Anccend/risc-v-cpu
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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/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