Anccend/risc-v-cpu
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feat(saolei): 显存扩成每格 2 字节 + 内置 A-Z 字模；开始界面加文字、难度选择和黑背景

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显示（RTL）
- cpu21_vga.v：显存从"每格 1 字节"改成"每格 2 字节"（第 1 字节是 6 位字形、
  第 2 字节是 3 位颜色），字地址由 cidx[10:2] 改为 cidx[10:1]（1 字 = 2 格）；
  字模表由 4 位扩到 6 位（0..63），新增 A-Z 大写字母（16..41），原 0..15 的
  数字/雷/旗/问号/横线/实心字形不变
- cpu21_mmio.v：显存窗口 0x2000-0x27FF -> 0x2000-0x2FFF（300 -> 600 字），
  fb_widx 相应取 addr_i[11:2]
- cpu21_board_top.v：FB_WORDS 300 -> 600（1200 -> 2400 字节）

软件
- mmio.h：fb_write() -> fb_write_cell(idx, glyph, color)（一格写两个 sb）；
  删掉 CELL()，新增 G_A..G_Z 字形常量
- saolei.c：draw_cell / clear_screen 改用 fb_write_cell；开始界面显示
  MINES / EASY / NORMAL / HARD / START 文字（START 直接写在绿色按钮条上），
  不再是"两排雷图案 + 纯色条"
- 难度选择：新增 g_difficulty / g_mines，三档 20 / 40 / 60 雷；place_mines、
  胜利用的 opened_cnt 比较、toggle_flag 的剩余雷数都改读 g_mines；点难度那一行
  即切换并重画菜单，点 START 才把雷数交给关卡
- 全部索引运算仍只用移位/掩码（棋盘固定 16x16），没有引入除法

配色（修"数字 1 看不见"）
- 数字 1 用 C_BLUE、游戏背景原来也是 C_BLUE，调色板里是同一个深蓝，所以数字 1
  完全看不见；现在菜单与关卡背景统一改成 C_BLACK，胜负闪动仍是绿/红/黑，
  数字本身的配色不动

工具与文档
- build.ps1：Python 启动器兼容 —— 有 py 用 py，没有就回退到 python
  （本机只有 python，之前 check_isa.py / elf2hex.py 两处都会中断）
- saolei/README.md：显存表（0x2000-0x2FFF、每格 2 字节）、格子编码（6 位字形、
  16..41 是 A-Z）、难度说明同步更新
- README.md / cpu21_board_top.v：仅格式化工具重排（Markdown 表格对齐、
  if/else 合并成一行），无语义变化

验证：build.ps1 全流程通过（972 条指令 ISA 检查全过；text=3888 B / data=0 /
bss=1444 B；入口 _start=0x0、isr1/2/3=0x100/0x200/0x300）；xvlog 不带宏与带
SAOLEI_ROM 两种配置编译均无错；tools/check_rtl_text.ps1 体检 OK。
未验证：未跑行为仿真、未上板。
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Anccend
2026-09-23 19:23:45 +08:00
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README.md
+87 -89
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@@ -69,18 +69,18 @@ risc-v/
表中的 `opcode` 是控制器使用的五位字段 `IR[6:2]`，不是包含最低两位的 7 位原始 opcode。
因此它与标准 RISC-V 指令的低 7 位 opcode 相差右移两位。
| 指令类别 | opcode | 说明 |
| ----------------------------------------------- | -----: | ----------------------------------------------------------------------------------- |
| R 型 | `0x0c` | add/sub/and/or/xor/slt/sltu/sll/srl/sra |
| M 扩展（R 型） | `0x0c` | `funct7=0000001`：mul/mulh/mulhsu/mulhu、divu（`funct3=101`）、remu（`funct3=111`） |
| I 型 ALU | `0x04` | addi/andi/ori/xori/slti/sltiu/slli/srli/srai |
| `lui`（扩展） | `0x0d` | 加载高位立即数，`rd = imm[31:12] << 12` |
| `lw` | `0x00` | `funct3=010` |
| `sw` / `sb` | `0x08` | `funct3=010` / `000` |
| `beq` / `bne` / `blt` / `bge` / `bltu` / `bgeu` | `0x18` | `funct3=000` / `001` / `100` / `101` / `110` / `111` |
| `jal` | `0x1b` | J 型立即数 |
| `jalr` | `0x19` | `funct3=000` |
| 系统类 | `0x1c` | `ecall`、`URET`、CSRRSI、CSRRCI |
| 指令类别 | opcode | 说明 |
| ----------------------------------------------------------- | -------: | ----------------------------------------------------------------------------------------- |
| R 型 | `0x0c` | add/sub/and/or/xor/slt/sltu/sll/srl/sra |
| M 扩展（R 型） | `0x0c` | `funct7=0000001`：mul/mulh/mulhsu/mulhu、divu（`funct3=101`）、remu（`funct3=111`） |
| I 型 ALU | `0x04` | addi/andi/ori/xori/slti/sltiu/slli/srli/srai |
| `lui`（扩展） | `0x0d` | 加载高位立即数，`rd = imm[31:12] << 12` |
| `lw` | `0x00` | `funct3=010` |
| `sw` / `sb` | `0x08` | `funct3=010` / `000` |
| `beq` / `bne` / `blt` / `bge` / `bltu` / `bgeu` | `0x18` | `funct3=000` / `001` / `100` / `101` / `110` / `111` |
| `jal` | `0x1b` | J 型立即数 |
| `jalr` | `0x19` | `funct3=000` |
| 系统类 | `0x1c` | `ecall`、`URET`、CSRRSI、CSRRCI |
`ecall` 和 `URET` 都是 `opcode=0x1c、funct3=0`，由 `IR[21]` 区分：
`IR[21]=0` 是 `ecall`，`IR[21]=1` 是 `URET`。这一点来自原控制器中的 `IR21` 分支逻辑。
@@ -91,13 +91,13 @@ risc-v/
这些地址都在 4 KB 数据 RAM（`0x0000`–`0x0FFC`）之外，因此不会与 RAM 冲突。
每行的字节偏移都按**字**对齐译码（同一 32 位寄存器内任意字节偏移都命中）。
| 地址 | 外设 | 写 | 读 |
| ---------------------- | -------------- | ---------------------------------------------------------------------------- | -------------------------- |
| `0x0000_1000` | LED 数据寄存器 | `sw` 写全字；`sb` 按 `data_wstrb_o` 只改对应字节通道，`led_valid_o` 拉高一拍 | `lw` 返回 LED 寄存器当前值 |
| `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 |
| 地址 | 外设 | 写 | 读 |
| --------------------------- | -------------- | ------------------------------------------------------------------------------------ | ---------------------------- |
| `0x0000_1000` | LED 数据寄存器 | `sw` 写全字；`sb` 按 `data_wstrb_o` 只改对应字节通道，`led_valid_o` 拉高一拍 | `lw` 返回 LED 寄存器当前值 |
| `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 |
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。
@@ -147,34 +147,34 @@ risc-v/
## 文件与模块划分
| 文件 | 模块 | 职责 |
| --------------------------------------------------------- | --------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------------------- |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v` | `cpu21_riscv_redirect_int_bpb` | 顶层：五级流水寄存器、子模块例化、PC/IF-ID/ID-EX 控制、对外输出 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_alu.v` | `cpu21_riscv_alu` | 组合 ALU（加减/移位/逻辑/比较，不做乘除） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_muldiv.v` | `cpu21_riscv_muldiv` | 多周期乘除法单元：32 拍移位迭代，mul/mulh/mulhsu/mulhu/divu/remu |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_bpb_8.v` | `cpu21_bpb_8` | 8 项全相联分支目标缓冲（2 位饱和计数器 + 近似 LRU） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_decoder.v` | `cpu21_riscv_decoder` | ID 级组合译码器（操作码`IR[6:2]`） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_regfile.v` | `cpu21_riscv_regfile` | 寄存器堆，`x0` 恒为 0，同周期 WB 写优先旁路 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_forward_unit.v` | `cpu21_riscv_forward_unit` | EX 级前递网络（EX/MEM 优先于 MEM/WB） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_store_unit.v` | `cpu21_riscv_store_unit` | EX 级存储数据对齐：`sw`/`sb` 的写数据与字节写掩码 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_branch_unit.v` | `cpu21_riscv_branch_unit` | EX 级控制流裁决：分支方向/目标、JAL/JALR 重定向 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_hazard_unit.v` | `cpu21_riscv_hazard_unit` | load-use 冒险、停顿（stall）与冲刷（flush）判定 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_irq_ctrl.v` | `cpu21_riscv_irq_ctrl` | 中断采样与优先级、`ustatus`/`uepc` CSR、嵌套返回栈 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_perf_counters.v` | `cpu21_riscv_perf_counters` | 周期/停顿/气泡/分支/预测成功率等统计计数器 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_mmio.v` | `cpu21_mmio` | MMIO 中枢：LED、七段数码管、鼠标寄存器组 + 事件 FIFO + 中断、显示控制器、显存窗口 |
| `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/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/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） |
| 文件 | 模块 | 职责 |
| ----------------------------------------------------------- | ----------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------------------------- |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v` | `cpu21_riscv_redirect_int_bpb` | 顶层：五级流水寄存器、子模块例化、PC/IF-ID/ID-EX 控制、对外输出 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_alu.v` | `cpu21_riscv_alu` | 组合 ALU（加减/移位/逻辑/比较，不做乘除） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_muldiv.v` | `cpu21_riscv_muldiv` | 多周期乘除法单元：32 拍移位迭代，mul/mulh/mulhsu/mulhu/divu/remu |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_bpb_8.v` | `cpu21_bpb_8` | 8 项全相联分支目标缓冲（2 位饱和计数器 + 近似 LRU） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_decoder.v` | `cpu21_riscv_decoder` | ID 级组合译码器（操作码`IR[6:2]`） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_regfile.v` | `cpu21_riscv_regfile` | 寄存器堆，`x0` 恒为 0，同周期 WB 写优先旁路 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_forward_unit.v` | `cpu21_riscv_forward_unit` | EX 级前递网络（EX/MEM 优先于 MEM/WB） |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_store_unit.v` | `cpu21_riscv_store_unit` | EX 级存储数据对齐：`sw`/`sb` 的写数据与字节写掩码 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_branch_unit.v` | `cpu21_riscv_branch_unit` | EX 级控制流裁决：分支方向/目标、JAL/JALR 重定向 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_hazard_unit.v` | `cpu21_riscv_hazard_unit` | load-use 冒险、停顿（stall）与冲刷（flush）判定 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_irq_ctrl.v` | `cpu21_riscv_irq_ctrl` | 中断采样与优先级、`ustatus`/`uepc` CSR、嵌套返回栈 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_perf_counters.v` | `cpu21_riscv_perf_counters` | 周期/停顿/气泡/分支/预测成功率等统计计数器 |
| `pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_mmio.v` | `cpu21_mmio` | MMIO 中枢：LED、七段数码管、鼠标寄存器组 + 事件 FIFO + 中断、显示控制器、显存窗口 |
| `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/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/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） |
拆分只调整了模块边界与文件组织，端口、时序与行为完全等价：使用同一 ROM 程序
在 xsim 下对拆分前后逐周期对比，波形输出与最终统计（周期、停顿、气泡、分支
@@ -276,14 +276,14 @@ BPB/中断观测值）。如果直接把它设为实现顶层，这些端口会
### 引脚分配（`cpu21_board_top.xdc`）
| 端口 | 引脚 | 板上元件 | 说明 |
| ------------- | ----------- | ------------------------- | ------------------------------------------------------------------- |
| `clk100` | E3 | 100 MHz 晶振 | 经 `CPU_DIV` 分频后给 CPU（默认 50 MHz） |
| `rst_n` | C12 | 按键 CPU_RESETN（低有效） | 异步置位、与 CPU 时钟同步释放 |
| 端口 | 引脚 | 板上元件 | 说明 |
| --------------- | ----------- | ------------------------- | ----------------------------------------------------------------------- |
| `clk100` | E3 | 100 MHz 晶振 | 经`CPU_DIV` 分频后给 CPU（默认 50 MHz） |
| `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 |
| `led_we` | R12 | LED16_B | MMIO 写入指示，每写一次拉长约 0.34 s @50 MHz |
| `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 |
| `led_we` | R12 | LED16_B | MMIO 写入指示，每写一次拉长约 0.34 s @50 MHz |
### 时钟：分频比怎么选（`CLK_DIV` / `CLK_DIV_INTRUPT`）
@@ -297,11 +297,11 @@ BPB/中断观测值）。如果直接把它设为实现顶层，这些端口会
因此在 `cpu21_board_top` 里保留一个参数化的分频器 `CLK_DIV`，默认取 **2（50 MHz，
周期 20 ns）**，既比原来的 16 分频快 8 倍，又留出充足余量：
| 配置 | CPU 时钟 | 实测 WNS（xc7a100tcsg324-1） | 说明 |
| ------------ | -------- | ---------------------------- | ------------------------------------- |
| `CLK_DIV=1` | 100 MHz | -1.1 ns ✗ | 违例路径与乘除法无关（分支/中断/BPB） |
| `CLK_DIV=2` | 50 MHz | **+5.1 ns** ✓ | 默认，余量约 25% |
| `CLK_DIV=16` | 6.25 MHz | +6.1 ns ✓ | 改造前的设置，现在没必要了 |
| 配置 | CPU 时钟 | 实测 WNS（xc7a100tcsg324-1） | 说明 |
| -------------- | -------- | ---------------------------- | ------------------------------------- |
| `CLK_DIV=1` | 100 MHz | -1.1 ns ✗ | 违例路径与乘除法无关（分支/中断/BPB） |
| `CLK_DIV=2` | 50 MHz | **+5.1 ns** ✓ | 默认，余量约 25% |
| `CLK_DIV=16` | 6.25 MHz | +6.1 ns ✓ | 改造前的设置，现在没必要了 |
分频后的时钟在综合/实现时由 Vivado 自动插入 BUFG 走全局时钟网络（RTL 里不例化
`BUFG` 原语，这样在不认识 Xilinx 原语的仿真器里也能直接仿真）。XDC 中必须用
@@ -327,13 +327,13 @@ create_generated_clock -name cpu_clk -source [get_ports { clk100 }] \
### 分频与刷新率一览（想改速度看这里）
| 想改什么 | 改哪里 | 当前值 / 换算 |
| -------------------------- | ----------------------------------------------- | -------------------------------------------------------- |
