`timescale 1ns / 1ps
// =============================================================================
// tb_saolei —— 没有 VGA 显示器时的"扫雷调试台"
//
// 做法：跑真实的板级顶层 cpu21_board_top（宏 SAOLEI_ROM = 扫雷程序），用 5 向按键
// 模拟鼠标（板上 BTNC = 左键、BTNU/D/L/R = 上下左右，R15=SW3 = 插旗模式），
// 定期把显存 1200 字节 dump 成文本；再由 saolei/tools/fb2png.py 按 cpu21_vga.v
// 里的 8x8 字库与 3 位调色板还原成 PNG —— 等价于给 VGA 画面"截图"。
//
// 编译（注意两个 -d 都要带 SAOLEI_ROM）：
//   xvlog -d SAOLEI_ROM -i srcs/board -i srcs/rtl srcs/rtl/*.v \
//         srcs/board/cpu21_board_top.v srcs/tb/tb_saolei.v
//   xelab -d SAOLEI_ROM -top tb_saolei -snapshot saolei_sim
//   xsim   saolei_sim -tclbatch run_all.tcl
//
// 说明：为了在仿真里按键快一点，用 defparam 把 cpu21_pointer 的去抖采样周期
// 从 50000 个 CPU 周期（1 ms @50 MHz）压到 50（1 us），这样每次"按键"只要几微秒
// 就能产生一个事件；上板时那个参数仍然是 50000，行为不变。
// =============================================================================

module tb_saolei;

    // ---- 板级顶层端口 ----
    reg         clk100 = 1'b0;
    reg         rst_n  = 1'b0;
    reg         go     = 1'b0;
    reg  [ 2:0] irq_sw = 3'b000;
    reg         btnu   = 1'b0;
    reg         btnd   = 1'b0;
    reg         btnl   = 1'b0;
    reg         btnr   = 1'b0;
    reg         sw_flag = 1'b0;

    wire [15:0] led;
    wire        led_we;
    wire [ 7:0] an;
    wire [ 6:0] seg;
    wire        dp;
    wire [ 3:0] vga_r, vga_g, vga_b;
    wire        vga_hs, vga_vs;

    // 100 MHz 参考时钟
    always #5 clk100 = ~clk100;

    cpu21_board_top #(
                        .POINTER_SAMPLE_DIV(50)      // 仿真里加速按键去抖（上板默认 50000）
                    ) dut (
                        .clk100  (clk100),
                        .rst_n   (rst_n),
                        .go      (go),
                        .irq_sw  (irq_sw),
                        .btnu    (btnu),
                        .btnd    (btnd),
                        .btnl    (btnl),
                        .btnr    (btnr),
                        .sw_flag (sw_flag),
                        .led     (led),
                        .led_we  (led_we),
                        .an      (an),
                        .seg     (seg),
                        .dp      (dp),
                        .vga_r   (vga_r),
                        .vga_g   (vga_g),
                        .vga_b   (vga_b),
                        .vga_hs  (vga_hs),
                        .vga_vs  (vga_vs),
                        .ps2_clk (1'b1),
                        .ps2_data(1'b1)
                    );

    // （按键去抖已通过上面的 POINTER_SAMPLE_DIV(50) 参数加速，不用 defparam）

    // ---------------------------------------------------------------- 按键
    // which: 0=go(左键) 1=btnu 2=btnd 3=btnl 4=btnr
    task press;
        input integer which;
        input integer us;      // 按住时长（微秒）
        begin
            case (which)
                0:
                    go   = 1'b1;
                1:
                    btnu = 1'b1;
                2:
                    btnd = 1'b1;
                3:
                    btnl = 1'b1;
                4:
                    btnr = 1'b1;
            endcase
            #(us * 1000);
            case (which)
                0:
                    go   = 1'b0;
                1:
                    btnu = 1'b0;
                2:
                    btnd = 1'b0;
                3:
                    btnl = 1'b0;
                4:
                    btnr = 1'b0;
            endcase
            #(200 * 1000);     // 松开后留 200 us 让 CPU 消费事件
        end
    endtask

    task click;                // 左键点一下
        begin
            press(0, 50);
        end
    endtask

