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risc-v-cpu/cpu21_board_top.xdc
T
Anccend 1ae6fe6ebe 上板支持:Nexys4DDR 顶层、片内 ROM/RAM 与 MMIO 跑马灯演示
- 新增 cpu21_board_top.v:上板顶层。处理器顶层暴露了 775 位调试端口,直接作为
  实现顶层会因 IO 超限无法布局布线([Place 30-415] IO Placement failed due to
  overutilization),本模块只引出板上真正需要的 23 个引脚
  (clk100 / rst_n / go / irq_sw[2:0] / led[15:0] / led_we)。
  * 100 MHz 经 CLK_DIV=16 分频到 6.25 MHz:ALU 的除法/取余是组合电路,
    100 MHz 下 WNS=-84.126 ns(325 级逻辑)无法收敛,分频后 WNS=+6.083 ns。
  * 分频时钟由 Vivado 自动插入 BUFG;RTL 中不例化原语,以便跨工具仿真。
  * 复位同步器、片内 ROM(1024x32,组合读,`include cpu21_board_rom.vh`)、
    片内 RAM(1024x32,字节写使能,只响应地址 <4KB,避免与 MMIO 地址别名)。
- 新增 cpu21_board_top.xdc:Nexys4DDR 引脚约束 + create_generated_clock。
- 新增 tools/hex2vh.py:把 hex 机器码转成 rom[i] = 32'h...; 初始化包含文件。
- 新增 testbench/programs/board_demo.asm 与 testbench/tb_board_top.v:
  16 步跑马灯演示程序(通过 MMIO 写 LED)。仿真验证:默认 ROM 下首次写入
  LED=0001,快速 ROM 下完整序列 0001..8000 循环。
- 新增 cpu21_board_rom.vh / cpu21_board_rom_fast.vh,由 BOARD_ROM_FAST 宏选择。
- tools/rv_asm.py:读源文件时兼容带 BOM 的 UTF-8。
- 测试资源:补齐 lui_test.expected;修正 mmio_test.expected(print 由
  lui+sw 实现,本身就是一次 LED 写,共 5 次)。三个回归全部通过:
  isa_test 24/24、lui_test 4/4、mmio_test 5/5。
- .gitignore:忽略 _tmp/、_vivado/、*.vcd、*.pb、*.hex.lst。
- 说明文档:模块划分表补上上板相关模块,新增“上板(Nexys4DDR + Vivado)”
  章节(引脚分配、分频原因、ROM/RAM 组织、ROM 生成流程、Vivado 工程设置、
  实现结果)。

实现结果:synth_design / route_design / write_bitstream 全部完成,
LUT 5400 (8.52%)、LUTRAM 512、FF 2507、DSP 12、IOB 23 (10.95%),
bit 文件为 pipelined-cpu/pipelined-cpu.runs/impl_1/cpu21_board_top.bit
(Vivado 工程目录被 .gitignore 排除,不入库)。
2026-09-13 17:37:44 +08:00

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2.9 KiB
Tcl
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## cpu21_board_top.xdc —— Nexys4DDR (xc7a100tcsg324-1) 上板引脚
## 引脚编号取自 ConstraintsData/Nexys4DDR_Master.xdc(母版默认全部注释)。
## 只约束 cpu21_board_top 实际使用的端口。
## 100 MHz 板载时钟
set_property -dict { PACKAGE_PIN E3 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { clk100 }]
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -waveform {0 5} [get_ports { clk100 }]
## CPU 时钟:板上 100 MHz 经 CLK_DIV(=16) 分频
## (与 cpu21_board_top.v 的 CLK_DIV 保持一致;改分频比时这里也要改)
create_generated_clock -name cpu_clk -source [get_ports { clk100 }] \
-divide_by 16 [get_pins { clk_div_reg/Q }]
## 复位按键(CPU_RESETN,低有效)与"继续运行"按键(BTNC)
set_property -dict { PACKAGE_PIN C12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { rst_n }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { go }]
## 拨码开关 SW[2:0] 作为三路中断源
set_property -dict { PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { irq_sw[0] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN L16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { irq_sw[1] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN M13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { irq_sw[2] }]
## 16 位 LED:显示 MMIO 写入值的低 16 位
set_property -dict { PACKAGE_PIN H17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[0] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN K15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[1] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN J13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[2] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[3] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[4] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[5] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[6] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[7] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[8] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN T15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[9] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[10] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN T16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[11] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[12] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[13] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[14] }]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V11 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led[15] }]
## LED16_B:MMIO 写入指示(拉长约 2.7 s,CLK_DIV=16 下的 CPU 时钟)
set_property -dict { PACKAGE_PIN R12 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { led_we }]
## 上板调试时可把 MMIO 写入的 LED 寄存器也引到 LED16_R/G,
## 但默认只用一个引脚,避免与 led_we 争用。