| CPU 主频（程序快慢） | 参数 `CLK_DIV` | 2 → 50 MHz（`100 MHz / CLK_DIV`） |
| 中断程序的 CPU 主频 | 参数 `CLK_DIV_INTRUPT`（只在该 ROM 宏下生效） | 32 → 3.125 MHz；每个数值约 10 ms × (`CLK_DIV_INTRUPT`/2) |
| 数码管扫描刷新率 | 顶层 `SEG_REFRESH_DIV`（自动跟随 `CPU_DIV`） | `100000 / CPU_DIV` → 每步 1 ms、每位 125 Hz |
| LED16_B 写入指示点亮时长 | `led_we_cnt` 的装载值 `24'hFF_FFFF` | 约 0.34 s @50 MHz（`0xFFFFFF / f_cpu`） |
| 中断程序每个数值的停留时间 | `tools/adapt_intrupt_ccab.py` 的 `DELAY_NEG_HI` | `0xFFFC0` → 约 10 ms @50 MHz |
| 想改什么 | 改哪里 | 当前值 / 换算 |
| -------------------------- | --------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
| CPU 主频（程序快慢） | 参数`CLK_DIV` | 2 → 50 MHz（`100 MHz / CLK_DIV`） |
| 中断程序的 CPU 主频 | 参数`CLK_DIV_INTRUPT`（只在该 ROM 宏下生效） | 32 → 3.125 MHz；每个数值约 10 ms × (`CLK_DIV_INTRUPT`/2) |
| 数码管扫描刷新率 | 顶层`SEG_REFRESH_DIV`（自动跟随 `CPU_DIV`） | `100000 / CPU_DIV` → 每步 1 ms、每位 125 Hz |
| LED16_B 写入指示点亮时长 | `led_we_cnt` 的装载值 `24'hFF_FFFF` | 约 0.34 s @50 MHz（`0xFFFFFF / f_cpu`） |
| 中断程序每个数值的停留时间 | `tools/adapt_intrupt_ccab.py` 的 `DELAY_NEG_HI` | `0xFFFC0` → 约 10 ms @50 MHz |
- **数码管**：`SEG_REFRESH_DIV = 100000 / CPU_DIV` 保证“每步 1 ms、每位数码管
125 Hz”与主频无关（不这样缩放的话，主频降 4 倍时全屏刷新只剩 31 Hz，能看到
@@ -364,12 +364,12 @@ create_generated_clock -name cpu_clk -source [get_ports { clk100 }] \
板级顶层用一条 `` `ifdef `` 链决定 ROM 里固化哪个程序（连带决定中断入口地址），
`create_project.tcl` 里的两个开关就是给这条链用的：
| 宏（`sources_1` 的 Verilog Define） | ROM 文件 | 中断入口 `IRQ1/2/3` | 说明 |
| ----------------------------------- | ------------------------------------ | --------------------------- | ------------------------------------------ |
| 宏（`sources_1` 的 Verilog Define） | ROM 文件 | 中断入口`IRQ1/2/3` | 说明 |
| ------------------------------------- | -------------------------------------- | --------------------------------- | -------------------------------------------- |
| `SAOLEI_ROM`（优先级最高） | `srcs/board/cpu21_saolei_rom.vh` | `0x100` / `0x200` / `0x300` | 纯 C 扫雷（`saolei/tools/build.ps1` 生成） |
| `RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM` | `srcs/board/risc-v-intrupt-ccab.vh` | `0x0AC` / `0x1E4` / `0x308` | 课程中断综合测试程序（当前默认） |
| `BOARD_ROM_FAST` | `srcs/board/cpu21_board_rom_fast.vh` | `0x100` / `0x200` / `0x300` | 仿真专用：跑马灯延时改小（综合不用） |
| 都不定义 | `srcs/board/cpu21_board_rom.vh` | `0x100` / `0x200` / `0x300` | 上板跑马灯 demo（默认） |
| `RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM` | `srcs/board/risc-v-intrupt-ccab.vh` | `0x0AC` / `0x1E4` / `0x308` | 课程中断综合测试程序（当前默认） |
| `BOARD_ROM_FAST` | `srcs/board/cpu21_board_rom_fast.vh` | `0x100` / `0x200` / `0x300` | 仿真专用：跑马灯延时改小（综合不用） |
| 都不定义 | `srcs/board/cpu21_board_rom.vh` | `0x100` / `0x200` / `0x300` | 上板跑马灯 demo（默认） |
同一时间只应定义一个（`ifdef` 链按上表顺序取第一个命中的）。**中断入口必须和
ROM 里 ISR 的起点一致**，所以换程序时宏与入口是一起换的：`cpu21_board_top.v`
@@ -389,7 +389,6 @@ ROM 里 ISR 的起点一致**，所以换程序时宏与入口是一起换的：
```
换回跑马灯就是 `set_property verilog_define {} [get_filesets sources_1]`。
2. **一键重建**：改 `create_project.tcl` 里的 `use_intrupt_ccab` / `use_saolei`
两个开关（同一时间只开一个），重新 `source create_project.tcl`。
3. **命令行仿真**：`xvlog` 与 `xelab` 都要带同一个 `-d`，并用 `-i` 指向头文件目录：
@@ -399,7 +398,6 @@ ROM 里 ISR 的起点一致**，所以换程序时宏与入口是一起换的：
srcs/rtl/*.v srcs/board/cpu21_board_top.v 你的tb.v
xelab -top 你的tb -snapshot s -d RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM
```
4. **注意**：这些宏只影响“综合用”的 `sources_1`。跑 `tb_no_intr` /
`tb_cpu21_riscv_redirect_int_bpb` 时，程序来自测试平台自己探测的
`srcs/rom/*.hex`，与宏无关。
@@ -460,10 +458,10 @@ xsim board_sim -tclbatch run_quit.tcl
每步之间用软件循环延时约 20 ms（50 MHz 下）。仓库里同时提供了两份 ROM 初始化
文件，由 `BOARD_ROM_FAST` 宏选择（综合流程不会定义该宏）：
| 文件 | 用途 | 每步耗时 |
| -------------------------------------------------- | ------------------------------ | -------- |
| 文件 | 用途 | 每步耗时 |
| ---------------------------------------------------- | ------------------------------ | -------- |
| `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_rom.vh` | 综合/上板（默认） | 约 20 ms |
| `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_rom_fast.vh` | 仅仿真：一次跑完整个跑马灯序列 | 2.6 µs |
| `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_rom_fast.vh` | 仅仿真：一次跑完整个跑马灯序列 | 2.6 µs |
```powershell
# 快速版仿真：编译时加上 -d BOARD_ROM_FAST（xvlog 与 xelab 都要带）
@@ -495,12 +493,12 @@ Vivado 工程 `pipelined-cpu/pipelined-cpu.xpr` 被 `.gitignore` 排除，需要
`xc7a100tcsg324-1` 上的实现结果（乘除法改为多周期单元、`CLK_DIV=2` = 50 MHz）：
| 项目 | 结果 |
| -------- | -------------------------------------------------------------------------------------------- |
| 综合 | `synth_design Complete!` |
| 项目 | 结果 |
| -------- | -------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| 综合 | `synth_design Complete!` |
| 实现 | `route_design Complete!`、`write_bitstream Complete!`，`WNS = +5.109 ns`（无 Failed Timing） |
| 资源 | LUT 3420 (5.39%)、FF 2507、**DSP 0**（组合乘法器已消失）、IOB 23 (10.95%) |
| bit 文件 | `pipelined-cpu/pipelined-cpu.runs/impl_1/cpu21_board_top.bit` |
| bit 文件 | `pipelined-cpu/pipelined-cpu.runs/impl_1/cpu21_board_top.bit` |
对比改造前（组合乘除法 + `CLK_DIV=16`）：LUT 5400 → 3420、DSP 12 → 0、
CPU 时钟 6.25 MHz → 50 MHz（快 8 倍），并且乘除法不再位于关键路径上。
@@ -561,11 +559,11 @@ cd ..\pipelined-cpu
板上操作：
| 板子上 | 作用 |
| ------------------------- | ---------------------------------------------------- |
| 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 |
| 板子上 | 作用 |
| ------------------------- | ---------------------------------------------------------- |
| 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 |
| 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**
@@ -633,12 +631,12 @@ powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\run_regress.ps1
期望结果（2026-09，多周期乘除法 + `CLK_DIV=2`）：
| 测试 | 期望 |
| -------------------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------------- |
| muldiv_test / isa_test / lui_test / mmio_test | 13 / 24 / 4 / 5 个 LED 值全部匹配 |
| 测试 | 期望 |
| -------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------ |
| muldiv_test / isa_test / lui_test / mmio_test | 13 / 24 / 4 / 5 个 LED 值全部匹配 |
| tb_no_intr（benchmark，5560 周期） | `stalls=1528 bubbles=1830 cond_taken=639 uncond=71 pred_ok=687 pred_fail=80` |
| 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 |
| 板级（快速 ROM） | 跑马灯`0001 → … → 8000` 循环，每步约 2.6 µs |
## 工程分享（Tcl 一键重建）
pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v
+375 -397
View File
@@ -31,449 +31,427 @@
// 注意：ROM_WORDS / RAM_WORDS 需为 2 的幂（默认 1024，对应地址位 [11:2]）。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_board_top #(
parameter [31:0] LED_ADDR = 32'h0000_1000,
parameter ROM_WORDS = 8192,
parameter RAM_WORDS = 1024,
parameter [31:0] USTATUS_INIT = 32'h0000_0001,
// 板载 100 MHz 的分频比（1 = 直用 100 MHz，2 = 50 MHz，…）。
// 乘除法改成多周期单元后，原来 ~94 ns 的组合乘法/除法已经不在关键路径上，
// 实测（xc7a100tcsg324-1）：
// CLK_DIV=1（100 MHz）：WNS = -1.1 ns，违例路径是 EX 级的
// 分支判决/中断保存 → BPB 更新，与乘除法无关（逻辑只占 ~3 ns，
// 7~8 ns 都是布线）；
// CLK_DIV=2（ 50 MHz）：WNS ≈ +8 ns，余量充足。
// 因此默认取 2，既比原来的 16 分频快 8 倍，又能保证时序收敛。
parameter integer CLK_DIV = 2,
// 中断综合测试程序（RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM）专用的 CPU 分频比。
// 该程序每次显示之间的延时常量是按 50 MHz 调的：50 MHz 下每个数值只停留
// 约 10 ms，数码管上根本读不出来。停留时间与分频比成正比，例如：
// 8 → 12.5 MHz（每个数值约 40 ms）、16 → 6.25 MHz（约 80 ms）、
// 32 → 3.125 MHz（约 160 ms）、64 → 1.5625 MHz（约 320 ms）。
// 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 = 0,
// 5 向按键去抖的采样周期（CPU 周期数）：上板默认 50000（1 ms @50 MHz）。
// 仿真里可以传一个小值，让"按一下"在几十微秒内就被识别。
parameter integer POINTER_SAMPLE_DIV = 50000
) (
input wire clk100, // E3
input wire rst_n, // C12：CPU_RESETN，低有效
input wire go, // N17：BTNC（同时用作鼠标左键）
input wire [ 2:0] irq_sw, // SW[2:0]：原来的 3 路中断源（保持兼容）
input wire btnu, // M18：光标上
input wire btnd, // P18：光标下
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）
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）
output wire [ 7:0] an,
output wire [ 6:0] seg,
output wire dp,
// VGA
output wire [ 3:0] vga_r,
output wire [ 3:0] vga_g,
output wire [ 3:0] vga_b,
output wire vga_hs,
output wire vga_vs,
// PS/2（只有 USE_PS2_MOUSE=1 时才用）
input wire ps2_clk,
input wire ps2_data
);
localparam ROM_AW = $clog2(ROM_WORDS);
localparam RAM_AW = $clog2(RAM_WORDS);
parameter [31:0] LED_ADDR = 32'h0000_1000,
parameter ROM_WORDS = 8192,
parameter RAM_WORDS = 1024,
parameter [31:0] USTATUS_INIT = 32'h0000_0001,
// 板载 100 MHz 的分频比（1 = 直用 100 MHz，2 = 50 MHz，…）。
// 乘除法改成多周期单元后，原来 ~94 ns 的组合乘法/除法已经不在关键路径上，
// 实测（xc7a100tcsg324-1）：
// CLK_DIV=1（100 MHz）：WNS = -1.1 ns，违例路径是 EX 级的
// 分支判决/中断保存 → BPB 更新，与乘除法无关（逻辑只占 ~3 ns，
// 7~8 ns 都是布线）；
// CLK_DIV=2（ 50 MHz）：WNS ≈ +8 ns，余量充足。
// 因此默认取 2，既比原来的 16 分频快 8 倍，又能保证时序收敛。
parameter integer CLK_DIV = 2,
// 中断综合测试程序（RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM）专用的 CPU 分频比。
// 该程序每次显示之间的延时常量是按 50 MHz 调的：50 MHz 下每个数值只停留
// 约 10 ms，数码管上根本读不出来。停留时间与分频比成正比，例如：
// 8 → 12.5 MHz（每个数值约 40 ms）、16 → 6.25 MHz（约 80 ms）、
// 32 → 3.125 MHz（约 160 ms）、64 → 1.5625 MHz（约 320 ms）。
// 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 = 0,
// 5 向按键去抖的采样周期（CPU 周期数）：上板默认 50000（1 ms @50 MHz）。
// 仿真里可以传一个小值，让"按一下"在几十微秒内就被识别。
parameter integer POINTER_SAMPLE_DIV = 50000
) (
input wire clk100, // E3
input wire rst_n, // C12：CPU_RESETN，低有效
input wire go, // N17：BTNC（同时用作鼠标左键）
input wire [ 2:0] irq_sw, // SW[2:0]：原来的 3 路中断源（保持兼容）
input wire btnu, // M18：光标上
input wire btnd, // P18：光标下
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）
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）
output wire [ 7:0] an,
output wire [ 6:0] seg,
output wire dp,
// VGA
output wire [ 3:0] vga_r,
output wire [ 3:0] vga_g,
output wire [ 3:0] vga_b,
output wire vga_hs,
output wire vga_vs,
// PS/2（只有 USE_PS2_MOUSE=1 时才用）
input wire ps2_clk,
input wire ps2_data
);
localparam ROM_AW = $clog2(ROM_WORDS);
localparam RAM_AW = $clog2(RAM_WORDS);
// CPU 时钟实际用的分频比：中断综合测试程序用更慢的 CLK_DIV_INTRUPT，
// 其余程序用 CLK_DIV。两者必须都是偶数（保证 50% 占空比）。
// CPU 时钟实际用的分频比：中断综合测试程序用更慢的 CLK_DIV_INTRUPT，
// 其余程序用 CLK_DIV。两者必须都是偶数（保证 50% 占空比）。
`ifdef RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV_INTRUPT;
`elsif RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV_INTRUPT;
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV_INTRUPT;
`elsif RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV_INTRUPT;
`else
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV;
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV;
`endif
// 数码管扫描分频：目标是“每位数码管约 125 Hz 刷新”（即每步 1 ms），与 CPU
// 时钟频率无关。每步时间 = REFRESH_DIV / f_cpu，而 f_cpu = 100 MHz / CPU_DIV，
// 所以 REFRESH_DIV = 1 ms × f_cpu = 100000 / CPU_DIV：
// CPU_DIV = 2（ 50 MHz）-> 50000（每步 1 ms，每位数码管 125 Hz）
// CPU_DIV = 8（12.5 MHz）-> 12500（同上）
// 例：CPU_DIV = 32（3.125 MHz）-> 3125（每步仍是 1 ms）。
// 不这样缩放的话，CPU 降频时扫描会按同样比例变慢，肉眼能看到闪烁。
localparam integer SEG_REFRESH_DIV = 100000 / CPU_DIV;