    // ---------------------------------------------------------------- 显存 dump
    integer fh, w, b;
    integer cursor_row, cursor_col;

    // ---- 统计：MMIO 显存写脉冲数 + 当前非零格数 ----
    integer fb_we_cnt = 0;
    always @(posedge dut.clk_cpu)
        if (dut.fb_we)
            fb_we_cnt = fb_we_cnt + 1;

    // ---- 鼠标事件链路三个关键节点 ----
    //   ptr_ev  : cpu21_pointer 产生事件（ev_valid_o 高的周期数）
    //   irq_hi  : 鼠标中断线 irq_vec[0] 为高的周期数
    //   irq_rise: 该线的上升沿次数（CPU 按上升沿响应中断）
    integer ptr_ev = 0, irq_hi = 0, irq_rise = 0;
    reg     irq_prev_q;
    initial irq_prev_q = 1'b0;
    always @(posedge dut.clk_cpu) begin
        if (dut.g_btn.u_ptr.ev_valid_o) ptr_ev = ptr_ev + 1;
        if (dut.irq_vec[0]) irq_hi = irq_hi + 1;
        irq_prev_q <= dut.irq_vec[0];
        if (dut.irq_vec[0] && !irq_prev_q) irq_rise = irq_rise + 1;
    end

    // 每毫秒打一行，观察事件链路
    integer tick_ms;
    initial
        for (tick_ms = 1; tick_ms <= 20; tick_ms = tick_ms + 1) begin
            #1000000;
            $display("[mouse] %0t ns: ptr_ev=%0d irq_hi=%0d irq_rise=%0d", $time, ptr_ev, irq_hi, irq_rise);
        end

    integer nz_cnt = 0;      // 当前非零格数（dump 时统计）

    // ---- PC 热点直方图：确定 CPU 此刻卡在哪个循环 ----
    integer pc_hist[0:255];
    integer pi;
    initial
        for (pi = 0; pi < 256; pi = pi + 1)
            pc_hist[pi] = 0;
    always @(posedge dut.clk_cpu)
        pc_hist[dut.u_cpu.pc_q[9:2]] = pc_hist[dut.u_cpu.pc_q[9:2]] + 1;

    // ---- 探针：控制流日志 ----
    // 1) 记录所有非顺序跳转（1 ms 之后、最多 300 条），用来复盘"跑飞"的路径；
    // 2) 单独标出跳进 ISR 段之间空洞（0x194-0x1FF / 0x218-0x2FF）的时刻。
    reg [31:0] pc_prev;
    integer    jmp_log;
    initial begin
        pc_prev = 32'hFFFF_FFFF;
        jmp_log = 0;
    end
    always @(posedge dut.clk_cpu) begin
        pc_prev <= dut.u_cpu.pc_q;
        if (dut.u_cpu.pc_q != (pc_prev + 32'd4)) begin
            if ($time > 1000000 && jmp_log < 300) begin
                $display("[jmp] %0t ns: 0x%03h -> 0x%03h", $time, pc_prev, dut.u_cpu.pc_q);
                jmp_log = jmp_log + 1;
            end
            if ((dut.u_cpu.pc_q >= 32'h0000_0194 && dut.u_cpu.pc_q < 32'h0000_0200) ||
                (dut.u_cpu.pc_q >= 32'h0000_0218 && dut.u_cpu.pc_q < 32'h0000_0300))
                $display("[gap] %0t ns: PC 0x%03h -> 0x%03h （跳进空洞）", $time, pc_prev, dut.u_cpu.pc_q);
        end
    end

