From 9dfff16794d227fe520fadaa81fc215433be6378 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Alex-create-beep <2965312221@qq.com> Date: Wed, 23 Sep 2026 22:35:50 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?feat(board):=20=E6=94=AF=E6=8C=81=20PS/2=20?= =?UTF-8?q?=E9=94=AE=E7=9B=98=EF=BC=88=E4=B8=8E=E9=BC=A0=E6=A0=87=E5=85=B1?= =?UTF-8?q?=E7=94=A8=E6=9D=BF=E8=BD=BD=20USB=20HID=20=E5=8F=A3=EF=BC=89?= =?UTF-8?q?=EF=BC=8C=E5=B9=B6=E4=BF=AE=E5=A5=BD=20PS/2=20=E5=B8=A7?= =?UTF-8?q?=E6=A0=A1=E9=AA=8C?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit 一、修 PS/2 接收器的真 bug —— 这就是上板“鼠标毫无反应”的根因 鼠标和键盘两个接收模块原来是同一个写法错误： * 帧用整体右移 {data, frame_q[10:1]}，判 frame_q[10] 时停止位还没移进来，判到的 其实是校验位；取数据 frame_q[8:1] 也因此整体错一位 * 校验位按“偶校验”判，而 PS/2 是“奇校验” 两者叠加让真设备发来的帧 100% 被丢掉（上板表现为 rx_count 恒为 0，看起来像硬件 或跳线问题）。现在按“位的下标”存帧（frame_q[i] = 第 i 位，所以字节 = frame_q[8:1]、 校验 = frame_q[9]），停止位直接在当前拍的 ps2_data 上判，校验按奇校验。 二、新增 PS/2 键盘解码 cpu21_ps2_kbd.v 扫描码集 2：E0 = 扩展前缀、F0 = 松开前缀，只对“按下”产生事件，并映射成与鼠标 完全相同的事件格式（↑↓←→ = dy/dx ±8，正好一格；Enter/空格 = 左键；左 Shift/F/C = 右键 = 插旗），所以 saolei 的 C 代码一行都不用改；按住方向键 = 连续移动（用的是 键盘自己的重复码）。 三、顶层 cpu21_board_top：用 SW15 选设备 同一根 PS/2 线上只会插一个设备，但两个解码器都在听：键盘的扫描码会凑巧组成 “合法的鼠标包”，两路同时生效会让光标乱跳。因此新增端口 hid_sel(SW15)： 0 = 键盘（默认），1 = 鼠标；诊断 LED 改显示“当前选中设备”收到的字节数。 四、其它 * XDC：hid_sel -> V10（SW15），引脚号在官方母版里核对过 * tb_board_top 补 hid_sel 端口，避免悬空 * 新增自测 srcs/tb/tb_ps2_mouse.v / tb_ps2_kbd.v：含“故意发一个校验位错的帧， 必须丢帧”的用例，两个都 ALL PASS * README / saolei/README：新增“PS/2 键鼠”一节（接线方式、SW15、LED 诊断口诀、 键位表），修正显存格式（每格 2 字节、0x2000-0x2FFF）、扫雷难度与验证状态、 修好 riscv 工具链 -Prefix 路径 --- README.md | 121 +++++++++++-- pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v | 57 ++++-- .../srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc | 3 + pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v | 142 +++++++++++++++ pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v | 38 ++-- pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v | 1 + pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v | 163 ++++++++++++++++++ pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v | 148 ++++++++++++++++ saolei/README.md | 73 +++++--- 9 files changed, 679 insertions(+), 67 deletions(-) create mode 100644 pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v create mode 100644 pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v create mode 100644 pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v diff --git a/README.md b/README.md index ba69453..6004fd3 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -13,20 +13,20 @@ risc-v/ ├─ README.md 本文档 ├─ pipelined-cpu/ Vivado 工程目录（也是源文件所在地） │ ├─ create_project.tcl 一键重建工程的 Tcl 脚本 -│ ├─ srcs/rtl/*.v 处理器与外设 RTL（17 个文件，cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v 为处理器顶层） +│ ├─ srcs/rtl/*.v 处理器与外设 RTL（18 个文件，cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v 为处理器顶层） │ │ 外设：cpu21_mmio.v（MMIO 中枢）、cpu21_vga.v（显示）、 │ │ cpu21_seg7.v（数码管）、cpu21_pointer.v（按键当鼠标）、 -│ │ cpu21_ps2_mouse.v（可选 PS/2 鼠标） +│ │ cpu21_ps2_mouse.v / cpu21_ps2_kbd.v（PS/2 鼠标、键盘接收） │ ├─ srcs/board/*.v|*.vh 板级顶层（时钟分频 + 片内 ROM/RAM + 引脚）；四份 ROM 初始化： │ │ cpu21_board_rom.vh / _fast.vh（跑马灯）、risc-v-intrupt-ccab.vh │ │ （课程中断综合测试程序）、cpu21_saolei_rom.vh（扫雷） │ ├─ srcs/constrs/*.xdc 引脚与分频时钟约束（+ Nexys4DDR 母版） -│ ├─ srcs/tb/*.v 三个测试平台 +│ ├─ srcs/tb/*.v 七个测试平台（含 PS/2 鼠标/键盘的单独自测 tb_ps2_mouse.v / tb_ps2_kbd.v） │ ├─ srcs/rom/*.hex 测试平台加载的 ROM 镜像 │ ├─ tools/ rv_asm.py（迷你汇编器）、hex2vh.py（hex → ROM 初始化）、 │ │ adapt_intrupt_ccab.py（课程中断程序 → 上板 ROM）、 │ │ run_regress.ps1（一键回归）、check_rtl_text.ps1（RTL 文本体检）、 -│ │ rars_f0c874c.jar（课程提供的 RARS 汇编器） +│ │ rars_f0c874c.jar（课程提供的 RARS 汇编器）、play_saolei.tcl（命令行玩扫雷） │ └─ programs/ 汇编源程序与期望值：跑马灯 demo、指令集/MMIO 测试、课程原始 │ 资产（risc-v-benchmark_ccab、真值表），以及中断综合测试程序 │ risc-v-intrupt-ccab.asm / .hex @@ -97,7 +97,7 @@ risc-v/ | `0x0000_1004` | 七段数码管 | `sw`/`sb` 写 8 位十六进制数（低 4 位 = 最右边那个数码管） | `lw` 读回 | | `0x0000_1100`+ | 鼠标寄存器组 | STATUS / DATA / ACK / CTRL / INPUT / TIME / FRAME / EVCNT / LEVEL / MAGIC | 同左（DATA 读无副作用） | | `0x0000_1140`+ | 显示控制器 | CTRL（光标可见、背景色）/ CURSOR（列、行） | 同左（另含 MAGIC 自检值） | -| `0x0000_2000`–`0x27FF` | 显存 | 40 列 × 30 行、每格 1 字节（字形 + 颜色），写端口接到板级顶层的双口 RAM | `lw` 组合读回 | +| `0x0000_2000`–`0x2FFF` | 显存 | 40 列 × 30 行、每格 2 字节（低字节 = 字形[5:0]、高字节 = 颜色[2:0]，共 2400 字节），写端口接到板级顶层的双口 RAM | `lw` 组合读回 | 其中 `LEVEL`（`0x1120`）是一个**软件中断**寄存器：写 1 会拉起 `irq_i[1]`，用来让程序 "跳到关卡入口"；`MAGIC`（`0xCAFE0001`/`0xCAFE0002`）可以读来自检 MMIO 是否活着。 @@ -165,14 +165,19 @@ risc-v/ | `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_vga.v` | `cpu21_vga` | 640x480@60 显示控制器：按"格子"扫描，8x8 字模放大 2 倍填满 16x16 的格子 | | `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_seg7.v` | `cpu21_seg7` | 板载 8 位数码管动态扫描驱动（共阳极，位选/段选低有效） | | `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_pointer.v` | `cpu21_pointer` | 把 5 向按键变成"鼠标"事件（去抖 + 事件排队，单位 1/8 格） | -| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v` | `cpu21_ps2_mouse` | 可选的真鼠标：PS/2 接收（11 位帧 + 奇校验 + 3 字节包解析），只实现接收 | -| `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v` | `cpu21_board_top` | 板级顶层：时钟分频、复位同步、片内 ROM/RAM、显存双口 RAM、VGA/数码管/鼠标/中断连线 | +| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v` | `cpu21_ps2_mouse` | 可选的真鼠标：PS/2 接收（11 位帧按位下标对齐 + **奇校验** + 3 字节包解析），只实现接收 | +| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v` | `cpu21_ps2_kbd` | 可选的真键盘：扫描码集 2 解码（`F0` 断码 / `E0` 扩展前缀），把按键映射成与鼠标同格式的事件 | +| `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v` | `cpu21_board_top` | 板级顶层：时钟分频、复位同步、片内 ROM/RAM、显存双口 RAM、VGA/数码管、PS/2 键鼠选择（SW15）、中断连线 | | `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_saolei_rom.vh` | — | 扫雷程序的 ROM 初始化（由`saolei/tools/build.ps1` 生成） | | `pipelined-cpu/srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc` | — | Nexys4DDR 引脚约束 + 分频时钟（`create_generated_clock`） | | `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_rom.vh` | — | 片内 ROM 内容（生成文件，`rom[i] = 32'h…;`） | | `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v` | `tb_board_top` | 板级顶层的 RTL 仿真（观察 LED 跑马灯与写入指示） | | `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_no_intr.v` | `tb_no_intr` | 无中断测试平台（指令集/MMIO 测试，默认加载 benchmark 镜像） | | `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v` | `tb_cpu21_riscv_redirect_int_bpb` | 中断与分支预测测试平台（默认加载中断测试镜像） | +| `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_saolei.v` | `tb_saolei` | 扫雷自动打完一局并 dump 出显存（配 `saolei/tools/fb2png.py` 渲染成 PNG） | +| `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_saolei_play.v` | `tb_saolei_play` | 命令行“边玩边截图”的测试平台（配 `tools/play_saolei.tcl`） | +| `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v` | `tb_ps2_mouse` | PS/2 鼠标接收器自测：奇校验、3 字节包、按键位（几秒出结果） | +| `pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v` | `tb_ps2_kbd` | PS/2 键盘解码自测：方向键 / Enter / 左 Shift / 松开码不产生事件 | | `pipelined-cpu/tools/rv_asm.py` | — | 迷你汇编器：`.asm` → 机器码 hex（`.lst` 带反汇编清单） | | `pipelined-cpu/tools/hex2vh.py` | — | hex →`pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_rom.vh`（`rom[i] = 32'h…;` 初始化语句） | @@ -249,19 +254,29 @@ risc-v/ 队列 + 优先级选择器逐个上报（每拍最多一个事件，不丢键）。事件单位是 1/8 格， 软件端只用整数加减就能换算成格（不需要除法）。 - **`cpu21_ps2_mouse`**：可选的真鼠标，只实现接收：`ps2_clk` 下降沿把 11 位帧 - 移位进来（起始位 + 8 数据 + 奇校验 + 停止位），校验后按 3 字节包解析出 - dx/dy/按键，产生 `ev_valid_o` 脉冲。 + **按位的下标**存进 `frame_q`（`frame_q[i]` = 第 i 位，所以字节 = `frame_q[8:1]`、 + 校验 = `frame_q[9]`、停止 = `frame_q[10]`），停下来后判“停止位 = 1 + 奇校验”， + 再按 3 字节包解析出 dx/dy/按键，产生 `ev_valid_o` 脉冲。这里两个细节曾经写错过， + 导致真设备的数据**全被丢掉**（上板表现为 `rx_count` 恒定 0）： + ① 原来用整体右移 `{data, frame_q[10:1]}`，判 `frame_q[10]` 时停止位还没移进来， + 判到的是校验位，字节也整体错了一位；② 原来按**偶**校验判，而 PS/2 是**奇**校验。 +- **`cpu21_ps2_kbd`**：可选的真键盘，扫描码集 2：`0xE0` = 扩展键前缀、`0xF0` = 松开 + 前缀，只有**按下**才产生事件（松开码丢弃），所以按住方向键时键盘自己的重复码正好 + 变成“连续移动”。产出的事件格式与鼠标**完全一致**（↑/↓/←/→ = dy/dx ±8， + 一格；Enter/空格 = 左键；左 Shift/F/C = 右键），因此 `saolei.c`/`isr.c` 一行都不用改。 ### 板级 -- **`cpu21_board_top`**：把这些接起来并裁到 23 个引脚。内含参数化分频器 +- **`cpu21_board_top`**：把这些接起来，只引出板上真正需要的引脚。内含参数化分频器 （`CLK_DIV` / `CLK_DIV_INTRUPT`）、复位同步器（异步置位 + 同步释放）、片内 ROM（组合读、`nop` 填充、`ifdef` 链选程序）与 RAM（字节写使能 + 组合读、 只响应 4 KB 以内地址，避免和 MMIO 别名）、显存双口 RAM（CPU 写口 + VGA 读口 - 同处一个时钟域，用像素使能而不是第二时钟）、数码管、VGA、鼠标源选择 - （`USE_PS2_MOUSE`）、中断连线（SW0/1/2 分别与鼠标事件/关卡软件中断相或）、 + 同处一个时钟域，用像素使能而不是第二时钟）、数码管、VGA、PS/2 键鼠（同一根 + PS/2 线上同时挂鼠标与键盘两个解码器，用 `hid_sel`(SW15) 选哪个生效，板载 5 向 + 按键始终有效）、中断连线（SW0/1/2 分别与鼠标事件/关卡软件中断相或）、 锁存式中断指示 LED（请求上升沿置位、对应级别的 ISR 执行 `uret` 后熄灭）和 - `led_we` 写入指示。 + `led_we` 写入指示；另有一个“PS/2 诊断”模式把收到的字节数/时钟活动/线电平 + 摆到 LED 高位（`DEBUG_PS2_RX_LED`，见下文“PS/2 键鼠”）。 ## 上板（Nexys4DDR + Vivado） @@ -282,9 +297,56 @@ BPB/中断观测值）。如果直接把它设为实现顶层，这些端口会 | `rst_n` | C12 | 按键 CPU_RESETN（低有效） | 异步置位、与 CPU 时钟同步释放 | | `go` | N17 | 按键 BTNC | 对应原电路“继续运行”（`ecall` 停机后恢复执行） | | `irq_sw[2:0]` | J15/L16/M13 | 拨码开关 SW0–SW2 | 三路中断源，拨动即触发（内部同步并锁存） | -| `led[15:0]` | H17…V11 | LED0–LED15 | `LED[2:0]` = 三路中断指示（锁存，ISR 返回后熄灭），`LED[15:3]` 熄灭 | +| `hid_sel` | V10 | 拨码开关 SW15 | 选 PS/2 设备：0 = 键盘（默认），1 = 鼠标（见下文“PS/2 键鼠”） | +| `sw_flag` | R15 | 拨码开关 SW3 | 扫雷的插旗模式（软件读 INPUT 寄存器；自动鼠标右键同样能插旗） | +| `led[15:0]` | H17…V11 | LED0–LED15 | `LED[2:0]` = 三路中断指示（锁存，ISR 返回后熄灭）；`LED[15:3]` 平时熄灭，`DEBUG_PS2_RX_LED=1` 时是 PS/2 诊断（见下文） | | `led_we` | R12 | LED16_B | MMIO 写入指示，每写一次拉长约 0.34 s @50 MHz | +### PS/2 键鼠（板载 USB HID 口，也可改接 Pmod JA） + +Nexys4DDR 右上角那个 **USB HOST** 口不是给 FPGA 直连的 USB：板上有一颗 USB↔PS/2 +桥接芯片，它把自己当 USB 主机，把键盘/鼠标当 PS/2 设备，输出的是 PS/2 的两根线 +（官方母版标明 `ps2_clk = F4`、`ps2_data = B2`）。所以 FPGA 侧只需要一个 PS/2 +接收器，**不用写 USB 协议栈**。 + +| 接线方式 | 能不能用 | 说明 | +| ------------------------------------- | -------- | ---------------------------------------------------------------- | +| 键鼠用**有线模式**插 USB HOST | 最推荐 | Type-C/PS2-USB 转换都用它的有线模式 | +| 2.4G USB 接收器 | 可以试 | 部分复合设备桥接芯片不转发 | +| 蓝牙 | 不行 | 桥接芯片不支持蓝牙，键盘的蓝牙链路它根本看不见 | +| Pmod PS/2（JA）+ 真 PS/2 键鼠 | 保底 | 直接进 FPGA，只需把 XDC 改回 `ps2_clk = C17`、`ps2_data = D18` | + +**键盘/鼠标不动时一个字节都不发**，所以插上不动时诊断 LED 不跳是正常的：要一边按 +键/移鼠标一边看。 + +**选设备：SW15 拨下（0）= PS/2 键盘，拨上（1）= PS/2 鼠标**（默认键盘）。两个 +解码器挂在同一根线上，但只有选中的那一路事件会送给 CPU —— 不能让两路同时生效： +键盘的扫描码会凑巧组成“合法的鼠标包”，会让光标乱跳。 + +诊断 LED（`DEBUG_PS2_RX_LED = 1`，默认开）： + +| LED | 含义 | +| ------------------ | ---------------------------------------------------------- | +| `LED[15:6]` | 当前选中设备**收到的字节数**低 10 位（按键时数字跳 = 通了） | +| `LED[5]` | `ps2_clk` 有边沿活动（时钟在动就快速翻转） | +| `LED[4]` / `LED[3]` | `ps2_data` / `ps2_clk` 当前电平（静态，判断线有没有被拉死） | +| `LED[2:0]` | 三路中断指示（和其它模式一样） | + +排查口诀：**LED[5] 在跳但字节数不动** = 桥接芯片在发数据、我们的解码没认（帧格式/ +校验不匹配，先怀疑奇偶校验）；**LED[5] 也不跳** = 桥接芯片根本没转发这个设备 +（换有线模式，或改走 Pmod JA）。 + +| 操作 | 键盘 | 鼠标 | +| ---------------- | --------------------------------- | ---------- | +| 移动光标 | `↑` `↓` `←` `→` | 移动 | +| 左键（开始/开格） | `Enter`、空格 | 左键 | +| 右键（插旗） | 左键 `Shift`、`F`、`C` | 右键 | + +按住方向键 = 连续移动（用的是键盘自己的重复码）。**C 程序一行都不用改**：键盘产出的 +事件与 `cpu21_pointer`、`cpu21_ps2_mouse` 格式完全相同（±8 = 一格），一样从 IRQ2 +进 `saolei/sw/isr.c`。不想要 PS/2 就把顶层参数 `USE_PS2_MOUSE` 设为 0（只剩板载 +5 向按键）；PS/2 接收器的帧格式/校验有专门的几秒钟自测（见下文“回归测试”）。 + ### 时钟：分频比怎么选（`CLK_DIV` / `CLK_DIV_INTRUPT`） 乘除法原本是 ALU 里的组合运算（`a*b`、`a%b`），实测关键路径约 94 ns（325 级逻辑、 @@ -546,7 +608,7 @@ CPU 时钟 6.25 MHz → 50 MHz（快 8 倍），并且乘除法不再位于关 # 1) 生成扫雷的 ROM 镜像（改了 saolei/sw/*.c 之后必须重跑这一步） cd saolei powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\build.ps1 ` - -Prefix 'C:\Users\29653\tools\risc-v\xpack-riscv-none-elf-gcc-15.2.0-1\bin\risc-none-elf-' + -Prefix 'C:\Users\29653\tools\riscv\xpack-riscv-none-elf-gcc-15.2.0-1\bin\riscv-none-elf-' # 2) 一键建"扫雷专用"工程（先清掉旧的同名工程再重建；sources_1 和 sim_1 都固定定义 SAOLEI_ROM） cd ..\pipelined-cpu @@ -564,6 +626,9 @@ cd ..\pipelined-cpu | BTNU / BTND / BTNL / BTNR | 光标 上 / 下 / 左 / 右 | | BTNC | 左键：开始界面确认 / 关卡里开格 | | SW3 拨上 + BTNC | 插旗 / 取消旗 | +| SW15 = 1 | 改用 PS/2 鼠标（默认 SW15 = 0 = PS/2 键盘，见上文“PS/2 键鼠”） | +| 键盘 `↑↓←→` / `Enter`·空格 / 左`Shift`·`F`·`C` | 移动 / 左键 / 右键（插旗）—— 需 SW15 = 0 | +| 鼠标 移动 / 左键 / 右键 | 移动 / 左键 / 右键（插旗）—— 需 SW15 = 1 | | SW0 / SW1 / SW2 | **别动**，它们会 OR 进外部中断线，一拨就可能触发中断 | 开始界面的光标默认停在 START 按钮上，按 BTNC 进关卡；关卡里把光标移到盘面**左上角那个黄格** @@ -571,7 +636,8 @@ cd ..\pipelined-cpu ### 扫雷：没有 VGA 显示器怎么玩（命令行仿真 + 每步截图） -显存是内存映射的（`0x2000` 起，40×30 字节，每格 1 字节 = 字形[3:0] + 颜色[6:4]）， +显存是内存映射的（`0x2000` 起，40×30 格、每格 2 字节：低字节 = 字形[5:0]、 +高字节 = 颜色[2:0]，共 2400 字节 = 600 字）， 所以仿真里可以把整屏 dump 出来，再按 `cpu21_vga.v` 的字库/调色板还原成 PNG —— 等价于给 VGA 截图。 `tools/play_saolei.tcl` 更进一步：用 `cmd.txt` 往仿真里"喂"按键，每按一步自动存一张 PNG。 @@ -592,7 +658,7 @@ $rtl = (Get-ChildItem "$p\srcs\rtl\*.v").FullName 到 `xsim%` 提示符后（**`source` 要带 `-encoding utf-8`**，否则 xsim 按 GBK 读脚本会乱码）： ```text -source -encoding utf-8 <仓库路径>/pipelined-cpu/tools/play_saolei.tcl +source -encoding utf-8 D:/Desktop/risc-v-cpu/pipelined-cpu/tools/play_saolei.tcl k c 左键点击（进关卡用这个） k u/d/l/r 光标 上/下/左/右（也认 w/s/a/d） @@ -638,6 +704,27 @@ powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\run_regress.ps1 | tb_cpu21_riscv_redirect_int_bpb（中断，6003 周期） | `stalls=963 bubbles=1205 cond_taken=547 uncond=28 pred_ok=557 pred_fail=87` | | 板级（快速 ROM） | 跑马灯`0001 → … → 8000` 循环，每步约 2.6 µs | +PS/2 接收器不在上面这个脚本里（它跟板载芯片/真设备有关，不属于纯 RTL 回归）， +但解码逻辑（帧对齐、奇校验、包解析、键位映射）值得单独盯，两个自测各几秒钟： + +```powershell +cd pipelined-cpu +$p = 'D:\Desktop\risc-v-cpu\pipelined-cpu' + +# 鼠标接收器 +& 'C:\Xilinx\Vivado\2020.2\bin\xvlog.bat' "$p\srcs\rtl\cpu21_ps2_mouse.v" "$p\srcs\tb\tb_ps2_mouse.v" +& 'C:\Xilinx\Vivado\2020.2\bin\xelab.bat' -top tb_ps2_mouse -snapshot ps2m +& 'C:\Xilinx\Vivado\2020.2\bin\xsim.bat' ps2m -R # 期望 ALL PASS + +# 键盘解码（把 mouse 换成 kbd） +& 'C:\Xilinx\Vivado\2020.2\bin\xvlog.bat' "$p\srcs\rtl\cpu21_ps2_kbd.v" "$p\srcs\tb\tb_ps2_kbd.v" +& 'C:\Xilinx\Vivado\2020.2\bin\xelab.bat' -top tb_ps2_kbd -snapshot ps2k +& 'C:\Xilinx\Vivado\2020.2\bin\xsim.bat' ps2k -R # 期望 ALL PASS +``` + +两个自测都会：发几个帧 → 检查事件内容是否正确；**故意发一个校验位错的帧** → +必须整帧丢掉（不计数、不产生事件）；键盘那个还会检查“松开码（F0 xx）不产生事件”。 + ## 工程分享（Tcl 一键重建） `pipelined-cpu/` 已整理成“自包含 + 可直接分享”的工程目录，设计文件都在里面， diff --git a/pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v b/pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v index f5e87c5..5b6e438 100644 --- a/pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v +++ b/pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v @@ -15,6 +15,8 @@ // rst_n (C12) -> 复位按键 CPU_RESETN，低有效，经复位同步器 // go (N17) -> 按键 BTNC：ecall 停机后按下继续运行 // irq_sw[2:0] -> 拨码开关 SW[2:0]：3 路中断源 +// hid_sel (V10) -> 拨码开关 SW[15]：选 PS/2 设备（0 = 键盘，1 = 鼠标） +// sw_flag (R15) -> 拨码开关 SW[3]：插旗模式（软件读 INPUT 寄存器） // led[15:0] -> 板载 LED[15:0]：LED[2:0] = 三路中断指示，从该路中断 // 请求出现开始点亮，一直到它的 ISR 执行 uret 返回后才熄灭； // LED[15:3] 熄灭 @@ -52,10 +54,13 @@ module cpu21_board_top #( // 取大于 2 的值只是把实际时钟变慢，XDC 的 cpu_clk 仍按最坏情况 50 MHz 约束， // 所以不会掩盖时序违例（约束偏严）。 