实现 MMIO,LED 显示从 ecall 改为内存映射存储

cpu21_mmio.v(新增)
- 在 MEM 级做地址译码,把外设寄存器映射进数据地址空间;目前实现 LED 数据
  寄存器(地址由顶层 parameter LED_ADDR 指定,默认 0x0000_1000,位于 4 KB
  数据 RAM 之外,不会与 RAM 冲突);
- 地址译码按“字”对齐:同一 32 位寄存器内任意字节偏移都算命中,具体修改
  哪几个字节由 wstrb 决定,因此 sw 写全字、sb 只写单字节(与 RAM 字节写
  语义一致);
- 读命中时由顶层用 rdata_o 取代 data_rdata_i,从而支持把 LED 值读回;
- led_valid_o 在写入后拉高一拍,作为“本周期有 LED 写入”的指示。

cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v
- 顶层参数新增 LED_ADDR;例化 cpu21_mmio 并新增访存读数据选择
  mem_rdata = mmio_rdata_hit ? mmio_rdata : data_rdata_i(MEM/WB 捕获用它);
- 删除 ecall 驱动的 LED 逻辑(原 ex_led_event 与 led_data_q/led_valid_q 寄存器
  移入 MMIO 模块),LED 输出端口改由 cpu21_mmio 驱动;
- ecall 保留停机语义:a7==34 的历史“显示”调用保留为无操作,其余(如 a7=10)
  仍置 halted_o。

测试资产
- tools/rv_asm.py:print 伪指令改为“lui t6,LED_ADDR>>12 + sw a0,0(t6)”(写 MMIO
  LED 寄存器,仍需两个字);新增 sb 支持;文末说明同步更新;
- testbench/programs/mmio_test.asm + mmio_test.expected(新增):覆盖全字写、
  读回、字节写三种情况;
- isa_test.asm / lui_test.asm 迁移到 MMIO 输出方式;
- 两个 testbench 的 RAM 模型处注明 MMIO 区域不属于 RAM。

验证(xsim,按提交后的正式路径生成 hex)
- mmio_test:4 项输出全部匹配(12345678 / 12345678 / ffffffff / ffff7fff,
  最后一项为 sb 覆盖 led[15:8] 后读回);
- isa_test:24 项输出与 isa_test.expected 逐项一致;lui_test:4 项输出正确;
- 中断测试程序回归:IRQ1@cyc85、IRQ2@cyc266、IRQ3@cyc447 与改动前一致,
  FINAL 统计完全一致(stalls=11 bubbles=297 cond_taken=648 pred_ok=663
  pred_fail=102,6003 周期);
- benchmark 长仿真回归:FINAL 统计与改动前完全一致(stalls=3195 bubbles=6955
  cond_taken=8857 pred_ok=9455 pred_fail=1050,60000 周期),且 LED 输出次数为 0,
  确认 ecall 已不再驱动 LED;
- cpu21_mmio.v 已加入 Vivado 工程 sources_1。
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2026-09-13 16:30:57 +08:00
parent ccd1b917d0
commit 192e28795a
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+16 -6
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@@ -6,8 +6,9 @@
支持:add/sub/and/or/xor/sll/srl/sra/slt/sltu、
mul/mulh/mulhsu/mulhu、
addi/slti/sltiu/xori/ori/andi、slli/srli/srai、
lw/sw、beq/bne/blt/bge/bltu/bgeu、lui、jal/jalr、ecall、标签、# 注释
伪指令:print(= addi a7,zero,34 + ecall)、halt(= addi a7,zero,10 + ecall),各占两个字。
lw/sw/sb、beq/bne/blt/bge/bltu/bgeu、lui、jal/jalr、ecall、标签、# 注释
伪指令:print(= lui t6,LED_ADDR>>12 + sw a0,0(t6),向 MMIO 的 LED 寄存器写入 a0)、
halt(= addi a7,zero,10 + ecall),各占两个字。
示例:python tools/rv_asm.py testbench/programs/isa_test.asm out.hex
"""
@@ -133,7 +134,10 @@ RTYPE = {
ITYPE = {"addi": 0, "slti": 2, "sltiu": 3, "xori": 4, "ori": 6, "andi": 7}
SHIFT = {"slli": 1, "srli": 5, "srai": 5}
BTYPE = {"beq": 0, "bne": 1, "blt": 4, "bge": 5, "bltu": 6, "bgeu": 7}
# 双字伪指令:print = addi a7,zero,34 + ecall;halt = addi a7,zero,10 + ecall
# MMIO:LED 数据寄存器地址,需与 RTL 顶层 parameter LED_ADDR 保持一致
LED_ADDR = 0x1000
# 双字伪指令:print 向 MMIO 的 LED 写寄存器写入 a0;halt 停机
PSEUDO_SIZE = {"print": 2, "halt": 2}
@@ -172,7 +176,7 @@ def assemble(lines):
w = enc_i(num(a[2]) & 0x1F, reg(a[1]), SHIFT[mn], reg(a[0]))
elif mn == "lui":
w = enc_u(num(a[1]), reg(a[0]))
elif mn in ("lw", "sw"):
elif mn in ("lw", "sw", "sb"):
m = re.fullmatch(r"(-?\w+)\((\w+)\)", a[1])
if not m:
raise SystemExit("内存操作数格式应为 imm(rs1): " + line)
@@ -181,8 +185,10 @@ def assemble(lines):
raise SystemExit("访存偏移超出 12 位有符号范围: " + line)
if mn == "lw":
w = enc_i(im, reg(m.group(2)), 2, reg(a[0]), 0x03)
else:
elif mn == "sw":
w = enc_s(im, reg(a[0]), reg(m.group(2)), 2)
else: # sb
w = enc_s(im, reg(a[0]), reg(m.group(2)), 0)
elif mn in BTYPE:
tgt = labels[a[2]] if a[2] in labels else num(a[2])
w = enc_b(tgt - addr, reg(a[1]), reg(a[0]), BTYPE[mn])
@@ -194,7 +200,11 @@ def assemble(lines):
elif mn == "ecall":
w = 0x00000073
elif mn == "print":
w = [enc_i(34, 0, 0, 17), 0x00000073]
# 写 MMIO 的 LED 寄存器:lui t6, LED_ADDR>>12 ; sw a0, 0(t6)
w = [
enc_u(LED_ADDR >> 12, reg("t6")),
enc_s(0, reg("a0"), reg("t6"), 2),
]
elif mn == "halt":
w = [enc_i(10, 0, 0, 17), 0x00000073]
else: