Anccend/risc-v-cpu
1
0
Fork 0
Code Issues Pull Requests Actions Packages Projects Releases Wiki Activity

feat(board): 中断综合测试程序上板 + 可变分频/刷新率；README 大幅扩写

Browse Source 
板级顶层（srcs/board/cpu21_board_top.v）
- ROM 增加 RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM 分支，中断入口 0x0AC/0x1E4/0x308；
  与 SAOLEI_ROM / BOARD_ROM_FAST / 默认跑马灯构成 ifdef 链
- 新增参数 CLK_DIV_INTRUPT：跑中断测试程序时用更慢的 CPU 时钟（默认 32
  = 3.125 MHz），让数码管上每个数值停留约 160 ms 便于观察
- 数码管扫描分频随 CPU 分频缩放（SEG_REFRESH_DIV = 100000/CPU_DIV），
  保证每位数码管仍是 125 Hz（不闪）；数码管改显示 MMIO 的 led_data；
  LED[2:0] 改为锁存式中断指示（请求上升沿点亮、对应 ISR 执行 uret 后熄灭）
- 复位同步器/led_we 指示等注释同步更新；srcs/rtl/cpu21_seg7.v 分频计数
  加宽到 20 位以容纳随主频变化的 REFRESH_DIV

工具与程序
- tools/adapt_intrupt_ccab.py：把课程中断测试镜像适配成上板 ROM。六处适配
  （ISR 停机 ecall、显示改 MMIO+DISP_DLY、ISR2/ISR3 出栈顺序、ISR3 SB 测试
  用未保存寄存器、ISR 破坏 ra 的 DISP_DLY_ISR），全部 2 字换 2 字，
  不移动任何指令地址；带断言与 jal 目标自检
- programs/risc-v-intrupt-ccab.asm/.hex：课程中断综合测试程序（含六处适配说明）
- create_project.tcl：新增 use_intrupt_ccab / use_saolei 开关，自动把对应
  ROM 头文件按 Verilog Header 加入 sources_1 并定义宏
- tools/rars_f0c874c.jar：课程 RARS 汇编器移到 tools/

文档（README.md）
- 新增"各模块的实现方式"：按流水线主体 / 外设 / 板级逐模块讲实现要点
- 新增"内置程序与宏的用法"：ROM 宏表（含各自的中断入口）、GUI/Tcl/命令行
  三种定义方式、中断程序的适配流程与仿真验证方法
- 新增"分频与刷新率一览"：CLK_DIV / CLK_DIV_INTRUPT / SEG_REFRESH_DIV /
  led_we 时长 / DISP_DLY 延时常量分别在哪里改、怎么换算
- 修正引脚表（LED[2:0] 中断指示、led_we 0.34 s、CPU_DIV）与 ROM/RAM 说明
  （ROM 8192 字 = 32 KB），补充中断程序上板现象与 ROM 头文件清单

