上板支持：Nexys4DDR 顶层、片内 ROM/RAM 与 MMIO 跑马灯演示
- 新增 cpu21_board_top.v：上板顶层。处理器顶层暴露了 775 位调试端口，直接作为
实现顶层会因 IO 超限无法布局布线（[Place 30-415] IO Placement failed due to
overutilization），本模块只引出板上真正需要的 23 个引脚
（clk100 / rst_n / go / irq_sw[2:0] / led[15:0] / led_we）。
* 100 MHz 经 CLK_DIV=16 分频到 6.25 MHz：ALU 的除法/取余是组合电路，
100 MHz 下 WNS=-84.126 ns（325 级逻辑）无法收敛，分频后 WNS=+6.083 ns。
* 分频时钟由 Vivado 自动插入 BUFG；RTL 中不例化原语，以便跨工具仿真。
* 复位同步器、片内 ROM（1024x32，组合读，`include cpu21_board_rom.vh`）、
片内 RAM（1024x32，字节写使能，只响应地址 <4KB，避免与 MMIO 地址别名）。
- 新增 cpu21_board_top.xdc：Nexys4DDR 引脚约束 + create_generated_clock。
- 新增 tools/hex2vh.py：把 hex 机器码转成 rom[i] = 32'h...; 初始化包含文件。
- 新增 testbench/programs/board_demo.asm 与 testbench/tb_board_top.v：
16 步跑马灯演示程序（通过 MMIO 写 LED）。仿真验证：默认 ROM 下首次写入
LED=0001，快速 ROM 下完整序列 0001..8000 循环。
- 新增 cpu21_board_rom.vh / cpu21_board_rom_fast.vh，由 BOARD_ROM_FAST 宏选择。
- tools/rv_asm.py：读源文件时兼容带 BOM 的 UTF-8。
- 测试资源：补齐 lui_test.expected；修正 mmio_test.expected（print 由
lui+sw 实现，本身就是一次 LED 写，共 5 次）。三个回归全部通过：
isa_test 24/24、lui_test 4/4、mmio_test 5/5。
- .gitignore：忽略 _tmp/、_vivado/、*.vcd、*.pb、*.hex.lst。
- 说明文档：模块划分表补上上板相关模块，新增“上板（Nexys4DDR + Vivado）”
章节（引脚分配、分频原因、ROM/RAM 组织、ROM 生成流程、Vivado 工程设置、
实现结果）。
实现结果：synth_design / route_design / write_bitstream 全部完成，
LUT 5400 (8.52%)、LUTRAM 512、FF 2507、DSP 12、IOB 23 (10.95%)，
bit 文件为 pipelined-cpu/pipelined-cpu.runs/impl_1/cpu21_board_top.bit
（Vivado 工程目录被 .gitignore 排除，不入库）。
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,13 @@
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000012B7
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00100313
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0062A023
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00131313
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00008EB7
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006EE463
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0080006F
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00100313
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0000F3B7
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00100E13
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41C383B3
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FE039EE3
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FD9FF06F
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@@ -0,0 +1,90 @@
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00100293
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FFF00313
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FFF2B513
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00001FB7
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00AFA023
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00001FB7
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00AFA023
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FFF00313
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00001FB7
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00AFA023
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FFF00293
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01C00313
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0062D533
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00001FB7
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4062D533
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00001FB7
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23700313
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FFF00313
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FE9068E3
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00A00893
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00000073
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@@ -0,0 +1,19 @@
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123452B7
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00500533
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00001FB7
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00AFA023
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FFFFF2B7
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00500533
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00001FB7
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00AFA023
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800002B7
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00500533
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00001FB7
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00AFA023
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123452B7
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67828293
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00500533
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00001FB7
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00AFA023
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00A00893
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00000073
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@@ -0,0 +1,16 @@
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000012B7
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12345337
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67830313
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0062A023
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0002A503
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00001FB7
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00AFA023
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FFF00393
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0072A023
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07F00E13
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01C280A3
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0002A503
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00001FB7
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00AFA023
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00A00893
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00000073
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@@ -0,0 +1,22 @@
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# 上板演示程序（Nexys4DDR）：通过 MMIO 写 LED 数据寄存器，做 16 位跑马灯。
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# LED_ADDR = 0x0000_1000（与 cpu21_board_top.v / cpu21_mmio.v 的默认参数一致）。
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# 用 tools/hex2vh.py 把它转成 cpu21_board_rom.vh，供综合时初始化片内 ROM。
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lui t0, 0x1 # t0 = LED_ADDR = 0x00001000
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addi t1, zero, 1 # 跑马灯初值：bit0
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main_loop:
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sw t1, 0(t0) # MMIO 写 LED -> 板载 LED[15:0]
