié)處理器的數(shù)據(jù)格式 1 有符號整數(shù) 2 BCD碼數(shù)據(jù) 3 浮點(diǎn)數(shù) 11.2 協(xié)處理器的結(jié)構(gòu) 11.3 協(xié)處理器的指令系統(tǒng) 1 操作符的命名規(guī)則 2 數(shù)據(jù)傳送指令 3 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 4 比較運(yùn)算指令 5 超越函數(shù)運(yùn)算指令 6 常數(shù)操作指令 7 協(xié)處理器控制指令 11.4 協(xié)處理器的編程舉例 11.5 習(xí)題 第12章 匯編語言和C語言 12.1 匯編語言的嵌入 12.2 C語言程序的匯編輸出 12.3 一個具體的例子 12.4 習(xí)題 附錄
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐,它有諸多功能:芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出),電壓之間的轉(zhuǎn)換,對外圍芯片的驅(qū)動,完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護(hù)等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計(jì)方法,依據(jù)可配置端口電路能實(shí)現(xiàn)的功能和工作原理,運(yùn)用Cadence的設(shè)計(jì)軟件,結(jié)合華潤上華0.5μm的工藝庫,設(shè)計(jì)了一款性能、時(shí)序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內(nèi)容: 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式,本論文設(shè)計(jì)的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7],并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時(shí)序仿真,且建立時(shí)間小于5ns和保持時(shí)間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計(jì)的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的控制,對16種狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換完成了行為級描述和實(shí)現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發(fā)器級聯(lián)的構(gòu)架這一特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一款邊界掃描電路,并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。達(dá)到對芯片電路測試設(shè)計(jì)的要求。 4.對于端口電路來講,有時(shí)需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能,為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)以上的功能,并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。滿足設(shè)計(jì)要求。 5.對于0.5μm的工藝而言,輸入端口的電壓通常是3.3V和5V,為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點(diǎn)電壓,將端口電路設(shè)計(jì)成3.3V和5V兼容的電路,通過仿真性能上已完全達(dá)到這一要求。此外,在輸入端口處加上擴(kuò)散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路,這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時(shí)不影響電路正常工作的范圍內(nèi),具有三態(tài)控制和驅(qū)動大負(fù)載的功能。通過對管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動大小的仿真表明:在實(shí)現(xiàn)TTL高電平輸出時(shí),最大的驅(qū)動電流達(dá)到170mA,而對應(yīng)的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動電流為140mA[8];同樣,在實(shí)現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動電流達(dá)到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動電流達(dá)到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比,在延時(shí)和面積以及功耗略大的情況下,本論文研究設(shè)計(jì)的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能,且驅(qū)動能力更加強(qiáng)大。
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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手,研究了AES算法的設(shè)計(jì)原則、數(shù)學(xué)知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點(diǎn)利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),對AES算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個方面進(jìn)行優(yōu)化的方法,在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運(yùn)算、列混合運(yùn)算和解密模塊中的逆列混合運(yùn)算中原來的復(fù)雜的運(yùn)算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運(yùn)算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進(jìn)行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設(shè)計(jì);在密鑰擴(kuò)展上的優(yōu)化設(shè)計(jì)是采用內(nèi)部擴(kuò)展,即在進(jìn)行每一輪的運(yùn)算過程的同時(shí)算出下一輪的密鑰,并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里,使得密鑰擴(kuò)展與加/解密運(yùn)算并行執(zhí)行;加密和解密優(yōu)化設(shè)計(jì)是將輪函數(shù)查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作,同時(shí)為了使加密代碼在解密代碼中可重用,節(jié)省硬件資源,在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設(shè)計(jì),基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境,提出了AES實(shí)現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實(shí)現(xiàn)方案以及測試方案,總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則,在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果,并得劍了正確驗(yàn)證。在性能測試的過程中應(yīng)用編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法,使算法具有較高的加密速度。
標(biāo)簽: ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