验证：不带宏 / 带 RISC_V_INTRUPT_CCAB_ROM 两种配置 xvlog 编译均无错误；
三路嵌套与 IRQ3 抢占 ISR1 的仿真通过（level 逐级升降、uepc 正确恢复、
halted=0）；tools/check_rtl_text.ps1 体检 OK。
This commit is contained in:
Anccend
2026-09-19 15:44:47 +08:00
parent 4f82331dbe
commit f7844b7b1c
11 changed files with 2702 additions and 890 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files
pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v
+373 -309
View File
@@ -9,12 +9,18 @@
// （[Place 30-415] IO Placement failed due to overutilization）。本模块只把
// 开发板真正需要的外设引出来，其余调试端口不连接，因此不占用引脚：
//
// clk100 (E3) -> CPU 时钟（100 MHz，经 CLK_DIV 分频后给 CPU）
// clk100 (E3) -> CPU 时钟（100 MHz，经 CPU_DIV 分频后给 CPU；默认 50 MHz，
// 跑中断综合测试程序时用更慢的 CLK_DIV_INTRUPT，
// 让数码管上每个数值停留更久，便于观察）
// rst_n (C12) -> 复位按键 CPU_RESETN，低有效，经复位同步器
// go (N17) -> 按键 BTNC：ecall 停机后按下继续运行
// irq_sw[2:0] -> 拨码开关 SW[2:0]：3 路中断源
// led[15:0] -> 板载 LED[15:0]：显示 MMIO（LED_ADDR）写入值的低 16 位
// led[15:0] -> 板载 LED[15:0]：LED[2:0] = 三路中断指示，从该路中断
// 请求出现开始点亮，一直到它的 ISR 执行 uret 返回后才熄灭；
// LED[15:3] 熄灭
// led_we (R12) -> LED16_B：有 MMIO 写入时亮，并拉长约 0.34 s 便于观察
// an/seg/dp -> 板载 8 位七段数码管：显示程序写入 LED_ADDR 的 32 位
// 十六进制数据（每 4 位对应一个数码管）
//
// 片内存储器：
// ROM：ROM_WORDS 字，组合读，内容由 `include "cpu21_board_rom.vh"` 给出
@@ -25,347 +31,405 @@
// 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,
// 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
) (
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
) (
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);
wire arst = ~rst_n; // 异步复位（高有效）
// ---------------------------------------------------------------------------
// 时钟：100 MHz / CLK_DIV（默认 2 = 50 MHz）给 CPU。
//
// 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，
// 改分频比时两处要一起改。
// ---------------------------------------------------------------------------
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 == (CLK_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;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 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
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;
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; // 数码管：8 位十六进制
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 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。
wire [ 2:0] irq_vec = {irq_sw[2], (level_irq | irq_sw[1]), (mouse_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;
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"
`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"
// 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;
`else
`include "cpu21_board_rom.vh"
localparam integer CPU_DIV = CLK_DIV;
`endif
end
// 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;
// ---------------------------------------------------------------------------
// 数据 RAM：字节写使能 + 组合读
// ---------------------------------------------------------------------------
reg [31:0] ram[0:RAM_WORDS-1];
integer j;
wire arst = ~rst_n; // 异步复位（高有效）
initial begin
for (j = 0; j < RAM_WORDS; j = j + 1)
ram[j] = 32'b0;
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 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;
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);
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 [31:0] instr_word = rom[rom_index];
wire [31:0] data_rdata = ram_sel ? ram[ram_index] : 32'b0;
wire clk_cpu = clk_div;
always @(posedge clk_cpu) begin
// ---------------------------------------------------------------------------
// 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
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。
wire [2:0] irq_vec = {irq_sw[2], (level_irq | irq_sw[1]), (mouse_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;
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"
`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 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"
`endif
end
// ---------------------------------------------------------------------------
// 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;
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];
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
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),
// 三个中断入口：必须与 sw/linker.ld 里
// .text.isr1/2/3 的地址一致
// IRQ1(0x100) = 关卡（游戏）入口
// IRQ2(0x200) = 鼠标读取
// IRQ3(0x300) = 备用
.IRQ1_VECTOR (32'h0000_0100),
.IRQ2_VECTOR (32'h0000_0200),
.IRQ3_VECTOR (32'h0000_0300)
) u_cpu (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.instr_i (instr_word),
.data_rdata_i(data_rdata),
.irq_i (irq_vec),
.go_i (go),
// ---------------------------------------------------------------------------
// 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)
`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)
`endif
) 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)
);
// 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：显示 MMIO 写入值的低 16 位；写入指示拉长便于观察
// ---------------------------------------------------------------------------
assign led = led_data[15:0];
// ---------------------------------------------------------------------------
// 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
reg [23:0] led_we_cnt;
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)
led_we_cnt <= 24'd0;
else if (led_valid)
led_we_cnt <= 24'hFF_FFFF; // 约 0.34 s @50 MHz
else if (led_we_cnt != 24'd0)
led_we_cnt <= led_we_cnt - 24'd1;
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_we = (led_we_cnt != 24'd0);
assign led = {{13{1'b0}}, irq_led_q};
// ===========================================================================
// 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
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;
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 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
// ---- 显存 ----
reg [31:0] fb [0:FB_WORDS-1];
integer k;
// ---- 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
initial begin
for (k = 0; k < FB_WORDS; k = k + 1) fb[k] = 32'b0;
end
always @(posedge clk_cpu) begin
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];
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
end
wire [31:0] fb_rdata = fb[fb_raddr];
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;
// ---- 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)
);
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（显示项目程序写的 8 位十六进制数）----
cpu21_seg7 u_seg7 (
.clk (clk_cpu),
.reset (reset),
.seg_data_i(seg_data),
.an_en_i (8'hFF),
.an_o (an),
.seg_o (seg),
.dp_o (dp)
);
// ---- 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}
// ---- 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
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 ()
)
;
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(50000)
) 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
else begin : g_btn
cpu21_pointer #(
.SAMPLE_DIV(50000)
) 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/risc-v-intrupt-ccab.vh
+1027
View File
File diff suppressed because it is too large Load Diff