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risc-v-cpu/testbench/programs/mmio_test.asm
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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# MMIO 验证程序:写 LED 寄存器(0x0000_1000)-> 读回 -> 字节写 -> 再读回。
# 期望 LED 输出顺序(共 5 次,见同目录 mmio_test.expected):
# ① 12345678 sw 0x12345678
# ② 12345678 lw 读回后 print(print = lui t6 + sw a0,0(t6),本身就是一次 MMIO 写)
# ③ ffffffff sw 0xffffffff
# ④ ffff7fff sb 0x7f 覆盖 led[15:8]
# ⑤ ffff7fff 读回后 print
# 用法:python tools/rv_asm.py testbench/programs/mmio_test.asm <仿真工作目录>/risc-v-benchmark_ccab.hex
lui t0, 0x1 # t0 = LED_ADDR = 0x00001000
lui t1, 0x12345
addi t1, t1, 0x678 # t1 = 0x12345678
sw t1, 0(t0) # ① MMIO 写 LED
lw a0, 0(t0) # MMIO 读回
print # ② 应为 12345678
addi t2, zero, -1 # t2 = 0xffffffff
sw t2, 0(t0) # ③ 应为 ffffffff
addi t3, zero, 0x7f
sb t3, 1(t0) # 字节写:led[15:8] = 0x7f
lw a0, 0(t0) # 读回
print # ④ 应为 ffff7fff
halt