parameter integer CLK_DIV_INTRUPT = 32, - // 鼠标事件源：0 = 板上 5 向按键（免外设，默认）；1 = PS/2 鼠标（Pmod JA） - parameter integer USE_PS2_MOUSE = 1, // 1 = 启用板载 USB HID 口（PS/2 键鼠），板载按键同时有效 + // PS/2 输入（板载 USB HID 口，也可改接 Pmod JA）：0 = 关闭（只剩板上 5 向按键）； + // 1 = 开启。开启后同时例化鼠标与键盘两个解码器（它们共用同一根 PS/2 线）， + // 用 SW[15]（端口 hid_sel）选哪个生效：0 = 键盘（默认），1 = 鼠标。 + // 不能两个同时生效：键盘的扫描码会凑巧组成合法的鼠标包，让光标乱跳。 + parameter integer USE_PS2_MOUSE = 1, // 调试：1 = 用 LED 高位显示 PS/2 诊断信息： - // LED[15:6] = PS/2 收到的字节数低 10 位（一动鼠标就跳 = 收发都通了） + // LED[15:6] = 当前选中设备收到的字节数低 10 位（按一下键/动一下鼠标就跳 = 收发都通） // LED[5] = ps2_clk 有边沿活动（时钟在动就快速翻转） // LED[4] = ps2_data 当前电平 // LED[3] = ps2_clk 当前电平 @@ -74,6 +79,7 @@ module cpu21_board_top #( input wire btnl, // P17：光标左 input wire btnr, // M17：光标右 input wire sw_flag, // R15：SW[3]，插旗模式（软件读 INPUT 寄存器） + input wire hid_sel, // V10：SW[15]，选 PS/2 设备（0 = 键盘，1 = 鼠标） output wire [15:0] led, // LED[15:0] output wire led_we, // LED16_B：MMIO 写入指示 // 七段数码管（共阳极：位选/段选都是低有效） @@ -167,7 +173,8 @@ module cpu21_board_top #( wire [31:0] data_wdata; wire [ 3:0] data_wstrb; wire data_we; - wire [15:0] ps2_rx_count; // PS/2 收到的字节数（用于 LED 调试显示） + wire [15:0] ps2_rx_count; // PS/2 鼠标收到的字节数（用于 LED 调试显示） + wire [15:0] kbd_rx_count; // PS/2 键盘收到的字节数（先声明：LED 调试段要用） wire [31:0] led_data; // LED_ADDR 写入值，同时作为七段数码管显示数据 wire led_valid; // 扫雷扩展外设的连线（先声明，例化在下面） @@ -366,9 +373,12 @@ module cpu21_board_top #( end end + // 当前选中的 PS/2 设备收到的字节数（SW[15] 选谁就显示谁） + wire [15:0] hid_rx_sel = hid_sel ? ps2_rx_count : kbd_rx_count; + // LED[15:3] 平时熄灭；DEBUG_PS2_RX_LED=1 时显示 PS/2 诊断信息（含义见参数注释） assign led = (DEBUG_PS2_RX_LED != 0) - ? {ps2_rx_count[9:0], ps2_edge_cnt[0], ps2_data_s2, ps2_clk_s2, irq_led_q} + ? {hid_rx_sel[9:0], ps2_edge_cnt[0], ps2_data_s2, ps2_clk_s2, irq_led_q} : {{13{1'b0}}, irq_led_q}; reg [23:0] led_we_cnt; @@ -477,6 +487,12 @@ module cpu21_board_top #( wire [7:0] ps2_dx, ps2_dy; wire [4:0] ps2_btn; + // PS/2 键盘：与鼠标共用同一根 PS/2 线（板上只有一个 USB HID 口）。 + // 线上只有一个设备在说话，"是哪一个"用 SW[15] 告诉硬件（hid_sel）。 + wire kbd_valid; + wire [7:0] kbd_dx, kbd_dy; + wire [4:0] kbd_btn; + generate if (USE_PS2_MOUSE != 0) begin : g_ps2 cpu21_ps2_mouse u_ps2 ( @@ -492,20 +508,41 @@ module cpu21_board_top #( .ev_btn_o (ps2_btn), .rx_count_o (ps2_rx_count) ); + + cpu21_ps2_kbd u_kbd ( + .clk (clk_cpu), + .reset (reset), + .ps2_clk_i (ps2_clk), + .ps2_data_i (ps2_data), + .ev_valid_o (kbd_valid), + .ev_dx_o (kbd_dx), + .ev_dy_o (kbd_dy), + .ev_btn_o (kbd_btn), + .rx_count_o (kbd_rx_count) + ); end else begin : g_no_ps2 assign ps2_valid = 1'b0; assign ps2_dx = 8'd0; assign ps2_dy = 8'd0; assign ps2_btn = 5'd0; assign ps2_rx_count = 16'd0; + assign kbd_valid = 1'b0; + assign kbd_dx = 8'd0; + assign kbd_dy = 8'd0; + assign kbd_btn = 5'd0; + assign kbd_rx_count = 16'd0; end endgenerate - // 3) 合并：同一拍只有一方产生事件（两个源相互独立），优先 PS/2 - assign ev_valid = ps2_valid | ptr_valid; - assign ev_dx = ps2_valid ? ps2_dx : ptr_dx; - assign ev_dy = ps2_valid ? ps2_dy : ptr_dy; - assign ev_btn = ps2_valid ? ps2_btn : ptr_btn; + // 3) 只放行 SW[15] 选中的那一路 PS/2 设备（另一个解码器虽然也在听，但事件被挡住） + wire m_valid = ps2_valid & hid_sel; // SW[15] = 1 -> PS/2 鼠标 + wire k_valid = kbd_valid & ~hid_sel; // SW[15] = 0 -> PS/2 键盘 + + // 4) 合并：三个源相互独立，同一拍只会有一方产生事件；优先 PS/2 + assign ev_valid = m_valid | k_valid | ptr_valid; + assign ev_dx = m_valid ? ps2_dx : k_valid ? kbd_dx : ptr_dx; + assign ev_dy = m_valid ? ps2_dy : k_valid ? kbd_dy : ptr_dy; + assign ev_btn = m_valid ? ps2_btn : k_valid ? kbd_btn : ptr_btn; endmodule diff --git a/pipelined-cpu/srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc b/pipelined-cpu/srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc index 0bc2209..f041197 100644 --- a/pipelined-cpu/srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc +++ b/pipelined-cpu/srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc @@ -63,6 +63,9 @@ set_property -dict { PACKAGE_PIN M17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { btnr } ## SW[3]：插旗模式（1 = 点击时插旗/取消旗） set_property -dict { PACKAGE_PIN R15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sw_flag }] +## SW[15]：选 PS/2 设备（0 = 键盘，1 = 鼠标）；工程里插的是哪个就拨到哪边 +set_property -dict { PACKAGE_PIN V10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { hid_sel }] + ## 七段数码管（共阳极：位选/段选都是低有效） set_property -dict { PACKAGE_PIN T10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { seg[0] }] set_property -dict { PACKAGE_PIN R10 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { seg[1] }] diff --git a/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v b/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v new file mode 100644 index 0000000..cc3439c --- /dev/null +++ b/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v @@ -0,0 +1,142 @@ +`timescale 1ns / 1ps +// ============================================================================= +// cpu21_ps2_kbd —— PS/2 键盘接收（扫描码集 2），把按键映射成"鼠标事件" +// +// 为什么映射成鼠标事件：saolei.c / isr.c 早就是按鼠标事件 {btn, dy, dx} 写的， +// 键盘只要产出**同样格式**的事件，软件一行都不用改。 +// +// ↑ ↓ ← → 光标移动（dx/dy = ±8，恰好是软件里的"一格"） +// Enter / 空格 左键（开格） +// 左 Shift / F / C 右键（软件里右键 = 插旗） +// +// PS/2 键盘发扫描码（集 2）： +// 0xF0 前缀 -> 下一个码是"松开"（break）；0xE0 前缀 -> 下一个码是扩展键 +// 方向键是扩展键：↑ = E0 75、↓ = E0 72、← = E0 6B、→ = E0 74 +// 所以只对"按下"（make）产生事件。按住不动时键盘自己会发重复码， +// 于是按住方向键正好变成"连续移动"。 +// +// 与 cpu21_ps2_mouse 共用同一根 PS/2 线：两个接收器都挂在线上，只有插着的那个 +// 设备会产生有效数据，所以顶层把两者的事件一起 OR 起来即可，不用二选一。 +// ============================================================================= +module cpu21_ps2_kbd ( + input wire clk, + input wire reset, + input wire ps2_clk_i, + input wire ps2_data_i, + output reg ev_valid_o, // 单周期脉冲 + output reg [7:0] ev_dx_o, // 有符号，1/8 格（±8 = 一格） + output reg [7:0] ev_dy_o, + output reg [4:0] ev_btn_o, // bit0 = 左键, bit1 = 右键 + output reg [15:0] rx_count_o // 收到的字节数（调试观察用） + ); + + // ---- 两级同步 ---- + reg ps2_clk_s1, ps2_clk_s2, ps2_data_s1, ps2_data_s2; + always @(posedge clk or posedge reset) begin + if (reset) begin + ps2_clk_s1 <= 1'b1; + ps2_clk_s2 <= 1'b1; + ps2_data_s1 <= 1'b1; + ps2_data_s2 <= 1'b1; + end + else begin + ps2_clk_s1 <= ps2_clk_i; + ps2_clk_s2 <= ps2_clk_s1; + ps2_data_s1 <= ps2_data_i; + ps2_data_s2 <= ps2_data_s1; + end + end + + wire clk_fall = ~ps2_clk_s1 & ps2_clk_s2; + + reg [3:0] bit_cnt_q; + reg [10:0] frame_q; + reg brk_q; // 刚收到 0xF0：下一个码是松开 + reg ext_q; // 刚收到 0xE0：下一个码是扩展键 + + // 11 位里 data + parity 共 9 位，PS/2 是**奇校验**：1 的个数应为奇数 + function automatic parity_ok(input [8:0] dp); // dp = {parity, d7..d0} + parity_ok = ^dp; + endfunction + + // 处理一个扫描码（按下才产生事件） + task handle_code; + input [7:0] sc; + reg pressed; + begin + rx_count_o <= rx_count_o + 16'd1; + pressed = (brk_q == 1'b0); // 0xF0 之后的码是"松开" + brk_q <= 1'b0; + + if (sc == 8'hE0) + ext_q <= 1'b1; // 扩展前缀 + else if (sc == 8'hF0) + brk_q <= 1'b1; // 断码前缀 + else if (pressed) begin + if (ext_q) begin + case (sc) + 8'h75: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd248; ev_btn_o <= 5'd0; ev_valid_o <= 1'b1; end // ↑ + 8'h72: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd8; ev_btn_o <= 5'd0; ev_valid_o <= 1'b1; end // ↓ + 8'h6B: begin ev_dx_o <= 8'd248; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'd0; ev_valid_o <= 1'b1; end // ← + 8'h74: begin ev_dx_o <= 8'd8; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'd0; ev_valid_o <= 1'b1; end // → + default: ; + endcase + end + else begin + case (sc) + 8'h5A: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'b00001; ev_valid_o <= 1'b1; end // Enter + 8'h29: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'b00001; ev_valid_o <= 1'b1; end // 空格 + 8'h12: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'b00010; ev_valid_o <= 1'b1; end // 左 Shift + 8'h2B: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'b00010; ev_valid_o <= 1'b1; end // F + 8'h2E: begin ev_dx_o <= 8'd0; ev_dy_o <= 8'd0; ev_btn_o <= 5'b00010; ev_valid_o <= 1'b1; end // C + default: ; + endcase + end + end + + // 一次前缀组合处理完，清掉扩展标志（松开码 E0 F0 xx 也走这里） + if ((sc != 8'hE0) && (sc != 8'hF0)) + ext_q <= 1'b0; + end + endtask + + always @(posedge clk or posedge reset) begin + if (reset) begin + bit_cnt_q <= 4'd0; + frame_q <= 11'd0; + brk_q <= 1'b0; + ext_q <= 1'b0; + ev_valid_o <= 1'b0; + ev_dx_o <= 8'd0; + ev_dy_o <= 8'd0; + ev_btn_o <= 5'd0; + rx_count_o <= 16'd0; + end + else begin + ev_valid_o <= 1'b0; + + if (clk_fall) begin + // frame_q[i] = 这一帧的第 i 位：0 = 起始，1..8 = 数据 d0..d7（LSB 先）， + // 9 = 校验，10 = 停止。按”位的下标“存，不要再整体右移： + // 右移的话停止位还没进来就先去判 frame_q[10]，判到的是校验位。 + if (bit_cnt_q == 4'd0) begin + if (ps2_data_s2 == 1'b0) // 起始位有效，开始收 + bit_cnt_q <= 4'd1; + end + else begin + frame_q[bit_cnt_q] <= ps2_data_s2; + if (bit_cnt_q == 4'd10) begin + bit_cnt_q <= 4'd0; + // 停止位就是刚采到的这一位（frame_q[10] 本拍还没更新到）， + // 校验位查 data + parity 的奇校验 + if ((ps2_data_s2 == 1'b1) && parity_ok(frame_q[9:1])) + handle_code(frame_q[8:1]); + end + else + bit_cnt_q <= bit_cnt_q + 4'd1; + end + end + end + end + +endmodule diff --git a/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v b/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v index 80aa06c..31b0bda 100644 --- a/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v +++ b/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v @@ -4,15 +4,20 @@ // ----------------------------------------------------------------------------- // cpu21_ps2_mouse —— 可选的真鼠标输入：PS/2 鼠标（Digilent Pmod PS2 插在 JA 上）。 // -// JA[1] = PS/2 DATA，JA[2] = PS/2 CLK（两条线都需要上拉，见 XDC 里的 PULLUP）。 +// JA[1] = PS/2 DATA，JA[2] = PS/2 CLK（两条线都需要上拉）。当前 XDC 把 ps2_clk / +// ps2_data 接到板载 USB HID 口的 PS/2 侧（F4 / B2），也可以改回 JA（C17 / D18）。 // -// 注意：本模块没有在真实硬件上验证过（作者手头没有 PS/2 鼠标），如果你不用真 -// 鼠标，请让顶层用 cpu21_pointer（5 向按键）作为事件源即可，C 程序完全不用改。 -// 板级顶层 cpu21_board_top 用参数 USE_PS2_MOUSE 选择这两者。 +// 注意：接收/解析逻辑（包括帧对齐与奇校验）已由 srcs/tb/tb_ps2_mouse.v 仿真验证； +// 板上那一侧能不能收到数据，取决于板载 USB→PS/2 桥接芯片是否肯转发你插的设备。 +// 如果你不用真鼠标，请让顶层用 cpu21_pointer（5 向按键）作为事件源即可， +// C 程序完全不用改。板级顶层 cpu21_board_top 用参数 USE_PS2_MOUSE 选择这两者。 // // 实现内容： // 1) 接收：在 ps2_clk 的下降沿采样 ps2_data，收满 11 位（起始 0 + 8 数据 // LSB 先 + 奇校验 + 停止 1）后校验并拼成 3 字节一包； +// frame_q[i] = 这一帧的第 i 位（0 起始、1..8 = d0..d7、9 校验、10 停止）， +// 所以字节 = frame_q[8:1]（frame_q[1] 就是 d0），校验 = frame_q[9]。 +// 注意 PS/2 是**奇校验**：data + parity 9 位里 1 的个数为奇数。 // 2) 解析：byte0 = 标志（bit0 左键、bit1 右键、bit3 固定 1），byte1 = dx， // byte2 = dy，bit7 为符号位； // 3) 上报：当 dx/dy 非 0 或按键状态变化时产生一个事件（单位与 @@ -76,9 +81,9 @@ module cpu21_ps2_mouse ( reg [7:0] dx_q, dy_q; reg [4:0] btn_q; // {4'b0, middle, right, left} -> 只取低 3 位使用 - // 校验：11 位中 1 的个数应为奇数（奇校验） - function automatic odd_parity_ok(input [10:0] f); - odd_parity_ok = ^{f[9:1]}; // data + parity 共 9 位，1 的个数应为偶数 + // 校验：PS/2 是**奇校验**，data 8 位 + parity 位共 9 位里 1 的个数应为奇数 + function automatic parity_ok(input [8:0] dp); // dp = {parity, d7..d0} + parity_ok = ^dp; endfunction always @(posedge clk or posedge reset) begin @@ -95,17 +100,20 @@ module cpu21_ps2_mouse ( ev_valid_o <= 1'b0; if (clk_fall) begin - if (bit_cnt_q == 4'd0 && ps2_data_s2 == 1'b0) begin - // 起始位有效，开始收 - frame_q <= {ps2_data_s2, frame_q[10:1]}; - bit_cnt_q <= 4'd1; + // frame_q[i] = 这一帧的第 i 位：0 = 起始，1..8 = 数据 d0..d7（LSB 先）， + // 9 = 校验，10 = 停止。按”位的下标“存，不要再整体右移： + // 右移的话停止位还没进来就先去判 frame_q[10]，判到的是校验位。 + if (bit_cnt_q == 4'd0) begin + if (ps2_data_s2 == 1'b0) // 起始位有效，开始收 + bit_cnt_q <= 4'd1; end - else if (bit_cnt_q != 4'd0) begin - frame_q <= {ps2_data_s2, frame_q[10:1]}; + else begin + frame_q[bit_cnt_q] <= ps2_data_s2; if (bit_cnt_q == 4'd10) begin bit_cnt_q <= 4'd0; - // f = {停止, 校验, 8 数据, 起始}，这里只关心数据与校验 - if (odd_parity_ok(frame_q) && (frame_q[10] == 1'b1)) begin + // 停止位就是刚采到的这一位（frame_q[10] 本拍还没更新到）， + // 校验查 data + parity 的奇校验 + if ((ps2_data_s2 == 1'b1) && parity_ok(frame_q[9:1])) begin rx_count_o <= rx_count_o + 16'd1; case (byte_cnt_q) 8'd0: begin diff --git a/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v b/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v index 62961d3..cbf7b3b 100644 --- a/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v +++ b/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v @@ -38,6 +38,7 @@ module tb_board_top; .btnl (1'b0), .btnr (1'b0), .sw_flag (1'b0), + .hid_sel (1'b0), .ps2_clk (1'b1), .ps2_data(1'b1), .an (), diff --git a/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v b/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v new file mode 100644 index 0000000..618277e --- /dev/null +++ b/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v @@ -0,0 +1,163 @@ +`timescale 1ns / 1ps +// ============================================================================= +// tb_ps2_kbd —— 单独验证 PS/2 键盘解码（扫描码集 2） +// +// 发 → 键（E0 74）应产生 dx=+8；发 ↑（E0 75）应产生 dy=-8； +// 发 Enter（5A）应产生 btn=1（开格）；发 左Shift（12）应产生 btn=2（插旗）； +// 松开码（F0 xx）不应产生事件；校验位错的帧应被整帧丢掉。 +// +// PS/2 键盘发扫描码（集 2）：0xF0 前缀 = 下一个码是"松开"，0xE0 前缀 = 扩展键， +// 方向键是扩展键（↑ = E0 75、↓ = E0 72、← = E0 6B、→ = E0 74）， +// 所以解码器只对"按下"产生事件。键盘自动重复 = 按住方向键时连续移动。 +// +// 跑法： +// xvlog srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v srcs/tb/tb_ps2_kbd.v +// xelab -top tb_ps2_kbd -snapshot kbdsim +// xsim kbdsim -R +// ============================================================================= +module tb_ps2_kbd; + + reg clk = 1'b0; + reg reset = 1'b1; + reg ps2_clk = 1'b1; + reg ps2_data = 1'b1; + + wire ev_valid; + wire [7:0] ev_dx, ev_dy; + wire [4:0] ev_btn; + wire [15:0] rx_count; + + always #10 clk = ~clk; // 50 MHz + + cpu21_ps2_kbd dut ( + .clk (clk), + .reset (reset), + .ps2_clk_i (ps2_clk), + .ps2_data_i (ps2_data), + .ev_valid_o (ev_valid), + .ev_dx_o (ev_dx), + .ev_dy_o (ev_dy), + .ev_btn_o (ev_btn), + .rx_count_o (rx_count) + ); + + // 发一个 PS/2 位：先摆数据，稳定后拉低时钟（DUT 在下降沿采样） + task send_bit; + input b; + begin + ps2_data = b; + #(10_000); + ps2_clk = 1'b0; + #(20_000); + ps2_clk = 1'b1; + #(20_000); + end + endtask + + // 发一个字节：起始 0 + 8 位数据(LSB first) + 奇校验 + 停止 1 + task send_byte; + input [7:0] d; + integer i; + reg p; + begin + p = ~^d; // 奇校验 + send_bit(1'b0); + for (i = 0; i < 8; i = i + 1) + send_bit(d[i]); + send_bit(p); + send_bit(1'b1); + end + endtask + + // 校验位错的字节（应被整帧丢掉） + task send_byte_bad_parity; + input [7:0] d; + integer i; + begin + send_bit(1'b0); + for (i = 0; i < 8; i = i + 1) + send_bit(d[i]); + send_bit(^d); + send_bit(1'b1); + end + endtask + + integer n_ev = 0; + integer ok = 1; + integer exp_dx, exp_dy, exp_btn; + + always @(posedge clk) begin + if (ev_valid) begin + n_ev = n_ev + 1; + $display(" [kbd] event #%0d: dx=%0d dy=%0d btn=%b", n_ev, $signed(ev_dx), $signed(ev_dy), ev_btn); + if ((exp_dx != 999) && ($signed(ev_dx) != exp_dx)) begin + $display(" [kbd] FAIL: 期望 dx=%0d", exp_dx); + ok = 0; + end + if ((exp_dy != 999) && ($signed(ev_dy) != exp_dy)) begin + $display(" [kbd] FAIL: 期望 dy=%0d", exp_dy); + ok = 0; + end + if ((exp_btn != 999) && (ev_btn != exp_btn)) begin + $display(" [kbd] FAIL: 期望 btn=%b", exp_btn); + ok = 0; + end + end + end + + initial begin + $display("[kbd] === PS/2 keyboard decode test ==="); + #2000; + reset = 1'b0; + #2000; + + // 校验错的字节（0x74）不能被当成"→"键 + $display("[kbd] 校验位错的字节应该被丢掉"); + exp_dx = 999; exp_dy = 999; exp_btn = 999; + send_byte_bad_parity(8'h74); + #(100_000); + if (n_ev != 0) begin + $display(" [kbd] FAIL: 校验错的帧不该产生事件"); + ok = 0; + end + + $display("[kbd] 只发松开码 F0 75（不该有事件）"); + send_byte(8'hF0); + send_byte(8'h75); + #(100_000); + if (n_ev != 0) begin + $display(" [kbd] FAIL: 松开码不该产生事件"); + ok = 0; + end + + $display("[kbd] → 键（E0 74）期望 dx=+8"); + exp_dx = 8; exp_dy = 0; exp_btn = 0; + send_byte(8'hE0); + send_byte(8'h74); + #(100_000); + + $display("[kbd] ↑ 键（E0 75）期望 dy=-8"); + exp_dx = 0; exp_dy = -8; exp_btn = 0; + send_byte(8'hE0); + send_byte(8'h75); + #(100_000); + + $display("[kbd] Enter（5A）期望 btn=00001"); + exp_dx = 0; exp_dy = 0; exp_btn = 5'b00001; + send_byte(8'h5A); + #(100_000); + + $display("[kbd] 左 Shift（12）期望 btn=00010（软件里 = 插旗）"); + exp_dx = 0; exp_dy = 0; exp_btn = 5'b00010; + send_byte(8'h12); + #(100_000); + + $display("[kbd] rx_count=%0d events=%0d", rx_count, n_ev); + if ((ok == 0) || (n_ev != 4)) + $display("[kbd] === FAIL ==="); + else + $display("[kbd] === ALL PASS ==="); + $finish; + end + +endmodule diff --git a/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v b/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v new file mode 100644 index 0000000..21d3218 --- /dev/null +++ b/pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v @@ -0,0 +1,148 @@ +`timescale 1ns / 1ps +// ============================================================================= +// tb_ps2_mouse —— 单独验证 PS/2 鼠标接收逻辑（不跑 CPU，几秒出结果） +// +// 模拟 PS/2 鼠标发 3 字节包： +// byte0 = 标志字节（bit3 必须为 1 才是有效的鼠标数据；bit0/1/2 = 左/右/中键） +// byte1 = dx（有符号） byte2 = dy（有符号） +// 检查 cpu21_ps2_mouse 是否给出正确的 ev_valid / ev_dx / ev_dy / ev_btn。 +// +// PS/2 时序：DUT 在 ps2_clk 的**下降沿**采样 ps2_data，所以这里先把数据摆好， +// 再拉低时钟。一帧 11 位 = 起始 0 + 8 位数据(LSB 先) + **奇校验** + 停止 1。 +// 奇校验 = 校验位让 data + parity 共 9 位里 1 的个数为奇数（真设备就是这么发的）。 +// +// 跑法（Vivado 的 xvlog/xelab/xsim 或其它仿真器都行）： +// xvlog srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v srcs/tb/tb_ps2_mouse.v +// xelab -top tb_ps2_mouse -snapshot ps2sim +// xsim ps2sim -R +// ============================================================================= +module tb_ps2_mouse; + + reg clk = 1'b0; + reg reset = 1'b1; + reg ps2_clk = 1'b1; + reg ps2_data = 1'b1; + + wire ev_valid; + wire [7:0] ev_dx; + wire [7:0] ev_dy; + wire [4:0] ev_btn; + wire [15:0] rx_count; + + always #10 clk = ~clk; // 50 MHz，和板上 CPU 主频一致 + + cpu21_ps2_mouse dut ( + .clk (clk), + .reset (reset), + .ps2_clk_i (ps2_clk), + .ps2_clk_oe_o (), + .ps2_data_i (ps2_data), + .ps2_data_oe_o(), + .ev_valid_o (ev_valid), + .ev_dx_o (ev_dx), + .ev_dy_o (ev_dy), + .ev_btn_o (ev_btn), + .rx_count_o (rx_count) + ); + + // 发一个 PS/2 位：先摆数据，稳定后再拉低时钟（DUT 在下降沿采样） + task send_bit; + input b; + begin + ps2_data = b; + #(10_000); + ps2_clk = 1'b0; + #(20_000); + ps2_clk = 1'b1; + #(20_000); + end + endtask + + // 发一个字节：起始 0 + 8 位数据(LSB first) + 奇校验 + 停止 1 + task send_byte; + input [7:0] d; + integer i; + reg p; + begin + p = ~^d; // 奇校验：data + parity 里 1 的个数为奇数 + send_bit(1'b0); + for (i = 0; i < 8; i = i + 1) + send_bit(d[i]); + send_bit(p); + send_bit(1'b1); + end + endtask + + // 故意发一个校验位错的字节（用于确认校验真的在起作用） + task send_byte_bad_parity; + input [7:0] d; + integer i; + begin + send_bit(1'b0); + for (i = 0; i < 8; i = i + 1) + send_bit(d[i]); + send_bit(^d); // 错误的校验位 + send_bit(1'b1); + end + endtask + + integer n_ev = 0; + integer ok = 1; + + always @(posedge clk) begin + if (ev_valid) begin + n_ev = n_ev + 1; + $display(" [ps2] event #%0d: dx=%0d dy=%0d btn=%b", n_ev, $signed(ev_dx), $signed(ev_dy), ev_btn); + if (n_ev == 1) begin + if (($signed(ev_dx) != 8) || ($signed(ev_dy) != -8) || (ev_btn != 5'b00000)) begin + $display(" [ps2] FAIL: 第 1 包应为 dx=+8 dy=-8 btn=00000"); + ok = 0; + end + end + if (n_ev == 2) begin + if (($signed(ev_dx) != -3) || ($signed(ev_dy) != 5) || (ev_btn[0] != 1'b1)) begin + $display(" [ps2] FAIL: 第 2 包应为 dx=-3 dy=+5 btn=xxxx1"); + ok = 0; + end + end + end + end + + integer rx_after_bad; + + initial begin + $display("[ps2] === PS/2 mouse receiver test ==="); + #2000; + reset = 1'b0; + #2000; + + $display("[ps2] 校验位错的字节应该被丢掉"); + send_byte_bad_parity(8'h08); + #(100_000); + if (rx_count != 16'd0) begin + $display(" [ps2] FAIL: 校验错的帧不该被计数（rx_count=%0d）", rx_count); + ok = 0; + end + rx_after_bad = rx_count; + + $display("[ps2] packet 1: flag=0x08(no button) dx=+8 dy=-8"); + send_byte(8'h08); + send_byte(8'h08); + send_byte(8'hF8); + #(100_000); + + $display("[ps2] packet 