    task dump_pc;
        integer i1, i2, best, besti;
        begin
            $display("  [pc] 热点（pc, 命中数）:");
            for (i1 = 0; i1 < 3; i1 = i1 + 1) begin
                best = -1;
                besti = -1;
                for (i2 = 0; i2 < 256; i2 = i2 + 1)
                    if (pc_hist[i2] > best) begin
                        best = pc_hist[i2];
                        besti = i2;
                    end
                if (besti >= 0 && best > 0) begin
                    $display("      pc=0x%03h  count=%0d", besti << 2, best);
                    pc_hist[besti] = 0;
                end
            end
        end
    endtask

    // ---- RAM 窗口（核对变量地址映射）----
    task dump_ramwin;
        integer i3;
        begin
            $display("  [ram] 0x00..0x3F: %08h %08h %08h %08h %08h %08h %08h %08h",
                     dut.ram[0], dut.ram[1], dut.ram[2], dut.ram[3],
                     dut.ram[4], dut.ram[5], dut.ram[6], dut.ram[7]);
            $display("  [ram] 0x100..0x11F: %08h %08h %08h %08h %08h %08h %08h %08h",
                     dut.ram[32'h0100 >> 2], dut.ram[32'h0104 >> 2],
                     dut.ram[32'h0108 >> 2], dut.ram[32'h010C >> 2],
                     dut.ram[32'h0110 >> 2], dut.ram[32'h0114 >> 2],
                     dut.ram[32'h0118 >> 2], dut.ram[32'h011C >> 2]);
        end
    endtask

    //   g_exit=0x04 g_in_level=0x08 acc_y=0x40C acc_x=0x410 cur_c=0x414
    //   cur_r=0x418 g_first_done=0x420 g_state=0x424
    //   g_evq_lost=0x490 g_evq_tail=0x494 g_evq_head=0x498
    task dump_vars;
        begin
            $display("  [vars] exit=%0d in_level=%0d cur=(r%0d,c%0d) acc=(%0d,%0d) first=%0d state=%0d lost=%0d evq(h=%0d,t=%0d)",
                     dut.ram[32'h0004 >> 2], dut.ram[32'h0008 >> 2],
                     dut.ram[32'h0418 >> 2], dut.ram[32'h0414 >> 2],
                     dut.ram[32'h0410 >> 2], dut.ram[32'h040C >> 2],
                     dut.ram[32'h0420 >> 2], dut.ram[32'h0424 >> 2],
                     dut.ram[32'h0490 >> 2],
                     dut.ram[32'h0498 >> 2], dut.ram[32'h0494 >> 2]);
        end
    endtask

    task dump_fb;
        input [1023:0] fname;
        integer k2, b2;
        begin
            nz_cnt = 0;
            for (k2 = 0; k2 < 300; k2 = k2 + 1)
                for (b2 = 0; b2 < 4; b2 = b2 + 1)
                    if (dut.fb[k2][b2*8 +: 8] != 8'h00)
                        nz_cnt = nz_cnt + 1;
            cursor_row = dut.u_vga.cursor_i[12:8];
            cursor_col = dut.u_vga.cursor_i[4:0];
            fh = $fopen(fname, "w");
            $fwrite(fh, "# tb_saolei framebuffer dump\n");
            $fwrite(fh, "TIME %0t\n", $time);
            $fwrite(fh, "CURSOR %0d %0d\n", cursor_row, cursor_col);
            $fwrite(fh, "CTRL 0x%02X\n", dut.u_vga.ctrl_i[7:0]);
            $fwrite(fh, "STATS fb_we=%0d nonzero=%0d\n", fb_we_cnt, nz_cnt);
            $fwrite(fh, "FB 1200\n");
            for (w = 0; w < 300; w = w + 1)
                for (b = 0; b < 4; b = b + 1)
                    $fwrite(fh, "%02X\n", dut.fb[w][b*8 +: 8]);
            $fclose(fh);
            $display("[tb_saolei] %0t ns  dump -> %0s (cursor=%0d,%0d fb_we=%0d nonzero=%0d)",
                     $time, fname, cursor_row, cursor_col, fb_we_cnt, nz_cnt);
            dump_vars;
            dump_pc;
            dump_ramwin;
        end
    endtask