// 数码管扫描分频：目标是“每位数码管约 125 Hz 刷新”（即每步 1 ms），与 CPU
// 时钟频率无关。每步时间 = REFRESH_DIV / f_cpu，而 f_cpu = 100 MHz / CPU_DIV，
// 所以 REFRESH_DIV = 1 ms × f_cpu = 100000 / CPU_DIV：
// CPU_DIV = 2（ 50 MHz）-> 50000（每步 1 ms，每位数码管 125 Hz）
// CPU_DIV = 8（12.5 MHz）-> 12500（同上）
// 例：CPU_DIV = 32（3.125 MHz）-> 3125（每步仍是 1 ms）。
// 不这样缩放的话，CPU 降频时扫描会按同样比例变慢，肉眼能看到闪烁。
localparam integer SEG_REFRESH_DIV = 100000 / CPU_DIV;
wire arst = ~rst_n; // 异步复位（高有效）
wire arst = ~rst_n; // 异步复位（高有效）
// ---------------------------------------------------------------------------
// 时钟：100 MHz / CPU_DIV 给 CPU。默认 50 MHz（CLK_DIV=2）；跑中断综合测试
// 程序时用更慢的 CLK_DIV_INTRUPT（见该参数说明），让数码管上的数值停留更久。
//
// 乘除法已经是 cpu21_riscv_muldiv 里的多周期单元，关键路径上不再有组合的
// 32x32 乘法/除法；剩下的违例路径是 EX 级“分支判决/中断保存 → BPB 更新”，
// 与乘除法无关，实测 100 MHz 下 WNS = -1.1 ns，50 MHz 下余量约 +8 ns。
// 分频后的时钟由 Vivado 自动插 BUFG；XDC 里用 create_generated_clock 声明。
// XDC 按最坏情况固定成 -divide_by 2（50 MHz），所以这里把实际时钟变慢属于
// “约束偏严”，不会掩盖时序违例。
//
// 中断综合测试程序会用更慢的 CPU_DIV（见 CLK_DIV_INTRUPT）：程序里的延时常量
// 按 50 MHz 调好，50 MHz 下每个数值只停留约 10 ms，读数根本看不清；
// 停留时间与分频比成正比，具体见 CLK_DIV_INTRUPT 的说明。
// 注意：VGA 的 25 MHz 像素节拍也是从这个 CPU 时钟分频出来的，CPU 降频时
// VGA 行场时序会跟着变慢（超出 VGA 规范）。中断测试程序不用 VGA，无影响。
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [15:0] clk_cnt;
reg clk_div;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 时钟：100 MHz / CPU_DIV 给 CPU。默认 50 MHz（CLK_DIV=2）；跑中断综合测试
// 程序时用更慢的 CLK_DIV_INTRUPT（见该参数说明），让数码管上的数值停留更久。
//
// 乘除法已经是 cpu21_riscv_muldiv 里的多周期单元，关键路径上不再有组合的
// 32x32 乘法/除法；剩下的违例路径是 EX 级“分支判决/中断保存 → BPB 更新”，
// 与乘除法无关，实测 100 MHz 下 WNS = -1.1 ns，50 MHz 下余量约 +8 ns。
// 分频后的时钟由 Vivado 自动插 BUFG；XDC 里用 create_generated_clock 声明。
// XDC 按最坏情况固定成 -divide_by 2（50 MHz），所以这里把实际时钟变慢属于
// “约束偏严”，不会掩盖时序违例。
//
// 中断综合测试程序会用更慢的 CPU_DIV（见 CLK_DIV_INTRUPT）：程序里的延时常量
// 按 50 MHz 调好，50 MHz 下每个数值只停留约 10 ms，读数根本看不清；
// 停留时间与分频比成正比，具体见 CLK_DIV_INTRUPT 的说明。
// 注意：VGA 的 25 MHz 像素节拍也是从这个 CPU 时钟分频出来的，CPU 降频时
// VGA 行场时序会跟着变慢（超出 VGA 规范）。中断测试程序不用 VGA，无影响。
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [15:0] clk_cnt;
reg clk_div;
always @(posedge clk100 or posedge arst) begin
if (arst) begin
clk_cnt <= 16'd0;
clk_div <= 1'b0;
end
else if (clk_cnt == (CPU_DIV / 2 - 1)) begin
clk_cnt <= 16'd0;
clk_div <= ~clk_div;
end
else begin
clk_cnt <= clk_cnt + 16'd1;
end
always @(posedge clk100 or posedge arst) begin
if (arst) begin
clk_cnt <= 16'd0;
clk_div <= 1'b0;
end else if (clk_cnt == (CPU_DIV / 2 - 1)) begin
clk_cnt <= 16'd0;
clk_div <= ~clk_div;
end else begin
clk_cnt <= clk_cnt + 16'd1;
end
end
wire clk_cpu = clk_div;
wire clk_cpu = clk_div;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 复位同步器：按键异步置位、释放与 CPU 时钟同步
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [2:0] rst_sync_q;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 复位同步器：按键异步置位、释放与 CPU 时钟同步
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [2:0] rst_sync_q;
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst)
rst_sync_q <= 3'b111;
else
rst_sync_q <= {rst_sync_q[1:0], 1'b0};
end
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst) rst_sync_q <= 3'b111;
else rst_sync_q <= {rst_sync_q[1:0], 1'b0};
end
wire reset = rst_sync_q[2];
wire reset = rst_sync_q[2];
// CPU 接口连线（先声明：后面的 ROM/RAM 逻辑与例化都要用到）
wire [31:0] instr_addr;
wire [31:0] data_addr;
wire [31:0] data_wdata;
wire [ 3:0] data_wstrb;
wire data_we;
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）
wire [31:0] disp_ctrl, disp_cursor; // 显示控制器（CPU 内部 MMIO 驱动）
wire [31:0] seg_data; // 保留的独立数码管 MMIO 数据
wire seg_valid;
wire fb_we; // 显存写端口
wire [ 9:0] fb_waddr;
wire [31:0] fb_wdata;
wire [ 3:0] fb_wstrb;
wire [ 9:0] fb_raddr; // 显存读端口（VGA）
wire mouse_irq, level_irq; // 鼠标事件中断 / 软件中断（关卡入口）
wire [1:0] irq_level; // 当前正在服务的中断级别（0 = 不在中断里，1/2/3 = 在 ISR 里）
wire frame_tick;
wire [15:0] sw_vec = {12'b0, sw_flag, irq_sw};
// 中断连线：SW0 与鼠标共用一个入口，SW1 与"关卡入口"共用一个入口。
// 中断线对应关系（必须与 saolei/sw/linker.ld、mmio.h 的约定一致）：
// irq_vec[0] = IRQ1 -> 入口 0x100 = 关卡（游戏），由 LEVEL 软件中断拉起
// irq_vec[1] = IRQ2 -> 入口 0x200 = 鼠标读取，由事件 FIFO 非空拉起
// irq_vec[2] = IRQ3 -> 入口 0x300 = 备用
// （原来 mouse 接在 [0]、level 接在 [1]，正好对调：第一个鼠标事件会跳进关卡
// 入口把棋盘画出来，而鼠标 ISR 永不执行，FIFO 不弹空、中断线恒高 —— 于是
// 只能收到一次事件。拨码开关 SW[2:0] 仍按位 OR 进来，兼容原中断测试程序。）
wire [2:0] irq_vec = {irq_sw[2], (mouse_irq | irq_sw[1]), (level_irq | irq_sw[0])};
// CPU 接口连线（先声明：后面的 ROM/RAM 逻辑与例化都要用到）
wire [31:0] instr_addr;
wire [31:0] data_addr;
wire [31:0] data_wdata;
wire [ 3:0] data_wstrb;
wire data_we;
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）
wire [31:0] disp_ctrl, disp_cursor; // 显示控制器（CPU 内部 MMIO 驱动）
wire [31:0] seg_data; // 保留的独立数码管 MMIO 数据
wire seg_valid;
wire fb_we; // 显存写端口
wire [ 9:0] fb_waddr;
wire [31:0] fb_wdata;
wire [ 3:0] fb_wstrb;
wire [ 9:0] fb_raddr; // 显存读端口（VGA）
wire mouse_irq, level_irq; // 鼠标事件中断 / 软件中断（关卡入口）
wire [1:0] irq_level; // 当前正在服务的中断级别（0 = 不在中断里，1/2/3 = 在 ISR 里）
wire frame_tick;
wire [15:0] sw_vec = {12'b0, sw_flag, irq_sw};
// 中断连线：SW0 与鼠标共用一个入口，SW1 与"关卡入口"共用一个入口。
// 中断线对应关系（必须与 saolei/sw/linker.ld、mmio.h 的约定一致）：
// irq_vec[0] = IRQ1 -> 入口 0x100 = 关卡（游戏），由 LEVEL 软件中断拉起
// irq_vec[1] = IRQ2 -> 入口 0x200 = 鼠标读取，由事件 FIFO 非空拉起
// irq_vec[2] = IRQ3 -> 入口 0x300 = 备用
// （原来 mouse 接在 [0]、level 接在 [1]，正好对调：第一个鼠标事件会跳进关卡
// 入口把棋盘画出来，而鼠标 ISR 永不执行，FIFO 不弹空、中断线恒高 —— 于是
// 只能收到一次事件。拨码开关 SW[2:0] 仍按位 OR 进来，兼容原中断测试程序。）
wire [2:0] irq_vec = {irq_sw[2], (mouse_irq | irq_sw[1]), (level_irq | irq_sw[0])};
// ---------------------------------------------------------------------------
// 指令 ROM：组合读（未用到的地址填 NOP）
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] rom[0:ROM_WORDS-1];
integer i;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 指令 ROM：组合读（未用到的地址填 NOP）
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] rom[0:ROM_WORDS-1];
integer i;
initial begin
for (i = 0; i < ROM_WORDS; i = i + 1)
rom[i] = 32'h0000_0013; // NOP 填充
initial begin
for (i = 0; i < ROM_WORDS; i = i + 1) rom[i] = 32'h0000_0013; // NOP 填充
`ifdef SAOLEI_ROM
// 扫雷程序（由 saolei/tools/build.ps1 生成的 cpu21_saolei_rom.vh）。
// 综合/仿真时定义宏 SAOLEI_ROM 即可切换到这个程序；不定义就是下面的跑马灯。
`include "cpu21_saolei_rom.vh"
// 扫雷程序（由 saolei/tools/build.ps1 生成的 cpu21_saolei_rom.vh）。
// 综合/仿真时定义宏 SAOLEI_ROM 即可切换到这个程序；不定义就是下面的跑马灯。
`include "cpu21_saolei_rom.vh"
`elsif RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM
// 中断综合测试程序：三个中断入口由镜像中的实际标签位置决定。
`include "risc-v-intrupt-ccab.vh"
`elsif RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM
// 课程新版中断测试（附加 SLL/SB/BLTU），ISR 入口 0x0AC / 0x240 / 0x3E8。
`include "risc-v-intrupt-sllsb.vh"
`elsif BOARD_ROM_FAST
// 仿真专用：把演示程序的延时改小的版本（综合流程不会用到）
`include "cpu21_board_rom_fast.vh"
`elsif RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM
// 中断综合测试程序：三个中断入口由镜像中的实际标签位置决定。
`include "risc-v-intrupt-ccab.vh"
`elsif RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM
// 课程新版中断测试（附加 SLL/SB/BLTU），ISR 入口 0x0AC / 0x240 / 0x3E8。
`include "risc-v-intrupt-sllsb.vh"
`elsif BOARD_ROM_FAST
// 仿真专用：把演示程序的延时改小的版本（综合流程不会用到）
`include "cpu21_board_rom_fast.vh"
`else
`include "cpu21_board_rom.vh"
`include "cpu21_board_rom.vh"
`endif
end
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 数据 RAM：字节写使能 + 组合读
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] ram[0:RAM_WORDS-1];
integer j;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 数据 RAM：字节写使能 + 组合读
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] ram[0:RAM_WORDS-1];
integer j;
initial begin
for (j = 0; j < RAM_WORDS; j = j + 1)
ram[j] = 32'b0;
initial begin
for (j = 0; j < RAM_WORDS; j = j + 1) ram[j] = 32'b0;
end
wire [ROM_AW+1:2] rom_index = instr_addr[ROM_AW+1:2];
wire [RAM_AW+1:2] ram_index = data_addr[RAM_AW+1:2];
wire ram_sel = (data_addr[31:RAM_AW+2] == 0);
wire [31:0] instr_word = rom[rom_index];
wire [31:0] data_rdata = ram_sel ? ram[ram_index] : 32'b0;
always @(posedge clk_cpu) begin
if (ram_sel && data_we) begin
if (data_wstrb[0]) ram[ram_index][7:0] <= data_wdata[7:0];
if (data_wstrb[1]) ram[ram_index][15:8] <= data_wdata[15:8];
if (data_wstrb[2]) ram[ram_index][23:16] <= data_wdata[23:16];
if (data_wstrb[3]) ram[ram_index][31:24] <= data_wdata[31:24];
end
end
wire [ROM_AW+1:2] rom_index = instr_addr[ROM_AW+1:2];
wire [RAM_AW+1:2] ram_index = data_addr[RAM_AW+1:2];
wire ram_sel = (data_addr[31:RAM_AW+2] == 0);
wire [31:0] instr_word = rom[rom_index];
wire [31:0] data_rdata = ram_sel ? ram[ram_index] : 32'b0;
always @(posedge clk_cpu) begin
if (ram_sel && data_we) begin
if (data_wstrb[0])
ram[ram_index][7:0] <= data_wdata[7:0];
if (data_wstrb[1])
ram[ram_index][15:8] <= data_wdata[15:8];
if (data_wstrb[2])
ram[ram_index][23:16] <= data_wdata[23:16];
if (data_wstrb[3])
ram[ram_index][31:24] <= data_wdata[31:24];
end
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 处理器：只连接上板需要的端口，调试端口留空（不产生 I/O）
// ---------------------------------------------------------------------------
cpu21_riscv_redirect_int_bpb #(
.LED_ADDR (LED_ADDR),
.USTATUS_INIT(USTATUS_INIT),
// 中断入口必须与所选 ROM 镜像中的 ISR 起点一致。
// ---------------------------------------------------------------------------
// 处理器：只连接上板需要的端口，调试端口留空（不产生 I/O）
// ---------------------------------------------------------------------------
cpu21_riscv_redirect_int_bpb #(
.LED_ADDR (LED_ADDR),
.USTATUS_INIT(USTATUS_INIT),
// 中断入口必须与所选 ROM 镜像中的 ISR 起点一致。
`ifdef RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM
// risc-v-intrupt-ccab.hex：字 43/121/194
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_00AC),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_01E4),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_0308)
`elsif RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM
// risc-v-intrupt-sllsb.hex：字 43/144/250（加了 SLL/SB/BLTU 后 ISR2/3 后移）
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_00AC),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_0240),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_03E8)
// risc-v-intrupt-ccab.hex：字 43/121/194
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_00AC),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_01E4),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_0308)
`elsif RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM
// risc-v-intrupt-sllsb.hex：字 43/144/250（加了 SLL/SB/BLTU 后 ISR2/3 后移）
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_00AC),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_0240),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_03E8)
`else
// 扫雷程序：linker.ld 中固定的 0x100/0x200/0x300
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_0100),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_0200),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_0300)