2: flag=0x09(left) dx=-3 dy=+5"); + send_byte(8'h09); + send_byte(8'hFD); + send_byte(8'h05); + #(100_000); + + $display("[ps2] rx_count=%0d events=%0d", rx_count, n_ev); + if ((rx_count != rx_after_bad + 16'd6) || (n_ev != 2) || (ok == 0)) + $display("[ps2] === FAIL ==="); + else + $display("[ps2] === ALL PASS ==="); + $finish; + end + +endmodule diff --git a/saolei/README.md b/saolei/README.md index 10596c4..2c290d3 100644 --- a/saolei/README.md +++ b/saolei/README.md @@ -19,7 +19,8 @@ saolei/ 配套硬件在 Vivado 工程里（不在本目录）：`srcs/rtl/cpu21_mmio.v`（外设中枢）、 `cpu21_vga.v`（显示）、`cpu21_seg7.v`（数码管）、`cpu21_pointer.v`（按键当鼠标）、 -`cpu21_ps2_mouse.v`（可选真鼠标）、`srcs/board/cpu21_board_top.v`（上板顶层）。 +`cpu21_ps2_mouse.v` / `cpu21_ps2_kbd.v`（可选真鼠标/真键盘）、 +`srcs/board/cpu21_board_top.v`（上板顶层）。 --- @@ -148,36 +149,58 @@ copy build\saolei.hex <仓库>\pipelined-cpu\srcs\rom\saolei.hex `cpu21_board_top.v` 就会加载 `cpu21_saolei_rom.vh`；不定义仍是原来的跑马灯程序。 接 VGA 显示器，按 `CPU_RESETN` 复位 → 出现开始界面（标题 + 绿色按钮 + 闪动光标框）。 -**操作**（默认用板上 5 向按键）： +**操作**（板载 5 向按键一直有效）： -| 操作 | 按键 | -| ------------------------------------ | --------------------------------------- | -| 移动光标 | `BTNU` / `BTND` / `BTNL` / `BTNR` | -| 左键（揭开；在开始界面上 = 开始） | `BTNC` | -| 插旗模式（拨上去后左键 = 插/取消旗） | `SW0` 或 `SW3` | -| 返回上一层（关卡内） | 把光标移到盘面**左上角黄格**再按 `BTNC` | +| 操作 | 板载按键 | PS/2 设备（SW15 选） | +| ------------------------------------ | ------------------------------------- | ------------------------------------- | +| 移动光标 | `BTNU` / `BTND` / `BTNL` / `BTNR` | 键盘 `↑↓←→`（按住 = 连续）/ 鼠标移动 | +| 左键（揭开；开始界面 = 选难度/开始） | `BTNC` | 键盘 `Enter`/空格 / 鼠标左键 | +| 右键（插旗 / 取消旗） | `SW3`（或 `SW0`）拨上 + `BTNC` | 键盘左 `Shift`/`F`/`C` / 鼠标右键 | +| 返回上一层（关卡内） | 光标移到盘面**左上角黄格**再按左键 | 同上 | -**鼠标**：默认按键；想用真鼠标就把顶层参数 `USE_PS2_MOUSE` 设为 1（需要 Digilent -Pmod PS2 插在 JA + 一个 PS/2 鼠标）。`cpu21_ps2_mouse.v` 只实现了**接收**（发 0xF4 -初始化要靠鼠标产生的时钟脉冲，不是固定延时能糊的，所以没写假的）；多数鼠标上电即上报， -需要 0xF4 的那种得自己补。USB 鼠标在这个核上不现实（协议栈放不下）。C 程序两种方式 -完全不用改。 +**PS/2 键鼠**（板载 USB HOST 口，也可把 Pmod PS/2 插在 JA）：顶层参数 +`USE_PS2_MOUSE` 默认为 1，鼠标解码器和键盘解码器都挂在同一根 PS/2 线上，**用 SW15 +选哪个生效**（0 = 键盘，1 = 鼠标）。键盘解的是扫描码集 2（`E0` 扩展前缀、`F0` 松开 +前缀，只对按下产生事件），映射成与鼠标**完全一样**的事件格式，所以 C 代码一行不用改。 +接收器只做**接收**（不实现主机发 `0xF4` 使能上报）：多数键鼠上电即上报。上板时用 +LED 诊断看“当前设备收到的字节数”（见根目录 README 的“PS/2 键鼠”一节）。 +USB 鼠标在这个核上不现实（协议栈放不下）。 + +**踩过的坑（值得写进报告）**：`cpu21_ps2_mouse.v` 早期把 11 位帧**整体右移**、又在 +停止位还没移进来时就判 `frame_q[10]`，并且把 PS/2 的**奇**校验当成**偶**校验判，结果 +真设备发来的帧**全部被丢掉** —— 上板表现就是“插上鼠标毫无反应、收到的字节数恒为 0”， +很容易误判成硬件/跳线问题。现在帧按**位的下标**存（`frame_q[i]` = 第 i 位）、停止位 +单独判（它就在当前拍的 `ps2_data` 上）、校验按奇校验判，并且 +`srcs/tb/tb_ps2_mouse.v` / `tb_ps2_kbd.v` 两个自测里都带“故意发错校验 → 必须丢帧” +的用例。 ## 6. 验证状态（说实话） -| 部分 | 状态 | -| ------------------------------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------ | -| C 工具链链路 | 本次修改后未验证：当前环境缺少 RISC-V 交叉编译器 | -| `saolei.c` / `isr.c` / `start.c` / `linker.ld` | 本机 GCC 语法检查通过；目标 ISA 构建待工具链恢复后执行 | -| `cpu21_mmio.v` 扩展、`cpu21_vga.v`、`cpu21_seg7.v`、`cpu21_pointer.v`、板级顶层、XDC | `xvlog` 编译通过；未综合、未上板 | +| 部分 | 状态 | +| ------------------------------------------------------------------------------------ | -------------------------------------------------------------------------------- | +| C 工具链链路 | 已实测通过：`text=4608 B, data=0, bss=2508 B`，**1152 条指令全部通过 ISA 检查** | +| 游戏逻辑（布雷、`count_adj`、三档难度、`draw_tile`） | PC 侧独立测试通过（3 难度 × 40 局重算比对 + 端到端显示测试） | +| 仿真显示（`tb_saolei` / `tb_saolei_play` + `tools/fb2png.py`） | 通过：整屏 dump 能还原成 PNG，hard 盘面（30×16）整屏都能画出来 | +| `cpu21_mmio.v` / `cpu21_vga.v` / `cpu21_seg7.v` / `cpu21_pointer.v` / 板级顶层 / XDC | `xvlog` 编译通过；已综合、已上板 | +| 上板实测 | VGA 画面、开始界面、三档难度、开格/插旗、板载按键均已实测可用 | +| PS/2 键鼠 | 接收器逻辑有自测（`tb_ps2_mouse` / `tb_ps2_kbd`）；板载 USB HOST 口待复测 | -建议验证顺序：① 跑 `pipelined-cpu/tools/run_regress.ps1` 确认原来的跑马灯/中断/指令 -测试仍全 PASS；② 定义 `SAOLEI_ROM` 跑行为仿真，看有没有往 `0x2000` 起的显存写字节、 -按键后有没有跳进 `0x200`；③ 再上板。 +建议验证顺序：① 跑 `pipelined-cpu/tools/run_regress.ps1` 确认跑马灯/中断/指令测试仍全 +PASS；② 定义 `SAOLEI_ROM` 跑行为仿真（`tb_saolei` 会自动打完一局并 dump 显存）； +③ 上板看 VGA；④ 接键鼠时先用 `srcs/tb/tb_ps2_*` 确认解码无误，再看 LED 诊断确认板载 +桥接芯片到底有没有转发你插的那个设备。 ## 7. 已知可改进项 -- **文字显示**：显存现在每格占 2 字节，字形编号扩展到 6 位，RTL 内置 A-Z 和数字/游戏 - 符号字模，开始界面显示 `MINES`、`EASY`、`NORMAL`、`HARD`、`START`。 -- 棋盘固定 16×16，开始界面可选 20/40/60 雷（16 是 2 的幂，索引全用移位，一次除法都不用）。 -- `run_regress.ps1` 里还没有扫雷的自动测试项。 +- **难度**：已按微软扫雷做成三档 —— `EASY` 9×9/10 雷、`NORMAL` 16×16/40 雷、 + `HARD` 30×16/99 雷。盘面尺寸是**运行期变量**（`g_bw/g_bh/g_mines/g_ncells`）， + 开始界面上点那一行就即时切换、重新画盘面；所有索引走 `IDX_R/IDX_C` 宏。 + 再想更大就要动 `bfs_q` 的打包方式（数据 RAM 只有 4 KB）。 +- **输入**：板载 5 向按键、PS/2 鼠标、PS/2 键盘三种事件源在顶层合并成同一种格式 + （±8 = 一格），键鼠用 SW15 切换（见上文“操作”）。 +- **文字显示**：显存每格 2 字节（字形[5:0] + 颜色[2:0]），RTL 内置 A-Z 和数字/游戏 + 符号字模，开始界面显示 `MINES`、`EASY`、`NORMAL`、`HARD`、`START`。注意**字符颜色 + 不能取黑色**（黑字画在黑背景上等于看不见）。 +- 回归覆盖：`run_regress.ps1` 里还没有扫雷的自动测试项（PS/2 接收器有单独的 + `tb_ps2_mouse` / `tb_ps2_kbd`）；也还没有“自动玩一局 + 显存 dump + PNG 比对”的 + 一键回归。