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slli t1, t1, 1 # 左移一位
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lui t4, 0x8 # t4 = 0x00008000
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bltu t4, t1, restart # 移出 16 位后重新开始
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jal zero, delay
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restart:
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addi t1, zero, 1
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delay: # 软件延时，让人眼能看到跑马灯（6.25 MHz 下约 20 ms）
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lui t2, 0xf # 延时计数 0x0000F000
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addi t3, zero, 1
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delay_loop:
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sub t2, t2, t3
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bne t2, zero, delay_loop
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jal zero, main_loop
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@@ -0,0 +1,4 @@
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12345000
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fffff000
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||||
80000000
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||||
12345678
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@@ -1,9 +1,10 @@
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# MMIO 验证程序：写 LED 寄存器（0x0000_1000）-> 读回 -> 字节写 -> 再读回。
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# 期望 LED 输出顺序（共 4 次，见同目录 mmio_test.expected）：
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# 期望 LED 输出顺序（共 5 次，见同目录 mmio_test.expected）：
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# ① 12345678 sw 0x12345678
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# ② 12345678 lw 读回后再 print
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# ② 12345678 lw 读回后 print（print = lui t6 + sw a0,0(t6)，本身就是一次 MMIO 写）
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# ③ ffffffff sw 0xffffffff
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# ④ ffff7fff sb 0x7f 覆盖 led[15:8] 后读回
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# ④ ffff7fff sb 0x7f 覆盖 led[15:8]
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# ⑤ ffff7fff 读回后 print
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# 用法：python tools/rv_asm.py testbench/programs/mmio_test.asm <仿真工作目录>/risc-v-benchmark_ccab.hex
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lui t0, 0x1 # t0 = LED_ADDR = 0x00001000
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@@ -2,3 +2,4 @@
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12345678
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ffffffff
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||||
ffff7fff
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||||
ffff7fff
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@@ -0,0 +1,56 @@
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`timescale 1ns / 1ps
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// -----------------------------------------------------------------------------
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// cpu21_board_top 的仿真测试（不上板，纯 RTL 仿真）
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// 检查内容：
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// 1) 复位释放后 CPU 能从片内 ROM 取指（ROM 由 cpu21_board_rom.vh 初始化）；
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// 2) 程序通过 MMIO 写 LED，板载 LED 端口上能看到 16 位跑马灯序列。
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//
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// 默认的 board_demo 程序带约 20 ms 软件延时，仿真只需确认第一次写入；
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// 若要完整验证跑马灯序列，可生成一份短延时的 ROM 并用 -d BOARD_ROM_FAST 编译：
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// xvlog -d BOARD_ROM_FAST <RTL...> cpu21_board_top.v testbench/tb_board_top.v
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// -----------------------------------------------------------------------------
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module tb_board_top;
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reg clk100 = 1'b0;
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reg rst_n = 1'b0;
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reg go = 1'b0;
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||||
reg [2:0] irq_sw = 3'b000;
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||||
wire [15:0] led;
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wire led_we;
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always #5 clk100 = ~clk100; // 100 MHz
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cpu21_board_top #(
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.LED_ADDR(32'h0000_1000)
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) dut (
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.clk100(clk100),
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||||
.rst_n (rst_n),
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||||
.go (go),
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.irq_sw(irq_sw),
|
||||
.led (led),
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||||
.led_we(led_we)
|
||||
);
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||||
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||||
integer changes = 0;
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||||
reg [15:0] led_prev = 16'hxxxx;
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always @(posedge clk100) begin
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||||
if (led !== led_prev) begin
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||||
changes = changes + 1;
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||||
led_prev = led;
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||||
$display("t=%t LED=%04h led_we=%b", $time, led, led_we);
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||||
end
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||||
end
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||||
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||||
initial begin
|
||||
$timeformat(-9, 3, " ns", 12); // %t 按 ns 显示（默认按精度 ps 显示）
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||||
$display("NOTE: 复位后观察 LED（默认程序首次写入应为 0001）");
|
||||
repeat (10) @(posedge clk100);
|
||||
rst_n = 1'b1;
|
||||
repeat (30000) @(posedge clk100); // 300 us（CPU 时钟经 16 分频，需要更长窗口）
|
||||
$display("FINAL: LED 变化次数=%0d 当前 LED=%04h", changes, led);
|
||||
$finish;
|
||||
end
|
||||
endmodule
|
||||
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