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低密度校驗(yàn)碼(LDPC,Low Density Parity Check Code)是一種性能接近香農(nóng)極限的信道編碼,已被廣泛地采用到各種無線通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)中,包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)、歐洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB-S2,Digital Video Broadcasting-Satellite 2)、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。 當(dāng)今LDPC碼構(gòu)造的主流方向有兩個,分別是結(jié)合準(zhǔn)循環(huán)(QC,Quasi Cyclic)移位結(jié)構(gòu)的單次擴(kuò)展構(gòu)造和類似重復(fù)累積(RA,Repeat Accumulate)碼構(gòu)造。相應(yīng)地,主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高,但是需要較多的寄存器和ROM資源;基于迭代譯碼的編碼算法實(shí)現(xiàn)簡單,但是吞吐量不高,且不容易構(gòu)造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構(gòu)造和編碼算法之后,結(jié)合編譯碼器綜合實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度考慮,提出了一種切實(shí)可行的基于二次擴(kuò)展(Dex,Duplex Expansion)的QC-LDPC碼構(gòu)造方法,以實(shí)現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端;并且充分利用該類碼校驗(yàn)矩陣準(zhǔn)循環(huán)移位結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),結(jié)合RU算法,提出了一種新編碼器的設(shè)計(jì)方案。 基于二次擴(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造方法,是通過對母矩陣先后進(jìn)行亂序擴(kuò)展(Pex,Permutation Expansion)和循環(huán)移位擴(kuò)展(CSEx,Cyclic Shift Expansion)實(shí)現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上,為了實(shí)現(xiàn)可變碼長、可變碼率,一般編譯碼器需同時(shí)支持多個亂序擴(kuò)展和循環(huán)移位擴(kuò)展的擴(kuò)展因子。本文所述二次擴(kuò)展構(gòu)造方法的特點(diǎn)在于,固定循環(huán)移位擴(kuò)展的擴(kuò)展因子大小不變,支持多個亂序擴(kuò)展的擴(kuò)展因子,使得譯碼器結(jié)構(gòu)得以精簡;構(gòu)造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結(jié)構(gòu),便于硬件實(shí)現(xiàn);(偽)隨機(jī)生成的循環(huán)移位系數(shù)能夠提高碼字的誤碼性能,是對硬件實(shí)現(xiàn)和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復(fù)用,使得實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求,新編碼器結(jié)構(gòu)完全拋棄了RU算法中串行的前向替換(FS,F(xiàn)orward Substitution)模塊,同時(shí)簡化了流水線結(jié)構(gòu),由原先RU算法的6級降低為4級;為了縮短編碼延時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)安排每一級流水線計(jì)算所需的時(shí)鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構(gòu)造和編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)方案具有以下優(yōu)勢:相比RU算法,新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活,吞吐量也更大;相比基于生成矩陣的編碼算法,新方案節(jié)省了50%以上的寄存器和ROM資源,單位資源下的吞吐量更大;相比類似重復(fù)累積碼結(jié)構(gòu)的基于迭代譯碼的編碼算法,新方案使高性能LDPC碼的構(gòu)造更為方便。以上結(jié)果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗(yàn)證。 通過在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)測表明,上述基于二次擴(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造和相應(yīng)的編碼方案能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端,在實(shí)際應(yīng)用中具有很高的價(jià)值。 目前,LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應(yīng)、信源信道及調(diào)制聯(lián)合編碼方向發(fā)展。跨層聯(lián)合編碼的構(gòu)造方法,及其對應(yīng)的編碼算法,也必將成為信道編碼理論未來的研究重點(diǎn)。
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐,它有諸多功能:芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出),電壓之間的轉(zhuǎn)換,對外圍芯片的驅(qū)動,完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護(hù)等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計(jì)方法,依據(jù)可配置端口電路能實(shí)現(xiàn)的功能和工作原理,運(yùn)用Cadence的設(shè)計(jì)軟件,結(jié)合華潤上華0.5μm的工藝庫,設(shè)計(jì)了一款性能、時(shí)序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內(nèi)容: 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式,本論文設(shè)計(jì)的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7],并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時(shí)序仿真,且建立時(shí)間小于5ns和保持時(shí)間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計(jì)的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的控制,對16種狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換完成了行為級描述和實(shí)現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發(fā)器級聯(lián)的構(gòu)架這一特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一款邊界掃描電路,并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。達(dá)到對芯片電路測試設(shè)計(jì)的要求。 4.對于端口電路來講,有時(shí)需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能,為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)以上的功能,并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。滿足設(shè)計(jì)要求。 5.對于0.5μm的工藝而言,輸入端口的電壓通常是3.3V和5V,為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點(diǎn)電壓,將端口電路設(shè)計(jì)成3.3V和5V兼容的電路,通過仿真性能上已完全達(dá)到這一要求。此外,在輸入端口處加上擴(kuò)散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路,這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時(shí)不影響電路正常工作的范圍內(nèi),具有三態(tài)控制和驅(qū)動大負(fù)載的功能。通過對管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動大小的仿真表明:在實(shí)現(xiàn)TTL高電平輸出時(shí),最大的驅(qū)動電流達(dá)到170mA,而對應(yīng)的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動電流為140mA[8];同樣,在實(shí)現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動電流達(dá)到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動電流達(dá)到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比,在延時(shí)和面積以及功耗略大的情況下,本論文研究設(shè)計(jì)的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能,且驅(qū)動能力更加強(qiáng)大。
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