    // ---------------------------------------------------------------- 完整一局用的工具
    // 从 RAM 的位图里取一位（mine_bm @0x470 / open_bm @0x450，字内小端）
    function integer bitof;
        input integer base;
        input integer idx;
        begin
            bitof = (dut.ram[(base >> 2) + (idx >> 5)] >> (idx & 31)) & 1;
        end
    endfunction

    // 已揭开格数（直接数 open_bm 的 1），目标 = 256 - 40 = 216
    integer open_n;
    task count_open;
        integer k3;
        begin
            open_n = 0;
            for (k3 = 0; k3 < 256; k3 = k3 + 1)
                open_n = open_n + bitof(32'h0000_0450, k3);
        end
    endtask

    // 快速按键（按住/松开时长都可控）：去抖周期已由 POINTER_SAMPLE_DIV=50 缩短
    task press_t;
        input integer which;
        input integer hold_us;
        input integer gap_us;
        begin
            case (which)
                0: go   = 1'b1;
                1: btnu = 1'b1;
                2: btnd = 1'b1;
                3: btnl = 1'b1;
                default: btnr = 1'b1;
            endcase
            #(hold_us * 1000);
            case (which)
                0: go   = 1'b0;
                1: btnu = 1'b0;
                2: btnd = 1'b0;
                3: btnl = 1'b0;
                default: btnr = 1'b0;
            endcase
            #(gap_us * 1000);
        end
    endtask

    task click_t;
        begin
            press_t(0, 30, 150);
        end
    endtask

    // 把光标移到盘面格 (tr, tc)：每次按键后等软件把事件消化掉再回读位置，
    // 丢了/多了事件都能自动纠正。盘面格 (0,0) 对应网格 (BOARD_R0, BOARD_C0) = (7, 12)。
    task move_to_cell;
        input integer tr;
        input integer tc;
        integer cr, cc2;
        begin
            cr  = dut.ram[32'h0418 >> 2];
            cc2 = dut.ram[32'h0414 >> 2];
            while (cr > (7 + tr)) begin
                press_t(1, 20, 120);
                cr = dut.ram[32'h0418 >> 2];
            end
            while (cr < (7 + tr)) begin
                press_t(2, 20, 120);
                cr = dut.ram[32'h0418 >> 2];
            end
            while (cc2 > (12 + tc)) begin
                press_t(3, 20, 120);
                cc2 = dut.ram[32'h0414 >> 2];
            end
            while (cc2 < (12 + tc)) begin
                press_t(4, 20, 120);
                cc2 = dut.ram[32'h0414 >> 2];
            end
        end
    endtask

    // 落位 + 校验：没到位就重试（最多 6 次），彻底避免“以为到了、实际差一格”去点错格
    task goto_cell;
        input integer tr;
        input integer tc;
        integer tries;
        begin
            tries = 0;
            while (((dut.ram[32'h0418 >> 2] != (7 + tr)) || (dut.ram[32'h0414 >> 2] != (12 + tc))) && (tries < 6)) begin
                move_to_cell(tr, tc);
                #(300 * 1000);
                tries = tries + 1;
            end
            if (tries >= 6)
                $display("  [game] !!! 定位 (%0d,%0d) 失败，实际 cur=(%0d,%0d)", tr, tc,
                         dut.ram[32'h0418 >> 2], dut.ram[32'h0414 >> 2]);
        end
    endtask