// 扫雷程序：linker.ld 中固定的 0x100/0x200/0x300
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_0100),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_0200),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_0300)
`endif
) u_cpu (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.instr_i (instr_word),
.data_rdata_i(data_rdata),
.irq_i (irq_vec),
.go_i (go),
) u_cpu (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.instr_i (instr_word),
.data_rdata_i(data_rdata),
.irq_i (irq_vec),
.go_i (go),
.instr_addr_o(instr_addr),
.data_addr_o (data_addr),
.data_wdata_o(data_wdata),
.data_wstrb_o(data_wstrb),
.data_we_o (data_we),
.instr_addr_o(instr_addr),
.data_addr_o (data_addr),
.data_wdata_o(data_wdata),
.data_wstrb_o(data_wstrb),
.data_we_o (data_we),
.led_data_o (led_data),
.led_valid_o(led_valid),
.led_data_o (led_data),
.led_valid_o(led_valid),
// 扫雷扩展外设
.seg_data_o (seg_data),
.seg_valid_o (seg_valid),
.fb_we_o (fb_we),
.fb_waddr_o (fb_waddr),
.fb_wdata_o (fb_wdata),
.fb_wstrb_o (fb_wstrb),
.fb_rdata_i (fb_rdata),
.disp_ctrl_o (disp_ctrl),
.disp_cursor_o (disp_cursor),
.mouse_ev_valid_i (ev_valid),
.mouse_dx_i (ev_dx),
.mouse_dy_i (ev_dy),
.mouse_btn_i (ev_btn),
.sw_i (sw_vec),
.frame_tick_i (frame_tick),
.mouse_irq_o (mouse_irq),
.level_irq_o (level_irq),
// 中断服务级别，供板上的中断指示 LED 使用（见下面 LED 那一段）
.irq_current_level_o(irq_level)
);
// 扫雷扩展外设
.seg_data_o (seg_data),
.seg_valid_o (seg_valid),
.fb_we_o (fb_we),
.fb_waddr_o (fb_waddr),
.fb_wdata_o (fb_wdata),
.fb_wstrb_o (fb_wstrb),
.fb_rdata_i (fb_rdata),
.disp_ctrl_o (disp_ctrl),
.disp_cursor_o (disp_cursor),
.mouse_ev_valid_i (ev_valid),
.mouse_dx_i (ev_dx),
.mouse_dy_i (ev_dy),
.mouse_btn_i (ev_btn),
.sw_i (sw_vec),
.frame_tick_i (frame_tick),
.mouse_irq_o (mouse_irq),
.level_irq_o (level_irq),
// 中断服务级别，供板上的中断指示 LED 使用（见下面 LED 那一段）
.irq_current_level_o(irq_level)
);
// ---------------------------------------------------------------------------
// 板载 LED：三路中断指示；十六进制数据改由七段数码管显示。
//
// 第 k 路中断从"请求出现"开始点亮，一直亮到它的 ISR 执行完 uret（中断返回）
// 之后才熄灭：
// 置位：irq_vec[k] 的上升沿。中断控制器内部也是按上升沿响应中断的
// （cpu21_riscv_irq_ctrl 里的 irq_event），两者行为一致；开关一直
// 接通不会重复点亮，只有新的上升沿才会重新置位。
// 清零：服务级别 irq_level 从 k+1 **降下来**，说明第 k+1 级的中断已经返回。
// 注意必须判断“下降”：级别从 1 升到 2 是深层中断抢占，此时第 1 级
// 的中断还在服务中，LED 不能熄。中断可以嵌套，返回时按级别逐层降
// 下来，因此每一路都在自己的 ISR 结束时熄灭。
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [2:0] irq_req_q; // 中断请求打一拍，用于取上升沿
reg [1:0] irq_level_q; // 服务级别打一拍，用于检测"返回"
reg [2:0] irq_led_q; // 三路中断指示
// ---------------------------------------------------------------------------
// 板载 LED：三路中断指示；十六进制数据改由七段数码管显示。
//
// 第 k 路中断从"请求出现"开始点亮，一直亮到它的 ISR 执行完 uret（中断返回）
// 之后才熄灭：
// 置位：irq_vec[k] 的上升沿。中断控制器内部也是按上升沿响应中断的
// （cpu21_riscv_irq_ctrl 里的 irq_event），两者行为一致；开关一直
// 接通不会重复点亮，只有新的上升沿才会重新置位。
// 清零：服务级别 irq_level 从 k+1 **降下来**，说明第 k+1 级的中断已经返回。
// 注意必须判断“下降”：级别从 1 升到 2 是深层中断抢占，此时第 1 级
// 的中断还在服务中，LED 不能熄。中断可以嵌套，返回时按级别逐层降
// 下来，因此每一路都在自己的 ISR 结束时熄灭。
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [2:0] irq_req_q; // 中断请求打一拍，用于取上升沿
reg [1:0] irq_level_q; // 服务级别打一拍，用于检测"返回"
reg [2:0] irq_led_q; // 三路中断指示
wire isr_ret0 = (irq_level_q == 2'd1) && (irq_level < irq_level_q);
wire isr_ret1 = (irq_level_q == 2'd2) && (irq_level < irq_level_q);
wire isr_ret2 = (irq_level_q == 2'd3) && (irq_level < irq_level_q);
wire isr_ret0 = (irq_level_q == 2'd1) && (irq_level < irq_level_q);
wire isr_ret1 = (irq_level_q == 2'd2) && (irq_level < irq_level_q);
wire isr_ret2 = (irq_level_q == 2'd3) && (irq_level < irq_level_q);
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst) begin
irq_req_q <= 3'b000;
irq_level_q <= 2'd0;
irq_led_q <= 3'b000;
end
else begin
irq_req_q <= irq_vec;
irq_level_q <= irq_level;
// 请求上升沿 -> 点亮；对应级别的 ISR 返回 -> 熄灭
irq_led_q[0] <= (irq_vec[0] & ~irq_req_q[0]) | (irq_led_q[0] & ~isr_ret0);
irq_led_q[1] <= (irq_vec[1] & ~irq_req_q[1]) | (irq_led_q[1] & ~isr_ret1);
irq_led_q[2] <= (irq_vec[2] & ~irq_req_q[2]) | (irq_led_q[2] & ~isr_ret2);
end
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst) begin
irq_req_q <= 3'b000;
irq_level_q <= 2'd0;
irq_led_q <= 3'b000;
end else begin
irq_req_q <= irq_vec;
irq_level_q <= irq_level;
// 请求上升沿 -> 点亮；对应级别的 ISR 返回 -> 熄灭
irq_led_q[0] <= (irq_vec[0] & ~irq_req_q[0]) | (irq_led_q[0] & ~isr_ret0);
irq_led_q[1] <= (irq_vec[1] & ~irq_req_q[1]) | (irq_led_q[1] & ~isr_ret1);
irq_led_q[2] <= (irq_vec[2] & ~irq_req_q[2]) | (irq_led_q[2] & ~isr_ret2);
end
end
assign led = {{13{1'b0}}, irq_led_q};
assign led = {{13{1'b0}}, irq_led_q};
reg [23:0] led_we_cnt;
reg [23:0] led_we_cnt;
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst)
led_we_cnt <= 24'd0;
else if (led_valid)
led_we_cnt <= 24'hFF_FFFF; // 约 0.34 s @50 MHz
// （12.5 MHz 下约 1.36 s）
else if (led_we_cnt != 24'd0)
led_we_cnt <= led_we_cnt - 24'd1;
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst) led_we_cnt <= 24'd0;
else if (led_valid) led_we_cnt <= 24'hFF_FFFF; // 约 0.34 s @50 MHz
// （12.5 MHz 下约 1.36 s）
else if (led_we_cnt != 24'd0) led_we_cnt <= led_we_cnt - 24'd1;
end
assign led_we = (led_we_cnt != 24'd0);
// ===========================================================================
// 扫雷外设：显存 + VGA + 七段数码管 + 鼠标事件源 + 中断连线
//
// 显存是一块 2400 字节的双口 RAM（40x30 格，每格 2 字节）：CPU 通过 MMIO 的
// fb_* 写端口写入，VGA 用另一个读端口组合读出。两者同处 clk_cpu 域（VGA 的
// 25 MHz 像素节拍由使能信号产生，不是独立时钟），因此没有跨时钟域问题。
// ===========================================================================
localparam integer FB_WORDS = 600; // 600 字 = 2400 字节，40x30 格每格 2 字节
// ---- 显存 ----
reg [31:0] fb[0:FB_WORDS-1];
integer k;
initial begin
for (k = 0; k < FB_WORDS; k = k + 1) fb[k] = 32'b0;
end
always @(posedge clk_cpu) begin
if (fb_we) begin
if (fb_wstrb[0]) fb[fb_waddr][7:0] <= fb_wdata[7:0];
if (fb_wstrb[1]) fb[fb_waddr][15:8] <= fb_wdata[15:8];
if (fb_wstrb[2]) fb[fb_waddr][23:16] <= fb_wdata[23:16];
if (fb_wstrb[3]) fb[fb_waddr][31:24] <= fb_wdata[31:24];
end
end
assign led_we = (led_we_cnt != 24'd0);
wire [31:0] fb_rdata = fb[fb_raddr];
// ===========================================================================
// 扫雷外设：显存 + VGA + 七段数码管 + 鼠标事件源 + 中断连线
//
// 显存是一块 1200 字节的双口 RAM（40x30 格，每格 1 字节）：CPU 通过 MMIO 的
// fb_* 写端口写入，VGA 用另一个读端口组合读出。两者同处 clk_cpu 域（VGA 的
// 25 MHz 像素节拍由使能信号产生，不是独立时钟），因此没有跨时钟域问题。
// ===========================================================================
localparam integer FB_WORDS = 300; // 300 字 = 1200 字节
// ---- VGA 像素节拍：clk_cpu 二分频 => 25 MHz ----
reg px_q;
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst) px_q <= 1'b0;
else px_q <= ~px_q;
end
wire px_tick = ~px_q;
cpu21_vga u_vga (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.tick (px_tick),
.fb_raddr_o (fb_raddr),
.fb_word_i (fb_rdata),
.ctrl_i (disp_ctrl),
.cursor_i (disp_cursor),
.vga_r (vga_r),
.vga_g (vga_g),
.vga_b (vga_b),
.vga_hs (vga_hs),
.vga_vs (vga_vs),
.frame_tick_o(frame_tick)
);
// ---- 显存 ----
reg [31:0] fb[0:FB_WORDS-1];
integer k;
// ---- 七段数码管（显示程序写入 LED_ADDR 的 8 位十六进制数）----
// 扫描分频按 CPU 时钟频率缩放，保持每位数码管约 125 Hz 刷新（不闪烁）。
cpu21_seg7 #(
.REFRESH_DIV(SEG_REFRESH_DIV)
) u_seg7 (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.seg_data_i(led_data),
.an_en_i (8'hFF),
.an_o (an),
.seg_o (seg),
.dp_o (dp)
);
initial begin
for (k = 0; k < FB_WORDS; k = k + 1)
fb[k] = 32'b0;
// ---- 鼠标事件源 ----
wire ev_valid;
wire [7:0] ev_dx, ev_dy;
wire [4:0] ev_btn;
wire [4:0] btn_vec = {go, btnu, btnd, btnl, btnr}; // {BTNC, BTNU, BTND, BTNL, BTNR}
generate
if (USE_PS2_MOUSE != 0) begin : g_ps2
cpu21_ps2_mouse u_ps2 (
.clk (clk_cpu),
.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 ()
);
end else begin : g_btn
cpu21_pointer #(
.SAMPLE_DIV(POINTER_SAMPLE_DIV)
) u_ptr (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.btn_i (btn_vec),
.ev_valid_o(ev_valid),
.ev_dx_o (ev_dx),
.ev_dy_o (ev_dy),
.ev_btn_o (ev_btn)
);
end
always @(posedge clk_cpu) begin
if (fb_we) begin
if (fb_wstrb[0])
fb[fb_waddr][7:0] <= fb_wdata[7:0];
if (fb_wstrb[1])
fb[fb_waddr][15:8] <= fb_wdata[15:8];
if (fb_wstrb[2])
fb[fb_waddr][23:16] <= fb_wdata[23:16];
if (fb_wstrb[3])
fb[fb_waddr][31:24] <= fb_wdata[31:24];
end
end
wire [31:0] fb_rdata = fb[fb_raddr];
// ---- VGA 像素节拍：clk_cpu 二分频 => 25 MHz ----
reg px_q;
always @(posedge clk_cpu or posedge arst) begin
if (arst)
px_q <= 1'b0;
else
px_q <= ~px_q;
end
wire px_tick = ~px_q;
cpu21_vga u_vga (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.tick (px_tick),
.fb_raddr_o (fb_raddr),
.fb_word_i (fb_rdata),
.ctrl_i (disp_ctrl),
.cursor_i (disp_cursor),
.vga_r (vga_r),
.vga_g (vga_g),
.vga_b (vga_b),
.vga_hs (vga_hs),
.vga_vs (vga_vs),
.frame_tick_o(frame_tick)
);
// ---- 七段数码管（显示程序写入 LED_ADDR 的 8 位十六进制数）----
// 扫描分频按 CPU 时钟频率缩放，保持每位数码管约 125 Hz 刷新（不闪烁）。
cpu21_seg7 #(
.REFRESH_DIV(SEG_REFRESH_DIV)
) u_seg7 (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.seg_data_i(led_data),
.an_en_i (8'hFF),
.an_o (an),
.seg_o (seg),
.dp_o (dp)
);
// ---- 鼠标事件源 ----
wire ev_valid;
wire [7:0] ev_dx, ev_dy;
wire [4:0] ev_btn;
wire [4:0] btn_vec = {go, btnu, btnd, btnl, btnr}; // {BTNC, BTNU, BTND, BTNL, BTNR}
generate
if (USE_PS2_MOUSE != 0) begin : g_ps2
cpu21_ps2_mouse u_ps2 (
.clk (clk_cpu),
.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 ()
);
end
else begin : g_btn
cpu21_pointer #(
.SAMPLE_DIV(POINTER_SAMPLE_DIV)
) u_ptr (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.btn_i (btn_vec),
.ev_valid_o(ev_valid),
.ev_dx_o (ev_dx),
.ev_dy_o (ev_dy),
.ev_btn_o (ev_btn)
);
end
endgenerate
endgenerate
endmodule
pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_saolei_rom.vh
+920 -920
View File
File diff suppressed because it is too large Load Diff
pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_mmio.v
+221 -252
View File
@@ -11,7 +11,7 @@
// 0x0000_1004 七段数码管：8 位十六进制数（每 4 位一个数码管，低 4 位 = 最右）
// 0x0000_1100 + 4*k 鼠标寄存器组（见下）
// 0x0000_1140 + 4*k 显示控制器寄存器（见下）
// 0x0000_2000 - 0x27FF 显存窗口：40x30 格、每格 1 字节（只用到前 1200 字节）
// 0x0000_2000 - 0x2FFF 显存窗口：40x30 格、每格 2 字节（共 2400 字节）
//
// 鼠标寄存器（基址 0x1100）：
// +0x00 STATUS RO [0] FIFO 非空 [5:1] 项数 [6] 中断使能 [7] FIFO 满
@@ -41,272 +41,241 @@
// 以后要增加外设（UART、SD 卡等）时只需在这里扩展地址译码。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_mmio #(
parameter [31:0] LED_ADDR = 32'h0000_1000,
parameter integer FB_WORDS = 300,
parameter integer FIFO_DEPTH = 16
) (
input wire clk,
input wire reset,
// MEM 级的访存请求（来自 EX/MEM 流水寄存器）
input wire mem_valid_i,
input wire mem_write_i,
input wire mem_read_i,
input wire [31:0] addr_i,
input wire [31:0] wdata_i,
input wire [ 3:0] wstrb_i,
// MMIO 读回
output wire [31:0] rdata_o,
