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feat(board): 支持 PS/2 键盘（与鼠标共用板载 USB HID 口），并修好 PS/2 帧校验

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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
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2026-09-23 22:35:50 +08:00
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pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v
+47 -10
View File
@@ -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
pipelined-cpu/srcs/constrs/cpu21_board_top.xdc
+3
View File
@@ -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] }]
pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_kbd.v
+142
View File
@@ -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
pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_ps2_mouse.v
+23 -15
View File
@@ -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
pipelined-cpu/srcs/tb/tb_board_top.v
+1
View File
@@ -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 (),
pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_kbd.v
+163
View File
@@ -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
pipelined-cpu/srcs/tb/tb_ps2_mouse.v
+148
View File
@@ -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