Anccend/risc-v-cpu
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risc-v-cpu/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_vga.v
T
Alpha 10d4836ad7 fix(saolei): 修 hard 模式光标到某一格就跳回最左边（列只有 5 位） 
现象：只看 hard 模式时，光标移到某一排的某个格子后再往右，会跳回最左边。

原因：光标的列字段只有 5 位。
- 软件 update_cursor_reg()：REG_CURSOR = (cur_c & 31u) | ...
- RTL cpu21_vga.v：cursor_here = (cursor_i[4:0] == ccol) && ...
hard 棋盘宽 30、左上角列 5，光标列能到 35，35 被掩成 3，于是画在第 3 列。
初级/中级列最大 25 以内，所以只有 hard 暴露出来；背景界面光标能走到列 39，
同样受影响。

改法：
- saolei.c：列掩码 31u -> 63u（6 位，覆盖 0..39）
- cpu21_vga.v：cursor_i[4:0] -> cursor_i[5:0]
2026-09-23 21:13:35 +08:00

329 lines
18 KiB
Verilog
Raw Blame History

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`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
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