output wire rdata_hit_o,
// LED 外设（原样保留）
output reg [31:0] led_data_o,
output reg led_valid_o,
// 七段数码管：8 位十六进制数
output reg [31:0] seg_data_o,
output reg seg_valid_o,
// 显存写端口（板级顶层的双口 RAM）
output wire fb_we_o,
output wire [ 9:0] fb_waddr_o,
output wire [31:0] fb_wdata_o,
output wire [ 3:0] fb_wstrb_o,
input wire [31:0] fb_rdata_i,
// 显示控制器寄存器（给 VGA 用）
output wire [31:0] disp_ctrl_o,
output wire [31:0] disp_cursor_o,
// 鼠标事件源（来自板级顶层：按键去抖 / PS/2 解析）
input wire mouse_ev_valid_i,
input wire [ 7:0] mouse_dx_i,
input wire [ 7:0] mouse_dy_i,
input wire [ 4:0] mouse_btn_i,
input wire [15:0] sw_i,
input wire frame_tick_i,
// 中断
output wire mouse_irq_o,
output wire level_irq_o
);
// ---------------------------------------------------------------------------
// 地址译码（都按"字"对齐：同一 32 位寄存器内的任意字节偏移都算命中）
// ---------------------------------------------------------------------------
localparam [31:0] SEG_ADDR = 32'h0000_1004;
localparam [31:0] MOUSE_BASE = 32'h0000_1100;
localparam [31:0] DISP_BASE = 32'h0000_1140;
localparam integer FIFO_AW = 4;
localparam [FIFO_AW:0] FIFO_FULL_V = FIFO_DEPTH[FIFO_AW:0];
parameter [31:0] LED_ADDR = 32'h0000_1000,
parameter integer FB_WORDS = 300,
parameter integer FIFO_DEPTH = 16
) (
input wire clk,
input wire reset,
// MEM 级的访存请求（来自 EX/MEM 流水寄存器）
input wire mem_valid_i,
input wire mem_write_i,
input wire mem_read_i,
input wire [31:0] addr_i,
input wire [31:0] wdata_i,
input wire [ 3:0] wstrb_i,
// MMIO 读回
output wire [31:0] rdata_o,
output wire rdata_hit_o,
// LED 外设（原样保留）
output reg [31:0] led_data_o,
output reg led_valid_o,
// 七段数码管：8 位十六进制数
output reg [31:0] seg_data_o,
output reg seg_valid_o,
// 显存写端口（板级顶层的双口 RAM）
output wire fb_we_o,
output wire [ 9:0] fb_waddr_o,
output wire [31:0] fb_wdata_o,
output wire [ 3:0] fb_wstrb_o,
input wire [31:0] fb_rdata_i,
// 显示控制器寄存器（给 VGA 用）
output wire [31:0] disp_ctrl_o,
output wire [31:0] disp_cursor_o,
// 鼠标事件源（来自板级顶层：按键去抖 / PS/2 解析）
input wire mouse_ev_valid_i,
input wire [ 7:0] mouse_dx_i,
input wire [ 7:0] mouse_dy_i,
input wire [ 4:0] mouse_btn_i,
input wire [15:0] sw_i,
input wire frame_tick_i,
// 中断
output wire mouse_irq_o,
output wire level_irq_o
);
// ---------------------------------------------------------------------------
// 地址译码（都按"字"对齐：同一 32 位寄存器内的任意字节偏移都算命中）
// ---------------------------------------------------------------------------
localparam [31:0] SEG_ADDR = 32'h0000_1004;
localparam [31:0] MOUSE_BASE = 32'h0000_1100;
localparam [31:0] DISP_BASE = 32'h0000_1140;
localparam integer FIFO_AW = 4;
localparam [FIFO_AW:0] FIFO_FULL_V = FIFO_DEPTH[FIFO_AW:0];
wire sel_led = (addr_i[31:2] == LED_ADDR[31:2]);
wire sel_seg = (addr_i[31:2] == SEG_ADDR[31:2]);
wire sel_mouse = (addr_i[31:8] == MOUSE_BASE[31:8]) && (addr_i[7:6] == 2'b00);
wire sel_disp = (addr_i[31:8] == DISP_BASE[31:8]) && (addr_i[7:6] == 2'b01);
// 显存窗口 0x2000 - 0x27FF：bit13=1、bit12=0、bit11=0，高位全 0
// （原来写成 addr[12] && !addr[11]，要求 bit12=1 —— 那是 0x1000-0x17FF，
// 于是 0x2000+ 的读写全都不命中、而鼠标/显示寄存器写反而落进了显存）
wire sel_fb = (addr_i[31:14] == 18'd0) && addr_i[13] && !addr_i[12] && !addr_i[11];
wire sel_led = (addr_i[31:2] == LED_ADDR[31:2]);
wire sel_seg = (addr_i[31:2] == SEG_ADDR[31:2]);
wire sel_mouse = (addr_i[31:8] == MOUSE_BASE[31:8]) && (addr_i[7:6] == 2'b00);
wire sel_disp = (addr_i[31:8] == DISP_BASE[31:8]) && (addr_i[7:6] == 2'b01);
// 显存窗口 0x2000 - 0x2FFF：共 600 个字（每格两个字节）。
wire sel_fb = (addr_i[31:12] == 20'h00002);
wire [3:0] midx = addr_i[5:2];
wire [3:0] didx = addr_i[5:2];
wire [9:0] fb_widx = addr_i[10:2];
wire fb_ok = (fb_widx < FB_WORDS);
wire [3:0] midx = addr_i[5:2];
wire [3:0] didx = addr_i[5:2];
wire [9:0] fb_widx = addr_i[11:2];
wire fb_ok = (fb_widx < FB_WORDS);
wire led_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_led;
wire led_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_led;
wire seg_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_seg;
wire seg_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_seg;
wire mo_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_mouse;
wire mo_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_mouse;
wire dp_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_disp;
wire dp_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_disp;
wire fb_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_fb && fb_ok;
wire fb_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_fb && fb_ok;
wire led_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_led;
wire led_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_led;
wire seg_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_seg;
wire seg_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_seg;
wire mo_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_mouse;
wire mo_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_mouse;
wire dp_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_disp;
wire dp_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_disp;
wire fb_wr = mem_valid_i && mem_write_i && sel_fb && fb_ok;
wire fb_rd = mem_valid_i && mem_read_i && sel_fb && fb_ok;
assign fb_we_o = fb_wr;
assign fb_waddr_o = fb_widx;
assign fb_wdata_o = wdata_i;
assign fb_wstrb_o = wstrb_i;
assign fb_we_o = fb_wr;
assign fb_waddr_o = fb_widx;
assign fb_wdata_o = wdata_i;
assign fb_wstrb_o = wstrb_i;
assign rdata_hit_o = led_rd | seg_rd | mo_rd | dp_rd | fb_rd;
assign rdata_hit_o = led_rd | seg_rd | mo_rd | dp_rd | fb_rd;
// 字节写合并：sw 改 4 字节、sb 只改 1 字节（与 RAM 的字节写语义一致）
function [31:0] merge_bytes;
input [31:0] new_v;
input [31:0] old_v;
input [ 3:0] strb;
begin
merge_bytes[7:0] = strb[0] ? new_v[7:0] : old_v[7:0];
merge_bytes[15:8] = strb[1] ? new_v[15:8] : old_v[15:8];
merge_bytes[23:16] = strb[2] ? new_v[23:16] : old_v[23:16];
merge_bytes[31:24] = strb[3] ? new_v[31:24] : old_v[31:24];
end
endfunction
// ---------------------------------------------------------------------------
// LED：保持原有语义（led_valid_o 只拉高一拍）
// ---------------------------------------------------------------------------
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
led_data_o <= 32'b0;
led_valid_o <= 1'b0;
end
else begin
led_valid_o <= 1'b0;
if (led_wr) begin
led_data_o <= merge_bytes(wdata_i, led_data_o, wstrb_i);
led_valid_o <= 1'b1;
end
end
// 字节写合并：sw 改 4 字节、sb 只改 1 字节（与 RAM 的字节写语义一致）
function [31:0] merge_bytes;
input [31:0] new_v;
input [31:0] old_v;
input [3:0] strb;
begin
merge_bytes[7:0] = strb[0] ? new_v[7:0] : old_v[7:0];
merge_bytes[15:8] = strb[1] ? new_v[15:8] : old_v[15:8];
merge_bytes[23:16] = strb[2] ? new_v[23:16] : old_v[23:16];
merge_bytes[31:24] = strb[3] ? new_v[31:24] : old_v[31:24];
end
endfunction
// ---------------------------------------------------------------------------
// 七段数码管：8 位十六进制数（低 4 位 = 最右边那个数码管）
// ---------------------------------------------------------------------------
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
seg_data_o <= 32'b0;
seg_valid_o <= 1'b0;
end
else begin
seg_valid_o <= 1'b0;
if (seg_wr) begin
seg_data_o <= merge_bytes(wdata_i, seg_data_o, wstrb_i);
seg_valid_o <= 1'b1;
end
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// LED：保持原有语义（led_valid_o 只拉高一拍）
// ---------------------------------------------------------------------------
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
led_data_o <= 32'b0;
led_valid_o <= 1'b0;
end else begin
led_valid_o <= 1'b0;
if (led_wr) begin
led_data_o <= merge_bytes(wdata_i, led_data_o, wstrb_i);
led_valid_o <= 1'b1;
end
end
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 显示控制器寄存器（显存本体在板级顶层）
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] disp_ctrl_q, disp_cursor_q;
assign disp_ctrl_o = disp_ctrl_q;
assign disp_cursor_o = disp_cursor_q;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 鼠标：事件 FIFO + 寄存器 + 中断
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] fifo [0:FIFO_DEPTH-1];
reg [FIFO_AW-1:0] wr_ptr_q, rd_ptr_q;
reg [FIFO_AW:0] cnt_q;
reg [31:0] mctrl_q, time_q, frame_q, evcnt_q;
reg level_q;
wire fifo_empty = (cnt_q == {FIFO_AW+1{1'b0}});
wire fifo_full = (cnt_q == FIFO_FULL_V);
wire [31:0] fifo_head = fifo[rd_ptr_q];
wire irq_en = mctrl_q[0];
assign mouse_irq_o = irq_en && !fifo_empty;
assign level_irq_o = level_q;
wire push = mouse_ev_valid_i && !fifo_full;
wire pop = mo_wr && (midx == 4'd2) && !fifo_empty;
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
mctrl_q <= 32'h0000_0001; // 鼠标中断默认打开
time_q <= 32'd0;
frame_q <= 32'd0;
evcnt_q <= 32'd0;
level_q <= 1'b0;
wr_ptr_q <= {FIFO_AW{1'b0}};
rd_ptr_q <= {FIFO_AW{1'b0}};
cnt_q <= {(FIFO_AW+1){1'b0}};
disp_ctrl_q <= 32'h0000_0001; // 光标可见，背景色 0
disp_cursor_q <= 32'h0000_0000;
end
else begin
time_q <= time_q + 32'd1;
if (frame_tick_i)
frame_q <= frame_q + 32'd1;
if (push) begin
fifo[wr_ptr_q] <= {11'b0, mouse_btn_i, mouse_dy_i, mouse_dx_i};
wr_ptr_q <= wr_ptr_q + 1'b1;
evcnt_q <= evcnt_q + 32'd1;
end
if (pop)
rd_ptr_q <= rd_ptr_q + 1'b1;
cnt_q <= cnt_q + (push ? 1'b1 : 1'b0) - (pop ? 1'b1 : 1'b0);
// 鼠标寄存器：CTRL(3) / LEVEL(8)
if (mo_wr) begin
case (midx)
4'd3:
mctrl_q <= merge_bytes(wdata_i, mctrl_q, wstrb_i);
4'd8:
level_q <= wdata_i[0];
default:
;
endcase
end
// 显示控制器：CTRL(0) / CURSOR(1)
if (dp_wr) begin
case (didx)
4'd0:
disp_ctrl_q <= merge_bytes(wdata_i, disp_ctrl_q, wstrb_i);
4'd1:
disp_cursor_q <= merge_bytes(wdata_i, disp_cursor_q, wstrb_i);
default:
;
endcase
end
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 七段数码管：8 位十六进制数（低 4 位 = 最右边那个数码管）
// ---------------------------------------------------------------------------
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
seg_data_o <= 32'b0;
seg_valid_o <= 1'b0;
end else begin
seg_valid_o <= 1'b0;
if (seg_wr) begin
seg_data_o <= merge_bytes(wdata_i, seg_data_o, wstrb_i);
seg_valid_o <= 1'b1;
end
end
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 读数据（组合，与"指令存储器组合读/数据存储器组合读"的时序一致）
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] rdata_mux;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 显示控制器寄存器（显存本体在板级顶层）
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] disp_ctrl_q, disp_cursor_q;
always @* begin
rdata_mux = 32'b0;
if (led_rd) begin
rdata_mux = led_data_o;
end
else if (seg_rd) begin
rdata_mux = seg_data_o;
end
else if (fb_rd) begin
rdata_mux = fb_rdata_i;
end
else if (mo_rd) begin
case (midx)
4'd0:
rdata_mux = {24'b0, fifo_full, irq_en, cnt_q[4:0], !fifo_empty};
4'd1:
rdata_mux = fifo_head;
4'd3:
rdata_mux = mctrl_q;
4'd4:
rdata_mux = {11'b0, mouse_btn_i, sw_i};
4'd5:
rdata_mux = time_q;
4'd6:
rdata_mux = frame_q;
4'd7:
rdata_mux = evcnt_q;
4'd8:
rdata_mux = {31'b0, level_q};
