`timescale 1ns / 1ps
`default_nettype none

// -----------------------------------------------------------------------------
// 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 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。
//
// 网格：40 列 x 30 行，每格 16x16 像素 = 640x480。
//
// 时钟：本模块工作在 CPU 时钟（clk）下，用 tick（每 2 个 clk 一个使能）产生
// 25 MHz 的像素节拍。**不引入第二个时钟域**，因此显示缓冲区的读（本模块）
// 与写（MMIO，同一时钟）之间没有跨时钟域问题。
//
// 光标：由 CURSOR 寄存器的 (x,y) 决定，在对应格子上画一个黄色常亮的方框（2 像素宽）
// （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
);

  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;

  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);

  // 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

  assign fb_raddr_o = cidx[10:1];  // 字地址（1 字 = 2 格）

  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 [ 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；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 [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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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
        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。
  // ---------------------------------------------------------------------------
  // 列必须比 6 位（0..39）：hard 难度的棋盘宽 30，光标能到列 35，
  // 以前这里只取 [4:0]，35 被当成 3，光标会“跳回最左边”。
  wire cursor_here = (cursor_i[5:0] == 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

`default_nettype wire