## 背景
在原有五级流水 CPU 的基础上,用一颗 RISC-V 工具链把"纯 C 写的扫雷"编译成机器码
固化进片内 ROM 运行,并为此把 MMIO 外设从"只有一个 LED 寄存器"扩展成
显示(VGA 显存)+ 七段数码管 + 鼠标事件(含中断)的完整子系统。
原 LED MMIO 的语义保持不变,原有跑马灯/中断/指令回归不受影响。
## 硬件(pipelined-cpu/srcs)
- cpu21_mmio.v:扩展成 MMIO 中枢,新增
* 七段数码管寄存器(0x1004,8 位十六进制)
* 鼠标寄存器组(0x1100+):STATUS/DATA/ACK/CTRL/INPUT/TIME/FRAME/EVCNT/LEVEL/MAGIC
—— 含 16 项事件 FIFO 与 mouse_irq_o(读空自动回 0,不丢事件)
* 显示控制器(0x1140+):CTRL(光标可见/背景色)、CURSOR(列、行)
* 显存窗口(0x2000-0x27FF):写端口输出到板级顶层的双口 RAM,读保持组合读
* LEVEL(0x1120):软件中断寄存器,写 1 拉起 level_irq_o(用作"关卡入口")
* 地址译码、字节写合并、读数据 mux 全部按原风格实现
- 新增外设 RTL:cpu21_vga.v(640x480@60 按格子扫描,8x8 字模放大 2 倍)、
cpu21_seg7.v(8 位数码管动态扫描)、cpu21_pointer.v(5 向按键→鼠标事件,1 ms 去抖
+ 事件排队)、cpu21_ps2_mouse.v(可选真鼠标,PS/2 11 位帧接收 + 3 字节包解析)
- cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v:新增外设总线端口(显存写/读回、鼠标事件输入、
中断输出、数码管数据、帧脉冲),例化扩展后的 cpu21_mmio
- cpu21_board_top.v:接入显存双口 RAM + VGA + 数码管 + 鼠标事件源,中断接线为
irq_i = {SW2, LEVEL|SW1, 鼠标|SW0};ROM 宏切换(定义 SAOLEI_ROM 加载扫雷程序);
ROM_WORDS 1024→8192
- cpu21_board_top.xdc:新增按键、SW[3]、8 位数码管、VGA、PS/2 的全部引脚约束
- tb_board_top.v:新端口显式接 0/1,避免悬空影响原跑马灯回归
- create_project.tcl:把 cpu21_saolei_rom.vh 按 Verilog Header 条件加入
## 软件(saolei/)
- sw/mmio.h:全部 MMIO 地址与格子编码(换地址只改这一个文件)
- sw/saolei.c:纯 C 扫雷 —— 背景"伪操作系统" main()(开始界面)+ 关卡 level_main()
(在 IRQ1 里跑完整局)+ 棋盘位图/布雷(首点安全)/BFS 展开/插旗/胜负判定/逐格绘制
- sw/isr.c:**中断读鼠标的代码**。三个固定地址入口:
* isr1_entry(.text.isr1=0x100)关卡入口:保存全部调用者保存寄存器 +
csrrsi 打开 MIE(让鼠标中断可嵌套)→ level_main
* isr2_entry(.text.isr2=0x200)鼠标读取:只存 ra → 纯 C 主体 isr_body
* isr3_entry(.text.isr3=0x300)备用:直接 uret
- sw/start.c:设 sp、清 .bss、进 main(只有这一处必要内联汇编)
- sw/linker.ld:复位 0x0、三个中断入口 0x100/0x200/0x300、栈顶 0x0FFC;
用 ASSERT 禁止 .data/.rodata(这颗核读不到 ROM 里的数据)
## 构建与工具链适配(saolei/tools)
- build.ps1:一键 C → .o → ELF → .hex + cpu21_saolei_rom.vh,任一步失败立刻停止
- check_isa.py:用"指令白名单"逐条检查反汇编,出现本核未实现的指令即报错并给修复提示
- elf2hex.py:裸二进制 → $readmemh hex + ROM 初始化头文件
- 三处针对本核的关键配置(都已写进脚本注释):
1) -march=rv32im_zicsr(GCC 15 起 rv32im 不含 Zicsr,csrrsi 会报错)
2) 不能禁链接器松弛:gcc 函数调用默认是 auipc+jalr,靠松弛压成 jal,
禁掉后 35 条 auipc 会留在代码里(本核没有 auipc);
用 -msmall-data-limit=0 防止松弛引入 gp 相对寻址
3) 中断入口地址必须写在段声明上(.text.isr1 0x100 : ...),
只写 ". = 0x100;" 会被 ld 忽略(实测 isr1 掉到了 0x14)
- 实测结果:text=3368B、data=0、bss=1436B,842 条指令全部通过 ISA 检查,
入口地址 _start=0x0 / isr1_entry=0x100 / isr2_entry=0x200 / isr3_entry=0x300
## 仓库清理
- 删除被工程取代的 saolei/hw、saolei/constrs(外设已并入 srcs/rtl)
- 删除全部 Vivado 生成物:.xpr、.runs、.sim、.cache、.hw、.ip_user_files、.Xil、
vivado.jou/log —— 需要工程时用 source create_project.tcl 一键重建(约 0.3 MB 源文件)
- .gitignore 增加 saolei/build/(构建产物可一键重建)
## 文档
- README:更新目录结构、仓库约定(不放生成物)、MMIO 地址表、文件与模块划分表、
上板说明,新增"扫雷程序(saolei/)"章节
- saolei/README.md:重写 —— 程序结构(背景/关卡/鼠标 + 三个中断入口)、
本核指令子集与对应写法、构建步骤与实测数据、MMIO 地址表、上板/仿真步骤、
操作说明、验证状态与已知可改进项
## 验证状态(如实说明)
- 已实测:C 工具链链路(编译/链接/ISA 检查/hex 生成/入口地址逐条核对)
- 未验证:所有 RTL 未经综合与仿真(本机无 Vivado),C 程序也未在仿真器/硬件上运行过;
建议先跑 tools/run_regress.ps1 确认原回归仍全 PASS,再用 SAOLEI_ROM 宏做行为仿真
146 lines
6.3 KiB
Verilog
146 lines
6.3 KiB
Verilog
`timescale 1ns / 1ps
|
||
`default_nettype none
|
||
|
||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
||
// cpu21_ps2_mouse —— 可选的真鼠标输入:PS/2 鼠标(Digilent Pmod PS2 插在 JA 上)。
|
||
//
|
||
// JA[1] = PS/2 DATA,JA[2] = PS/2 CLK(两条线都需要上拉,见 XDC 里的 PULLUP)。
|
||
//
|
||
// 注意:本模块没有在真实硬件上验证过(作者手头没有 PS/2 鼠标),如果你不用真
|
||
// 鼠标,请让顶层用 cpu21_pointer(5 向按键)作为事件源即可,C 程序完全不用改。
|
||
// 板级顶层 cpu21_board_top 用参数 USE_PS2_MOUSE 选择这两者。
|
||
//
|
||
// 实现内容:
|
||
// 1) 接收:在 ps2_clk 的下降沿采样 ps2_data,收满 11 位(起始 0 + 8 数据
|
||
// LSB 先 + 奇校验 + 停止 1)后校验并拼成 3 字节一包;
|
||
// 2) 解析:byte0 = 标志(bit0 左键、bit1 右键、bit3 固定 1),byte1 = dx,
|
||
// byte2 = dy,bit7 为符号位;
|
||
// 3) 上报:当 dx/dy 非 0 或按键状态变化时产生一个事件(单位与
|
||
// cpu21_pointer 相同,即原始计数 = 1/8 格);
|
||
// 4) 本模块只做"接收",不实现主机→鼠标的命令发送(0xF4 使能上报)。多数
|
||
// PS/2 鼠标上电后就会主动上报,这类鼠标可以直接用;如果你的鼠标上电毫无
|
||
// 反应,说明它需要主机先发 0xF4 —— 那部分需要自行补上,或者直接用默认的
|
||
// 5 向按键(cpu21_pointer),C 程序完全不用改。
|
||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
||
module cpu21_ps2_mouse (
|
||
input wire clk,
|
||
input wire reset,
|
||
// PS/2 双向线(开漏)
|
||
input wire ps2_clk_i,
|
||
output wire ps2_clk_oe_o,
|
||
input wire ps2_data_i,
|
||
output wire ps2_data_oe_o,
|
||
// 事件上报
|
||
output reg ev_valid_o,
|
||
output reg [7:0] ev_dx_o,
|
||
output reg [7:0] ev_dy_o,
|
||
output reg [4:0] ev_btn_o,
|
||
// 调试:收到的字节数(可选观察)
|
||
output reg [15:0] rx_count_o
|
||
);
|
||
|
||
// 开漏:oe = 1 时把线拉低,否则高阻(外部上拉)
|
||
assign ps2_clk_oe_o = 1'b0; // 本设计只接收,不主动拉低时钟(除了初始化)
|
||
assign ps2_data_oe_o = init_oe;
|
||
。本模块只接收,两条线都不驱动。
|
||
assign ps2_clk_oe_o = 1'b0;
|
||
assign ps2_data_oe_o = 1'b02_data_s1, ps2_data_s2;
|
||
always @(posedge clk or posedge reset) begin
|
||
if (reset) begin
|
||
ps2_clk_s1 <= 1'b1;
|
||
ps2_clk_s2 <= 1'b1;
|
||
ps2_data_s1 <= 1'b1;
|
||
ps2_data_s2 <= 1'b1;
|
||
end
|
||
else begin
|
||
ps2_clk_s1 <= ps2_clk_i;
|
||
ps2_clk_s2 <= ps2_clk_s1;