4'd9:
rdata_mux = 32'hCAFE_0002;
default:
rdata_mux = 32'b0;
endcase
end
else if (dp_rd) begin
case (didx)
4'd0:
rdata_mux = disp_ctrl_q;
4'd1:
rdata_mux = disp_cursor_q;
4'd2:
rdata_mux = 32'hCAFE_0001;
default:
rdata_mux = 32'b0;
endcase
end
assign disp_ctrl_o = disp_ctrl_q;
assign disp_cursor_o = disp_cursor_q;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 鼠标：事件 FIFO + 寄存器 + 中断
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] fifo[0:FIFO_DEPTH-1];
reg [FIFO_AW-1:0] wr_ptr_q, rd_ptr_q;
reg [FIFO_AW:0] cnt_q;
reg [31:0] mctrl_q, time_q, frame_q, evcnt_q;
reg level_q;
wire fifo_empty = (cnt_q == {FIFO_AW + 1{1'b0}});
wire fifo_full = (cnt_q == FIFO_FULL_V);
wire [31:0] fifo_head = fifo[rd_ptr_q];
wire irq_en = mctrl_q[0];
assign mouse_irq_o = irq_en && !fifo_empty;
assign level_irq_o = level_q;
wire push = mouse_ev_valid_i && !fifo_full;
wire pop = mo_wr && (midx == 4'd2) && !fifo_empty;
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
mctrl_q <= 32'h0000_0001; // 鼠标中断默认打开
time_q <= 32'd0;
frame_q <= 32'd0;
evcnt_q <= 32'd0;
level_q <= 1'b0;
wr_ptr_q <= {FIFO_AW{1'b0}};
rd_ptr_q <= {FIFO_AW{1'b0}};
cnt_q <= {(FIFO_AW + 1) {1'b0}};
disp_ctrl_q <= 32'h0000_0001; // 光标可见，背景色 0
disp_cursor_q <= 32'h0000_0000;
end else begin
time_q <= time_q + 32'd1;
if (frame_tick_i) frame_q <= frame_q + 32'd1;
if (push) begin
fifo[wr_ptr_q] <= {11'b0, mouse_btn_i, mouse_dy_i, mouse_dx_i};
wr_ptr_q <= wr_ptr_q + 1'b1;
evcnt_q <= evcnt_q + 32'd1;
end
if (pop) rd_ptr_q <= rd_ptr_q + 1'b1;
cnt_q <= cnt_q + (push ? 1'b1 : 1'b0) - (pop ? 1'b1 : 1'b0);
// 鼠标寄存器：CTRL(3) / LEVEL(8)
if (mo_wr) begin
case (midx)
4'd3: mctrl_q <= merge_bytes(wdata_i, mctrl_q, wstrb_i);
4'd8: level_q <= wdata_i[0];
default: ;
endcase
end
// 显示控制器：CTRL(0) / CURSOR(1)
if (dp_wr) begin
case (didx)
4'd0: disp_ctrl_q <= merge_bytes(wdata_i, disp_ctrl_q, wstrb_i);
4'd1: disp_cursor_q <= merge_bytes(wdata_i, disp_cursor_q, wstrb_i);
default: ;
endcase
end
end
end
assign rdata_o = rdata_mux;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 读数据（组合，与"指令存储器组合读/数据存储器组合读"的时序一致）
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] rdata_mux;
always @* begin
rdata_mux = 32'b0;
if (led_rd) begin
rdata_mux = led_data_o;
end else if (seg_rd) begin
rdata_mux = seg_data_o;
end else if (fb_rd) begin
rdata_mux = fb_rdata_i;
end else if (mo_rd) begin
case (midx)
4'd0: rdata_mux = {24'b0, fifo_full, irq_en, cnt_q[4:0], !fifo_empty};
4'd1: rdata_mux = fifo_head;
4'd3: rdata_mux = mctrl_q;
4'd4: rdata_mux = {11'b0, mouse_btn_i, sw_i};
4'd5: rdata_mux = time_q;
4'd6: rdata_mux = frame_q;
4'd7: rdata_mux = evcnt_q;
4'd8: rdata_mux = {31'b0, level_q};
4'd9: rdata_mux = 32'hCAFE_0002;
default: rdata_mux = 32'b0;
endcase
end else if (dp_rd) begin
case (didx)
4'd0: rdata_mux = disp_ctrl_q;
4'd1: rdata_mux = disp_cursor_q;
4'd2: rdata_mux = 32'hCAFE_0001;
default: rdata_mux = 32'b0;
endcase
end
end
assign rdata_o = rdata_mux;
endmodule
`default_nettype wire
pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_vga.v
+264 -174
View File
@@ -4,7 +4,7 @@
// -----------------------------------------------------------------------------
// cpu21_vga —— 640x480@60 的"格子"显示控制器（显存端口接板级顶层的双口 RAM）。
//
// CPU 不直接操作像素：它只通过 MMIO 往显示缓冲区里写"每格 1 字节"（字形 + 颜色），
// CPU 不直接操作像素：它只通过 MMIO 往显示缓冲区里写"每格 2 字节"（字形 + 颜色），
// 本模块按像素扫描把格子展开成画面（8x8 字模放大 2 倍填满 16x16 的格子）。
// 这样一格只要 1 次字节写，刷屏开销极小。
//
@@ -18,218 +18,308 @@
// （CTRL[0] 控制显示与否）。缓冲区字节的 bit7 在本模块中不使用（保留）。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_vga #(
parameter integer H_VISIBLE = 640,
parameter integer H_FP = 16,
parameter integer H_SYNC = 96,
parameter integer H_BP = 48,
parameter integer V_VISIBLE = 480,
parameter integer V_FP = 10,
parameter integer V_SYNC = 2,
parameter integer V_BP = 33,
parameter integer COLS = 40,
parameter integer ROWS = 30
) (
input wire clk,
input wire reset,
input wire tick, // 25 MHz 像素使能（每 2 个 clk 一拍）
// 显示缓冲区读端口
output wire [ 9:0] fb_raddr_o,
input wire [31:0] fb_word_i,
// 控制
input wire [31:0] ctrl_i,
input wire [31:0] cursor_i,
// VGA 输出
output reg [ 3:0] vga_r,
output reg [ 3:0] vga_g,
output reg [ 3:0] vga_b,
output reg vga_hs,
output reg vga_vs,
output reg frame_tick_o
);
parameter integer H_VISIBLE = 640,
parameter integer H_FP = 16,
parameter integer H_SYNC = 96,
parameter integer H_BP = 48,
parameter integer V_VISIBLE = 480,
parameter integer V_FP = 10,
parameter integer V_SYNC = 2,
parameter integer V_BP = 33,
parameter integer COLS = 40,
parameter integer ROWS = 30
) (
input wire clk,
input wire reset,
input wire tick, // 25 MHz 像素使能（每 2 个 clk 一拍）
// 显示缓冲区读端口
output wire [ 9:0] fb_raddr_o,
input wire [31:0] fb_word_i,
// 控制
input wire [31:0] ctrl_i,
input wire [31:0] cursor_i,
// VGA 输出
output reg [ 3:0] vga_r,
output reg [ 3:0] vga_g,
output reg [ 3:0] vga_b,
output reg vga_hs,
output reg vga_vs,
output reg frame_tick_o
);
localparam integer H_TOTAL = H_VISIBLE + H_FP + H_SYNC + H_BP; // 800
localparam integer V_TOTAL = V_VISIBLE + V_FP + V_SYNC + V_BP; // 525
localparam integer H_TOTAL = H_VISIBLE + H_FP + H_SYNC + H_BP; // 800
localparam integer V_TOTAL = V_VISIBLE + V_FP + V_SYNC + V_BP; // 525
// ---------------------------------------------------------------------------
// 扫描计数
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [9:0] hx, vy;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 扫描计数
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [9:0] hx, vy;
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
hx <= 10'd0;
vy <= 10'd0;
end
else if (tick) begin
if (hx == H_TOTAL - 1) begin
hx <= 10'd0;
vy <= (vy == V_TOTAL - 1) ? 10'd0 : (vy + 10'd1);
end
else begin
hx <= hx + 10'd1;
end
end
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
hx <= 10'd0;
vy <= 10'd0;
end else if (tick) begin
if (hx == H_TOTAL - 1) begin
hx <= 10'd0;
vy <= (vy == V_TOTAL - 1) ? 10'd0 : (vy + 10'd1);
end else begin
hx <= hx + 10'd1;
end
end
end
wire de = (hx < H_VISIBLE) && (vy < V_VISIBLE);
wire de = (hx < H_VISIBLE) && (vy < V_VISIBLE);
// 同步信号在 tick 上寄存输出
wire hs_n = ~((hx >= (H_VISIBLE + H_FP)) && (hx < (H_VISIBLE + H_FP + H_SYNC)));
wire vs_n = ~((vy >= (V_VISIBLE + V_FP)) && (vy < (V_VISIBLE + V_FP + V_SYNC)));
// 同步信号在 tick 上寄存输出
wire hs_n = ~((hx >= (H_VISIBLE + H_FP)) && (hx < (H_VISIBLE + H_FP + H_SYNC)));
wire vs_n = ~((vy >= (V_VISIBLE + V_FP)) && (vy < (V_VISIBLE + V_FP + V_SYNC)));
// ---------------------------------------------------------------------------
// 格子索引与缓冲区读出
// ---------------------------------------------------------------------------
wire [5:0] ccol = hx[9:4]; // 0..39
wire [4:0] crow = vy[8:4]; // 0..29
wire [10:0] cidx = (crow << 5) + (crow << 3) + ccol; // row*40 + col
// ---------------------------------------------------------------------------
// 格子索引与缓冲区读出
// ---------------------------------------------------------------------------
wire [5:0] ccol = hx[9:4]; // 0..39
wire [4:0] crow = vy[8:4]; // 0..29
wire [10:0] cidx = (crow << 5) + (crow << 3) + ccol; // row*40 + col
assign fb_raddr_o = cidx[10:2]; // 字地址（1 字 = 4 格）
assign fb_raddr_o = cidx[10:1]; // 字地址（1 字 = 2 格）
wire [1:0] lane = cidx[1:0];
wire [31:0] cell_word = fb_word_i;
wire [7:0] cell_byte = cell_word >> {lane, 3'b000};
wire [ 1:0] lane = {cidx[0], 1'b0};
wire [ 1:0] color_lane = lane + 2'd1;
wire [31:0] cell_word = fb_word_i;
wire [ 7:0] glyph_byte = cell_word >> {lane, 3'b000};
wire [ 7:0] color_byte = cell_word >> {color_lane, 3'b000};
wire [3:0] glyph = cell_byte[3:0];
wire [2:0] gcolor = cell_byte[6:4];
// 全局背景色（字模点为 0 时显示的颜色）
wire [2:0] bgcolor = ctrl_i[7:4];
wire [ 5:0] glyph = glyph_byte[5:0];
wire [ 2:0] gcolor = color_byte[2:0];
// 全局背景色（字模点为 0 时显示的颜色）
wire [ 2:0] bgcolor = ctrl_i[7:4];
// ---------------------------------------------------------------------------
// 8x8 字模（bit7 = 最左像素），放大 2 倍填满 16x16 的格子
// ---------------------------------------------------------------------------
wire [2:0] fx = hx[3:1];
wire [2:0] fy = vy[3:1];
// ---------------------------------------------------------------------------
// 8x8 字模（bit7 = 最左像素），放大 2 倍填满 16x16 的格子；字形编号 0..63。
// ---------------------------------------------------------------------------
wire [ 2:0] fx = hx[3:1];
wire [ 2:0] fy = vy[3:1];
function [7:0] font_row;
input [3:0] g;
input [2:0] r;
begin
case (g)
4'd0:
font_row = 8'h00; // 空白
4'd1:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h18 : (r == 3'd1) ? 8'h38 : (r == 3'd2) ? 8'h18 :
function [7:0] font_row;
input [5:0] g;
input [2:0] r;
begin
case (g)
6'd0: font_row = 8'h00; // 空白
6'd1:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h18 : (r == 3'd1) ? 8'h38 : (r == 3'd2) ? 8'h18 :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h18 :
(r == 3'd6) ? 8'h7E : 8'h00; // 1
4'd2:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h06 :
6'd2:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h06 :
(r == 3'd3) ? 8'h0C : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h30 :
(r == 3'd6) ? 8'h7E : 8'h00; // 2
4'd3:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h06 :
6'd3:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h06 :
(r == 3'd3) ? 8'h1C : (r == 3'd4) ? 8'h06 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // 3
4'd4:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h0C : (r == 3'd1) ? 8'h1C : (r == 3'd2) ? 8'h3C :
6'd4:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h0C : (r == 3'd1) ? 8'h1C : (r == 3'd2) ? 8'h3C :
(r == 3'd3) ? 8'h6C : (r == 3'd4) ? 8'h7E : (r == 3'd5) ? 8'h0C :
(r == 3'd6) ? 8'h0C : 8'h00; // 4
4'd5:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h60 : (r == 3'd2) ? 8'h7C :
6'd5:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h60 : (r == 3'd2) ? 8'h7C :
(r == 3'd3) ? 8'h06 : (r == 3'd4) ? 8'h06 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // 5
4'd6:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h1C : (r == 3'd1) ? 8'h30 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
6'd6:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h1C : (r == 3'd1) ? 8'h30 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h7C : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // 6
4'd7:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h0C :
6'd7:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h0C :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h18 :
(r == 3'd6) ? 8'h18 : 8'h00; // 7
4'd8:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
6'd8:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h3C : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // 8
