m-ethereal/minisys-1a-cpu

Minisys 1A CPU

Minisys 体系五级流水CPU。

流水级

• 取指 IF (Instruction Fetch)
• 译码 ID (Instruction Decode)
• 执行 EX (EXecute)
• 访存 MEM (MEMory)
• 写回 WB (Write Back)

外设端口、规范与引脚信息

板上器件

板上器件	类型	芯片引脚	编址	重写进度
拨码开关 SW0 ~ SW23	IN	W4, R4, T4, T5, U5, W6, W5, U6, V5, R6, T6, Y6, AA6, V7, AB7, AB6, V9, V8, AA8, AB8, Y8, Y7, W9, Y9	0xFFFFFC70	已完成
按钮 S1 ~ S5（右左上中下）	IN	R1, P1, P5, P4, P2		需要
4×4 矩阵键盘（左上-右下）	IN	0 ~ 3 行 M2, K6, J6, L5；0 ~ 3 列 K4, J4, L3, K3	0xFFFFFC10	已完成
八位七段共阳极数码管（左-右，A-DP）	OUT	使能：A18, A20, B20, E18, F18, D19, E19, C19 段选：F15, F13, F14, F16, E17, C14, C15, E13	0xFFFFFC00	已完成
蜂鸣器	OUT	A19	0xFFFFFD10	已完成
LED 灯（0-7）	OUT	红：N19, N20, M20, K13, K14, M13, L13, K17 黄：J17, L14, L15, L16, K16, M15, M16, M17 绿：A21, E22, D22, E21, D21, G21, G22, F21	0xFFFFFC60	已完成

内部端口

部件	编址	重写进度
定时器	0xFFFFFC20	需要
PWM 脉冲宽度调制	0xFFFFFC30	需要
UART 串口通讯	0xFFFFFC40	需要
Watch Dog	0xFFFFFC50	需要

外设驱动规范

cpu使用总线连接RAM与外设，总线包括地址总线 写入数据总线 控制总线 与 读数据总线

其中，地址总线、写数据总线与控制总线的主设备只可能是CPU，因此不需要仲裁 ，读数据总线的主设备可能是任意外设（RAM），因此需要一个控制部件来控制总线的使用权。

所有的外设驱动应包含总线的输入输出，包括：

input wire rst,  			// 重置
input wire clk,				// 时钟
input wire[`WordRange] addr,		// 数据总线（32bits）
input wire en, 				// 控制-使能（高电平有效）
input wire[3:0] byte_sel,		// 控制-自己额选择
input wire[`WordRange] data_in, 	// 写入数据总线（32bits）
input wire we, 				// 控制-写使能（高电平有效）

output reg[`WordRange] data_out		// 读数据总线（32bits，接到仲裁器上）

同时，所有外设都是用端口（寄存器）来缓存数据，每个外设最多拥有16字节（4个字）的端口，外设驱动应指明端口所对应的物理地址，并在驱动内部进行地址译码判断CPU是否读/写此外设端口。

对于直通型外设（如led灯、蜂鸣器）也同样适用上述规范。

测试记录

上次测试使用指令

指令目的：

读取键盘当前键值，并显示到数码管0上

持续读拨码开关的状态，并直接写入led端口点亮对应灯

lui $1,0
addi $1,$1,0xFC10 #键盘键值寄存器
lui $2,0
addi $2,$2,0xFC00 #数码管寄存器1
lui $3,0
addi $3,$3,0xFC04 #数码管寄存器2（显示的位数）
lw $4,0($1)
nop
nop
sw $0,0($1)
sw $0,0($3)
sw $4,0($2)
j 0

测试结果

重写了键盘外设，修正了键盘状态机错误，基本已经做到了防抖，但快速切换不同按键时仍然可能造成键盘状态机卡死（可能是因为防抖时间设的有点短？或者状态机本身还有bug），数码管的一些错误已经解决，可以正确显示相应数字（小数点可以考虑一下）