|
||
ps2_data_s1 <= ps2_data_i;
|
||
ps2_data_s2 <= ps2_data_s1;
|
||
end
|
||
end
|
||
|
||
wire clk_fall = ~ps2_clk_s1 & ps2_clk_s2; // 同步后的下降沿
|
||
wire clk_rise = ps2_clk_s1 & ~ps2_clk_s2;
|
||
|
||
// ---------------------------------------------------------------------------
|
||
// 接收移位:11 位一帧,bit0 = 起始位,bit1..8 = 数据,bit9 = 校验,bit10 = 停止
|
||
// ---------------------------------------------------------------------------
|
||
reg [3:0] bit_cnt_q;
|
||
reg [10:0] frame_q;
|
||
reg frame_ok_q;
|
||
reg [23:0] pkt_q; // 3 字节包
|
||
reg [1:0] pkt_cnt_q;
|
||
|
||
reg [7:0] byte_cnt_q; // 一包内的字节序号(0..2)
|
||
reg [7:0] dx_q, dy_q;
|
||
reg [4:0] btn_q; // {4'b0, middle, right, left} -> 只取低 3 位使用
|
||
|
||
// 校验:11 位中 1 的个数应为奇数(奇校验)
|
||
function automatic odd_parity_ok(input [10:0] f);
|
||
odd_parity_ok = ^{f[9:1]}; // data + parity 共 9 位,1 的个数应为偶数
|
||
endfunction
|
||
|
||
always @(posedge clk or posedge reset) begin
|
||
if (reset) begin
|
||
bit_cnt_q <= 4'd0;
|
||
frame_q <= 11'd0;
|
||
frame_ok_q <= 1'b0;
|
||
byte_cnt_q <= 8'd0;
|
||
pkt_q <= 24'd0;
|
||
rx_count_o <= 16'd0;
|
||
ev_valid_o <= 1'b0;
|
||
end
|
||
else begin
|
||
ev_valid_o <= 1'b0;
|
||
|
||
if (clk_fall) begin
|
||
if (bit_cnt_q == 4'd0 && ps2_data_s2 == 1'b0) begin
|
||
// 起始位有效,开始收
|
||
frame_q <= {ps2_data_s2, frame_q[10:1]};
|
||
bit_cnt_q <= 4'd1;
|
||
end
|
||
else if (bit_cnt_q != 4'd0) begin
|
||
frame_q <= {ps2_data_s2, frame_q[10:1]};
|
||
if (bit_cnt_q == 4'd10) begin
|
||
bit_cnt_q <= 4'd0;
|
||
// f = {停止, 校验, 8 数据, 起始},这里只关心数据与校验
|
||
if (odd_parity_ok(frame_q) && (frame_q[10] == 1'b1)) begin
|
||
rx_count_o <= rx_count_o + 16'd1;
|
||
case (byte_cnt_q)
|
||
8'd0: begin
|
||
// 标志字节:bit3 必须为 1(否则是鼠标发来的其他响应,丢弃)
|
||
if (frame_q[8:1][3] == 1'b1) begin
|
||
pkt_q[7:0] <= frame_q[8:1];
|
||
byte_cnt_q <= 8'd1;
|
||
end
|
||
end
|
||
8'd1: begin
|
||
pkt_q[15:8] <= frame_q[8:1]; // dx
|
||
byte_cnt_q <= 8'd2;
|
||
end
|
||
8'd2: begin
|
||
byte_cnt_q <= 8'd0;
|
||
ev_dx_o <= frame_q[8:1]; // dy
|
||
ev_dy_o <= pkt_q[15:8]; // 注意:byte1 是 dx
|
||
ev_btn_o <= {2'b0, pkt_q[2], pkt_q[1]}; // {middle, right, left}
|
||
ev_valid_o <= 1'b1;
|
||
end
|
||
default:
|
||
byte_cnt_q <= 8'd0;
|
||
endcase
|
||
end
|
||
end
|
||
else begin
|
||
bit_cnt_q <= bit_cnt_q + 4'd1;
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
|
||
endmodule
|
||
|
||
`default_nettype wire
|
||
Tcl 一键重建
|