4'd9:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'hFF : (r == 3'd1) ? 8'h81 : (r == 3'd2) ? 8'hBD :
6'd9:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'hFF : (r == 3'd1) ? 8'h81 : (r == 3'd2) ? 8'hBD :
(r == 3'd3) ? 8'hA5 : (r == 3'd4) ? 8'hA5 : (r == 3'd5) ? 8'hBD :
(r == 3'd6) ? 8'h81 : 8'hFF; // 未揭开的方块
4'd10:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h40 : (r == 3'd1) ? 8'h70 : (r == 3'd2) ? 8'h78 :
6'd10:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h40 : (r == 3'd1) ? 8'h70 : (r == 3'd2) ? 8'h78 :
(r == 3'd3) ? 8'h70 : (r == 3'd4) ? 8'h40 : (r == 3'd5) ? 8'h40 :
(r == 3'd6) ? 8'h40 : 8'h00; // 旗
4'd11:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h7E : (r == 3'd2) ? 8'hFF :
6'd11:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h7E : (r == 3'd2) ? 8'hFF :
(r == 3'd3) ? 8'hFF : (r == 3'd4) ? 8'hFF : (r == 3'd5) ? 8'hFF :
(r == 3'd6) ? 8'h7E : 8'h3C; // 雷
4'd12:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h81 : (r == 3'd1) ? 8'h42 : (r == 3'd2) ? 8'h24 :
6'd12:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h81 : (r == 3'd1) ? 8'h42 : (r == 3'd2) ? 8'h24 :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h24 :
(r == 3'd6) ? 8'h42 : 8'h81; // 爆炸
4'd13:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h06 :
6'd13:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h06 :
(r == 3'd3) ? 8'h0C : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h00 :
(r == 3'd6) ? 8'h18 : 8'h00; // 问号
4'd14:
font_row = (r == 3'd3) ? 8'hFF : (r == 3'd4) ? 8'hFF : 8'h00; // 横线
4'd15:
font_row = 8'hFF; // 实心
default:
font_row = 8'h00;
endcase
end
endfunction
wire [7:0] frow = font_row(glyph, fy);
wire glyph_px = frow[3'd7 - fx]; // 1 = 画字模点
// ---------------------------------------------------------------------------
// 光标框：黄色、常亮、2 像素宽
// 原来是 1 像素浅灰 + 闪动（blink 周期约 1.3 s）：在白色未揭开格上几乎看不清，
// 而且截图有一半概率正好截到"灭"的那个相位。改成黄色常亮 2 像素后，
// VGA 上和图里都能一眼看到指针。想改回闪动：把 blink_q 加回来，
// 再在 cursor_box 里与上 blink 即可。
// ---------------------------------------------------------------------------
wire cursor_here = (cursor_i[4:0] == ccol) && (cursor_i[12:8] == crow);
wire on_border = (hx[3:0] < 4'd2) || (hx[3:0] > 4'd13) ||
(vy[3:0] < 4'd2) || (vy[3:0] > 4'd13);
wire cursor_box = cursor_here && ctrl_i[0] && on_border;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 颜色（3 位调色板 -> 4:4:4 RGB）
// ---------------------------------------------------------------------------
function [11:0] pal;
input [2:0] c;
begin
case (c)
3'd0:
pal = {4'h0, 4'h0, 4'h0}; // 黑
3'd1:
pal = {4'h0, 4'h0, 4'hA}; // 深蓝
3'd2:
pal = {4'h0, 4'hA, 4'h0}; // 绿
3'd3:
pal = {4'h0, 4'hA, 4'hA}; // 青
3'd4:
pal = {4'hA, 4'h0, 4'h0}; // 红
3'd5:
pal = {4'hA, 4'h0, 4'hA}; // 洋红
3'd6:
pal = {4'hA, 4'hA, 4'h0}; // 黄
default:
pal = {4'hA, 4'hA, 4'hA}; // 浅灰
endcase
end
endfunction
wire [2:0] px_color = glyph_px ? gcolor : bgcolor;
wire [2:0] px_final = cursor_box ? 3'd6 : px_color; // 6 = 黄，光标框
wire [11:0] px_rgb = de ? pal(px_final) : 12'h000;
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
{vga_r, vga_g, vga_b} <= 12'h000;
vga_hs <= 1'b1;
vga_vs <= 1'b1;
frame_tick_o <= 1'b0;
end
else if (tick) begin
{vga_r, vga_g, vga_b} <= px_rgb;
vga_hs <= hs_n;
vga_vs <= vs_n;
frame_tick_o <= (hx == H_TOTAL - 1) && (vy == V_TOTAL - 1);
end
6'd14: font_row = (r == 3'd3) ? 8'hFF : (r == 3'd4) ? 8'hFF : 8'h00; // 横线
6'd15: font_row = 8'hFF; // 实心
6'd16:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h18 : (r == 3'd1) ? 8'h3C : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h66 : (r == 3'd4) ? 8'h7E : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h66 : 8'h00; // A
6'd17:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h7C : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h7C : 8'h00; // B
6'd18:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h60 : (r == 3'd4) ? 8'h60 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // C
6'd19:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h78 : (r == 3'd1) ? 8'h6C : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h66 : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h6C :
(r == 3'd6) ? 8'h78 : 8'h00; // D
6'd20:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h60 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h7C : (r == 3'd4) ? 8'h60 : (r == 3'd5) ? 8'h60 :
(r == 3'd6) ? 8'h7E : 8'h00; // E
6'd21:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h60 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h7C : (r == 3'd4) ? 8'h60 : (r == 3'd5) ? 8'h60 :
(r == 3'd6) ? 8'h60 : 8'h00; // F
6'd22:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h6E : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3E : 8'h00; // G
6'd23:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h7E : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h66 : 8'h00; // H
6'd24:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h18 : (r == 3'd2) ? 8'h18 :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h18 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // I
6'd25:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h1E : (r == 3'd1) ? 8'h0C : (r == 3'd2) ? 8'h0C :
(r == 3'd3) ? 8'h0C : (r == 3'd4) ? 8'h0C : (r == 3'd5) ? 8'h6C :
(r == 3'd6) ? 8'h38 : 8'h00; // J
6'd26:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h6C : (r == 3'd2) ? 8'h78 :
(r == 3'd3) ? 8'h70 : (r == 3'd4) ? 8'h78 : (r == 3'd5) ? 8'h6C :
(r == 3'd6) ? 8'h66 : 8'h00; // K
6'd27:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h60 : (r == 3'd1) ? 8'h60 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h60 : (r == 3'd4) ? 8'h60 : (r == 3'd5) ? 8'h60 :
(r == 3'd6) ? 8'h7E : 8'h00; // L
6'd28:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h63 : (r == 3'd1) ? 8'h77 : (r == 3'd2) ? 8'h7F :
(r == 3'd3) ? 8'h6B : (r == 3'd4) ? 8'h63 : (r == 3'd5) ? 8'h63 :
(r == 3'd6) ? 8'h63 : 8'h00; // M
6'd29:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h76 : (r == 3'd2) ? 8'h7E :
(r == 3'd3) ? 8'h6E : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h66 : 8'h00; // N
6'd30:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h66 : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // O
6'd31:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h7C : (r == 3'd4) ? 8'h60 : (r == 3'd5) ? 8'h60 :
(r == 3'd6) ? 8'h60 : 8'h00; // P
6'd32:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h66 : (r == 3'd4) ? 8'h6E : (r == 3'd5) ? 8'h3C :
(r == 3'd6) ? 8'h0E : 8'h00; // Q
6'd33:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7C : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h7C : (r == 3'd4) ? 8'h78 : (r == 3'd5) ? 8'h6C :
(r == 3'd6) ? 8'h66 : 8'h00; // R
6'd34:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h3E : (r == 3'd1) ? 8'h60 : (r == 3'd2) ? 8'h60 :
(r == 3'd3) ? 8'h3C : (r == 3'd4) ? 8'h06 : (r == 3'd5) ? 8'h06 :
(r == 3'd6) ? 8'h7C : 8'h00; // S
6'd35:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h18 : (r == 3'd2) ? 8'h18 :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h18 :
(r == 3'd6) ? 8'h18 : 8'h00; // T
6'd36:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h66 : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h3C : 8'h00; // U
6'd37:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h66 :
(r == 3'd3) ? 8'h66 : (r == 3'd4) ? 8'h66 : (r == 3'd5) ? 8'h3C :
(r == 3'd6) ? 8'h18 : 8'h00; // V
6'd38:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h63 : (r == 3'd1) ? 8'h63 : (r == 3'd2) ? 8'h63 :
(r == 3'd3) ? 8'h6B : (r == 3'd4) ? 8'h7F : (r == 3'd5) ? 8'h77 :
(r == 3'd6) ? 8'h63 : 8'h00; // W
6'd39:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h3C :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h3C : (r == 3'd5) ? 8'h66 :
(r == 3'd6) ? 8'h66 : 8'h00; // X
6'd40:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h66 : (r == 3'd1) ? 8'h66 : (r == 3'd2) ? 8'h3C :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h18 : (r == 3'd5) ? 8'h18 :
(r == 3'd6) ? 8'h18 : 8'h00; // Y
6'd41:
font_row = (r == 3'd0) ? 8'h7E : (r == 3'd1) ? 8'h06 : (r == 3'd2) ? 8'h0C :
(r == 3'd3) ? 8'h18 : (r == 3'd4) ? 8'h30 : (r == 3'd5) ? 8'h60 :
(r == 3'd6) ? 8'h7E : 8'h00; // Z
default: font_row = 8'h00;
endcase
end
endfunction
wire [7:0] frow = font_row(glyph, fy);
wire glyph_px = frow[3'd7-fx]; // 1 = 画字模点
// ---------------------------------------------------------------------------
// 光标框：黄色、常亮、2 像素宽
// 原来是 1 像素浅灰 + 闪动（blink 周期约 1.3 s）：在白色未揭开格上几乎看不清，
// 而且截图有一半概率正好截到"灭"的那个相位。改成黄色常亮 2 像素后，
// VGA 上和图里都能一眼看到指针。想改回闪动：把 blink_q 加回来，
// 再在 cursor_box 里与上 blink 即可。
// ---------------------------------------------------------------------------
wire cursor_here = (cursor_i[4:0] == ccol) && (cursor_i[12:8] == crow);
wire on_border = (hx[3:0] < 4'd2) || (hx[3:0] > 4'd13) || (vy[3:0] < 4'd2) || (vy[3:0] > 4'd13);
wire cursor_box = cursor_here && ctrl_i[0] && on_border;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 颜色（3 位调色板 -> 4:4:4 RGB）
// ---------------------------------------------------------------------------
function [11:0] pal;
input [2:0] c;
begin
case (c)
3'd0: pal = {4'h0, 4'h0, 4'h0}; // 黑
3'd1: pal = {4'h0, 4'h0, 4'hA}; // 深蓝
3'd2: pal = {4'h0, 4'hA, 4'h0}; // 绿
3'd3: pal = {4'h0, 4'hA, 4'hA}; // 青
3'd4: pal = {4'hA, 4'h0, 4'h0}; // 红
3'd5: pal = {4'hA, 4'h0, 4'hA}; // 洋红
3'd6: pal = {4'hA, 4'hA, 4'h0}; // 黄
default: pal = {4'hA, 4'hA, 4'hA}; // 浅灰
endcase
end
endfunction
wire [ 2:0] px_color = glyph_px ? gcolor : bgcolor;
wire [ 2:0] px_final = cursor_box ? 3'd6 : px_color; // 6 = 黄，光标框
wire [11:0] px_rgb = de ? pal(px_final) : 12'h000;
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
{vga_r, vga_g, vga_b} <= 12'h000;
vga_hs <= 1'b1;
vga_vs <= 1'b1;
frame_tick_o <= 1'b0;
end else if (tick) begin
{vga_r, vga_g, vga_b} <= px_rgb;
vga_hs <= hs_n;
vga_vs <= vs_n;
frame_tick_o <= (hx == H_TOTAL - 1) && (vy == V_TOTAL - 1);
end
end
endmodule
saolei/README.md
+12 -13
View File
@@ -126,13 +126,14 @@ powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\build.ps1
| `0x0000_1004` | 七段数码管：8 位十六进制数（低 4 位 = 最右） |
| `0x0000_1100+` | 鼠标：STATUS / DATA / ACK / CTRL / INPUT / TIME / FRAME / EVCNT / LEVEL / MAGIC |
| `0x0000_1140+` | 显示控制器：CTRL（光标可见、背景色）/ CURSOR（列、行）/ MAGIC |
| `0x0000_2000-0x27FF` | 显存：40 列 × 30 行、每格 1 字节（只用到前 1200 字节） |
| `0x0000_2000-0x2FFF` | 显存：40 列 × 30 行、每格 2 字节（共 2400 字节） |
`LEVEL` 是**软件中断**寄存器：写 1 拉起 `irq_i[1]`（关卡入口），关卡返回前写 0 清掉，
否则下次点"开始"没有新的上升沿。`MAGIC`（`0xCAFE0001/2`）可以读来自检 MMIO 是否活着。
格子编码 1 字节 = `[3:0] 字形 [6:4] 颜色 [7] 保留`；字形 0 空白、1..8 数字、9 未揭开、
10 旗、11 雷、12 爆炸、13 问号、14 横线、15 实心；颜色是 3 位调色板。