    // 扫完全盘：安全格揭开、雷格插旗；雷区位置直接从 RAM 里的 mine_bm 读
    task sweep_board;
        integer rr, cc, idx;
        begin : sweep_blk
            for (rr = 0; rr < 16; rr = rr + 1) begin
                for (cc = 0; cc < 16; cc = cc + 1) begin
                    idx = rr * 16 + cc;
                    goto_cell(rr, cc);
                    if (bitof(32'h0000_0470, idx) != 0) begin
                        sw_flag = 1'b1;
                        #(30 * 1000);
                        click_t;
                        sw_flag = 1'b0;
                        #(30 * 1000);
                    end
                    else
                        click_t;
                    // 中途退出关卡就立即报警并收手
                    if (dut.ram[32'h0008 >> 2] == 0) begin
                        $display("  [game] *** 在盘面 (%0d,%0d) 处退出了关卡！cur=(%0d,%0d) state=%0d",
                                 rr, cc, dut.ram[32'h0418 >> 2], dut.ram[32'h0414 >> 2],
                                 dut.ram[32'h0424 >> 2]);
                        disable sweep_blk;
                    end
                    // 赢了/输了也收手
                    if (dut.ram[32'h0424 >> 2] != 0)
                        disable sweep_blk;
                end
                count_open;
                $display("  [game] 第 %0d 行扫完：已揭开 %0d / 216, state=%0d, 旗=%0d, cur=(%0d,%0d)",
                         rr, open_n, dut.ram[32'h0424 >> 2], dut.ram[32'h0428 >> 2],
                         dut.ram[32'h0418 >> 2], dut.ram[32'h0414 >> 2]);
                if (rr == 3)
                    dump_fb("fb_10_sweep_a.txt");
                if (rr == 7)
                    dump_fb("fb_11_sweep_b.txt");
                if (rr == 11)
                    dump_fb("fb_12_sweep_c.txt");
            end
        end
    endtask

    // ---------------------------------------------------------------- 主流程
    initial begin
        $display("[tb_saolei] === start (SAOLEI_ROM)：完整一局 ===");
        #2000;
        rst_n = 1'b1;

        // 1) 开始界面
        #(2 * 1000000);
        dump_fb("fb_00_start.txt");

        // 2) 点 START（光标初始就停在按钮上）-> 写 LEVEL -> IRQ1 进关卡
        click_t;
        #(2 * 1000000);
        dump_fb("fb_01_level.txt");
        $display("  [game] 进关卡：in_level=%0d state=%0d", dut.ram[32'h0008 >> 2], dut.ram[32'h0424 >> 2]);

        // 3) 关卡内点盘面中心一格：放雷 + 首次展开（第一下必安全）
        click;
        #(3 * 1000000);
        dump_fb("fb_02_firstclick.txt");
        count_open;
        $display("  [game] 首次点击后：first=%0d 已揭开 %0d / 216 state=%0d",
                 dut.ram[32'h0420 >> 2], open_n, dut.ram[32'h0424 >> 2]);

        // 4) 蛇形扫完全盘：揭开全部 216 个安全格 + 给 40 颗雷插旗 -> 目标通关
        sweep_board;
        #(3 * 1000000);
        dump_fb("fb_13_after_sweep.txt");
        count_open;
        $display("  [game] 扫完后：已揭开 %0d / 216, 旗=%0d, state=%0d, 丢事件=%0d",
                 open_n, dut.ram[32'h0428 >> 2], dut.ram[32'h0424 >> 2], dut.ram[32'h0490 >> 2]);

        // 5) 通关后再点一下 = 返回背景（回到开始界面）
        click_t;
        #(3 * 1000000);
        dump_fb("fb_14_back_to_start.txt");

        $display("  [game] === 结束：state=%0d（1=WIN 2=LOSE）已揭开 %0d/216 旗=%0d 丢事件=%0d ===",
                 dut.ram[32'h0424 >> 2], open_n, dut.ram[32'h0428 >> 2], dut.ram[32'h0490 >> 2]);
        $finish;
    end

endmodule