格子编码为两个字节：第一个字节低 6 位是字形编号，第二个字节低 3 位是颜色；字形 0 空白、
1..8 数字、9 未揭开、10 旗、11 雷、12 爆炸、13 问号、14 横线、15 实心、16..41 为 A-Z；
颜色是 3 位调色板。
## 5. 怎么跑起来
@@ -164,11 +165,11 @@ Pmod PS2 插在 JA + 一个 PS/2 鼠标）。`cpu21_ps2_mouse.v` 只实现了**
## 6. 验证状态（说实话）
| 部分 | 状态 |
| ------------------------------------------------------------------------------------ | ----------------------------------------------------------------- |
| C 工具链链路 | **已实测**：编译/链接/ISA 检查/hex 生成/入口地址逐条核对 全部通过 |
| `saolei.c` / `isr.c` / `start.c` / `linker.ld` | 逻辑对着 RTL 写；**未在仿真器/硬件上跑过** |
| `cpu21_mmio.v` 扩展、`cpu21_vga.v`、`cpu21_seg7.v`、`cpu21_pointer.v`、板级顶层、XDC | **未综合、未上板** |
| 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 |
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、
@@ -176,9 +177,7 @@ Pmod PS2 插在 JA + 一个 PS/2 鼠标）。`cpu21_ps2_mouse.v` 只实现了**
## 7. 已知可改进项
- **屏幕上没有字母**：字模是 4 位字形（0-15），所以"开始"是绿色按钮条 + 光标框而不是
"START" 字样。要显示文字就把格子编码扩成 5 位字形（`mmio.h` 的 `CELL()` 与
`cpu21_vga.v` 的字模表各改一处，颜色降到 3 位）。
- 棋盘固定 16×16、40 雷（16 是 2 的幂，索引全用移位，一次除法都不用）；要改大小就改
`saolei.c` 顶部的 `BW/BH/NMINES`。
- **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。
saolei/sw/mmio.h
+35 -7
View File
@@ -24,7 +24,7 @@
* 0x0000_1140 + 0x00 DISP_CTRL [0] 光标可见 [6:4] 背景色
* 0x0000_1140 + 0x04 DISP_CURSOR [5:0] 列 [13:8] 行
* 0x0000_1140 + 0x08 DISP_MAGIC 0xCAFE0001
* 0x0000_2000 - 0x0000_27FF 显存：40 列 x 30 行，每格 1 字节，共 1200 字节
* 0x0000_2000 - 0x0000_2FFF 显存：40 列 x 30 行，每格 2 字节，共 2400 字节
*
* 鼠标事件单位：1/8 格（按键一次 = 8 = 移动一格；PS/2 鼠标用原始计数）。
* 左键点击 -> 事件的 btn 位 0 置 1；右键（PS/2）-> 位 1。
@@ -69,13 +69,15 @@
#define REG_R(a) (*(volatile unsigned *)((unsigned)(a)))
#define REG_W(a) (*(volatile unsigned *)((unsigned)(a)))
/* 显存按字节写（只能 sb，不能 lb —— 这颗核没有 lb/lbu） */
static inline void fb_write(unsigned idx, unsigned val)
/* 显存按字节写（只能 sb，不能 lb —— 这颗核没有 lb/lbu）。每个格子占两个字节。 */
static inline void fb_write_cell(unsigned idx, unsigned glyph, unsigned color)
{
*(volatile unsigned char *)(FB_BASE + idx) = (unsigned char)(val & 0xFFu);
unsigned addr = FB_BASE + (idx << 1);
*(volatile unsigned char *)addr = (unsigned char)(glyph & 0x3Fu);
*(volatile unsigned char *)(addr + 1u) = (unsigned char)(color & 0x07u);
}
/* ---- 格子编码：1 字节 = [3:0] 字形 [6:4] 颜色 [7] 保留 ---- */
/* ---- 格子编码：两个字节 = 字形[5:0] + 颜色[2:0] ---- */
#define G_BLANK 0u /* 空 */
#define G_N1 1u /* 数字 1..8 = 1..8 */
#define G_COVER 9u /* 未揭开 */
@@ -86,6 +88,34 @@ static inline void fb_write(unsigned idx, unsigned val)
#define G_BAR 14u /* 横线 */
#define G_SOLID 15u /* 实心 */
/* 大写字母字形编号 16..41，供菜单文字使用。 */
#define G_A 16u
#define G_B 17u
#define G_C 18u
#define G_D 19u
#define G_E 20u
#define G_F 21u
#define G_G 22u
#define G_H 23u
#define G_I 24u
#define G_J 25u
#define G_K 26u
#define G_L 27u
#define G_M 28u
#define G_N 29u
#define G_O 30u
#define G_P 31u
#define G_Q 32u
#define G_R 33u
#define G_S 34u
#define G_T 35u
#define G_U 36u
#define G_V 37u
#define G_W 38u
#define G_X 39u
#define G_Y 40u
#define G_Z 41u
#define C_BLACK 0u
#define C_BLUE 1u
#define C_GREEN 2u
@@ -95,8 +125,6 @@ static inline void fb_write(unsigned idx, unsigned val)
#define C_YELLOW 6u
#define C_GRAY 7u
#define CELL(g, c) ((unsigned)((g) | ((c) << 4)))
/* ---- 软件事件环形队列：中断服务程序（isr.c）生产，主循环（saolei.c）消费 ---- */
#define EVQ_SIZE 64u
#define EVQ_MASK (EVQ_SIZE - 1u)
saolei/sw/saolei.c
+89 -23
View File
@@ -1,7 +1,7 @@
/* -----------------------------------------------------------------------------
* saolei.c —— 纯 C 扫雷（RV32IM 子集：只用这颗核实现了的指令）
*
* 显示：把每个格子写成显存里的 1 个字节（MMIO 0x2000 起）
* 显示：把每个格子写成显存里的 2 个字节（MMIO 0x2000 起）
* 输入：鼠标事件（中断驱动）——中断里搬到软件队列，主循环在下面处理
*
* 针对这颗 CPU 的硬约束（很重要，改代码时别踩）：
@@ -13,15 +13,14 @@
* 所以本文件所有索引运算都用"2 的幂 + 移位/掩码"，一次除法都不用。
* 4) 没有 fence/ebreak 等；中断返回是 uret（在 isr.c 里）。
*
* 棋盘：16 x 16，40 颗雷（16 是 2 的幂 => 索引全用移位，颜色/字形查表也不用除法）
* 棋盘：16 x 16，雷数可选 20/40/60（16 是 2 的幂 => 索引全用移位）
* 网格：40 列 x 30 行，棋盘居中放在 (行 7..22, 列 12..27)
* ---------------------------------------------------------------------------*/
#include "mmio.h"
#define BW 16u /* 棋盘宽（格） */
#define BH 16u /* 棋盘高（格） */
#define NCELLS (BW * BH) /* 256 */
#define NMINES 40u
#define BW 16u /* 棋盘宽（格） */
#define BH 16u /* 棋盘高（格） */
#define NCELLS (BW * BH) /* 256 */
#define BM_WORDS (NCELLS / 32u) /* 8 */
#define BOARD_C0 12u /* 棋盘左上角在网格里的列 */
@@ -42,6 +41,8 @@ static unsigned opened_cnt;
static unsigned flags_cnt;
static unsigned g_state;
static unsigned g_first_done;
static unsigned g_mines;
static unsigned g_difficulty;
static unsigned rnd_state;
static unsigned cur_r, cur_c; /* 光标所在的网格格 */
static int acc_x, acc_y; /* 指针累积量（1/8 格，有符号） */
@@ -67,7 +68,7 @@ static void bclr(unsigned *bm, unsigned i)
static void draw_cell(unsigned gr, unsigned gc, unsigned glyph, unsigned color)
{
fb_write(gr * GRID_COLS + gc, CELL(glyph, color));
fb_write_cell(gr * GRID_COLS + gc, glyph, color);
}
/* 把棋盘格 (r,c) 画出来 */
@@ -118,6 +119,15 @@ static unsigned rnd_next(void)
return rnd_state >> 16;
}
static unsigned difficulty_mines(unsigned difficulty)
{
if (difficulty == 0u)
return 20u;
if (difficulty == 2u)
return 60u;
return 40u;
}
/* ============================ 画面 ============================ */
static void clear_screen(void)
@@ -125,7 +135,7 @@ static void clear_screen(void)
unsigned i;
for (i = 0u; i < (GRID_COLS * GRID_ROWS); i = i + 1u)
{
fb_write(i, 0u);
fb_write_cell(i, G_BLANK, C_BLACK);
}
}
@@ -278,7 +288,7 @@ static void reveal_at(unsigned i)
}
}
if (opened_cnt == (NCELLS - NMINES))
if (opened_cnt == (NCELLS - g_mines))
win();
}
@@ -288,7 +298,7 @@ static void place_mines(unsigned safe)
unsigned sr = safe >> 4;
unsigned sc = safe & 15u;
while (placed < NMINES)
while (placed < g_mines)
{
i = rnd_next() & 255u; /* NCELLS = 256，正好 2 的幂，不需要取模 */
r = i >> 4;
@@ -347,7 +357,7 @@ static void toggle_flag(void)
flags_cnt = flags_cnt + 1u;
draw_tile(r, c, G_FLAG, C_YELLOW);
}
REG_W(LED_ADDR) = NMINES - flags_cnt;
REG_W(LED_ADDR) = g_mines - flags_cnt;
}
/* ============================ 鼠标事件 ============================ */
@@ -385,6 +395,11 @@ static unsigned g_exit; /* 关卡内请求返回 */
#define START_R 20u
#define START_C0 17u
#define START_C1 22u
#define DIFF_EASY_R 14u
#define DIFF_NORMAL_R 16u
#define DIFF_HARD_R 18u
static void draw_start_screen(void);
/* 背景用：光标可以在整个画面上移动 */
static void move_cursor_screen(int dr, int dc)
@@ -420,10 +435,29 @@ static void handle_event(unsigned ev)
{ /* 左键 */
if (g_in_level == 0u)
{
if (cur_r == DIFF_EASY_R)
{
g_difficulty = 0u;
draw_start_screen();
return;
}
if (cur_r == DIFF_NORMAL_R)
{
g_difficulty = 1u;
draw_start_screen();
return;
}
if (cur_r == DIFF_HARD_R)
{
g_difficulty = 2u;
draw_start_screen();
return;
}
/* 背景：点到"开始"按钮 -> 拉起软件中断，跳到 IRQ1 里的关卡程序 */
if ((cur_r == START_R) && (cur_c >= START_C0) && (cur_c <= START_C1))
{
g_in_level = 1u; /* 关卡程序返回时自己清 0 */
g_mines = difficulty_mines(g_difficulty);
REG_W(REG_LEVEL) = 1u;
}
}
@@ -490,24 +524,55 @@ static void handle_event(unsigned ev)
* ========================================================================== */
static void draw_start_screen(void)
{
unsigned i;
unsigned i, selected_color;
clear_screen();
/* 标题区：两排雷图案，纯图形（字模里没有字母；要显示文字就得扩字模，见 README） */
for (i = 0u; i < 6u; i = i + 1u)
{
draw_cell(6u, 15u + i * 2u, G_MINE, C_RED);
draw_cell(8u, 15u + i * 2u, G_MINE, C_RED);
}
/* 标题和难度菜单使用 RTL 字模中的大写字母。 */
draw_cell(6u, 18u, G_M, C_RED);
draw_cell(6u, 19u, G_I, C_RED);
draw_cell(6u, 20u, G_N, C_RED);
draw_cell(6u, 21u, G_E, C_RED);
draw_cell(6u, 22u, G_S, C_RED);
/* "开始"按钮：绿色实心条，上下各一条黄线框住它 */
selected_color = C_YELLOW;
if (g_difficulty != 0u)
selected_color = C_GRAY;
draw_cell(DIFF_EASY_R, 18u, G_E, selected_color);
draw_cell(DIFF_EASY_R, 19u, G_A, selected_color);
draw_cell(DIFF_EASY_R, 20u, G_S, selected_color);
draw_cell(DIFF_EASY_R, 21u, G_Y, selected_color);
selected_color = C_YELLOW;
if (g_difficulty != 1u)
selected_color = C_GRAY;
draw_cell(DIFF_NORMAL_R, 16u, G_N, selected_color);
draw_cell(DIFF_NORMAL_R, 17u, G_O, selected_color);
draw_cell(DIFF_NORMAL_R, 18u, G_R, selected_color);
draw_cell(DIFF_NORMAL_R, 19u, G_M, selected_color);
draw_cell(DIFF_NORMAL_R, 20u, G_A, selected_color);
draw_cell(DIFF_NORMAL_R, 21u, G_L, selected_color);
selected_color = C_YELLOW;
if (g_difficulty != 2u)
selected_color = C_GRAY;
draw_cell(DIFF_HARD_R, 18u, G_H, selected_color);
draw_cell(DIFF_HARD_R, 19u, G_A, selected_color);
draw_cell(DIFF_HARD_R, 20u, G_R, selected_color);
draw_cell(DIFF_HARD_R, 21u, G_D, selected_color);
/* "START" 按钮：绿色实心条，上下各一条黄线框住它。 */
for (i = START_C0; i <= START_C1; i = i + 1u)
{
draw_cell(START_R - 1u, i, G_BAR, C_YELLOW);
draw_cell(START_R, i, G_SOLID, C_GREEN);
draw_cell(START_R + 1u, i, G_BAR, C_YELLOW);
}
draw_cell(START_R, 17u, G_S, C_BLACK);
draw_cell(START_R, 18u, G_T, C_BLACK);
draw_cell(START_R, 19u, G_A, C_BLACK);
draw_cell(START_R, 20u, G_R, C_BLACK);
draw_cell(START_R, 21u, G_T, C_BLACK);
/* 下方提示条 */
for (i = 12u; i <= 27u; i = i + 1u)
@@ -561,10 +626,10 @@ void level_main(void)
draw_frame();
draw_all_covered();
draw_cell(RET_R, RET_C, G_BAR, C_YELLOW); /* 左上角黄格 = 返回 */
set_bg(C_BLUE);
set_bg(C_BLACK);
update_cursor_reg();
REG_W(LED_ADDR) = NMINES;
REG_W(REG_SEG) = NMINES; /* 数码管显示剩余雷数 */
REG_W(LED_ADDR) = g_mines;
REG_W(REG_SEG) = g_mines; /* 数码管显示剩余雷数 */
/* ---- 关卡主循环 ---- */
while (g_exit == 0u)
@@ -595,7 +660,7 @@ void level_main(void)
}
else
{
set_bg(C_BLUE);
set_bg(C_BLACK);
}
}
}
@@ -615,6 +680,7 @@ int main(void)
crt_zero_bss(); /* 清 .bss（上电 RAM 本来就是 0，保险起见） */
rnd_state = REG_R(REG_TIME) | 1u; /* 用自由计数器当随机种子 */
g_difficulty = 1u; /* 默认普通：40 颗雷 */
REG_W(REG_MCTRL) = 1u; /* 打开鼠标中断（IRQ2，入口 0x200） */
REG_W(REG_LEVEL) = 0u; /* 清关卡软中断 */
saolei/tools/build.ps1
+7 -2
View File
@@ -58,6 +58,11 @@ $OBJDUMP = $Prefix + 'objdump'
$OBJCOPY = $Prefix + 'objcopy'
$SIZE = $Prefix + 'size'
$Python = 'py'
if (-not (Get-Command $Python -ErrorAction SilentlyContinue)) {
$Python = 'python'
}
Write-Output "工具链前缀: $Prefix"
# ---------------------------------------------------------------- 编译参数
@@ -139,7 +144,7 @@ Write-Output "反汇编清单: $lst"
$isaOk = $true
if (-not $SkipIsaCheck) {
Write-Output ""
& py (Join-Path $PSScriptRoot 'check_isa.py') $lst
& $Python (Join-Path $PSScriptRoot 'check_isa.py') $lst
if ($LASTEXITCODE -ne 0) { $isaOk = $false }
}
@@ -149,7 +154,7 @@ $hex = Join-Path $build 'saolei.hex'
$vh = Join-Path $root '..\pipelined-cpu\srcs\board\cpu21_saolei_rom.vh'
& $OBJCOPY -O binary $elf $bin
& py (Join-Path $PSScriptRoot 'elf2hex.py') $bin $hex $RomWords $vh
& $Python (Join-Path $PSScriptRoot 'elf2hex.py') $bin $hex $RomWords $vh
# ---------------------------------------------------------------- 汇总
Write-Output ""