ЛР12. Обновление методических материалов

MPSU · Nov 27, 2023 · 7cc9b9a · 7cc9b9a
1 parent 9bbbe0c
commit 7cc9b9a
Show file tree

Hide file tree

Showing 14 changed files with 333 additions and 231 deletions.
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/README.md b/Labs/12. Peripheral units/README.md
@@ -157,6 +157,7 @@ _Рисунок 2. Карта памяти периферийных устрой
 1. Внимательно ознакомьтесь с [примером описания модуля контроллера](../../Basic%20Verilog%20structures/Controllers.md).
 2. Внимательно ознакомьтесь со спецификацией контроллеров периферии своего варианта. В случае возникновения вопросов, проконсультируйтесь с преподавателем.
 3. Реализуйте модули контроллеров периферии. Имена модулей и их порты будут указаны в [описании контроллеров](#описание-контроллеров-периферийных-устройств). Пример разработки контроллера приведен [здесь](../../Basic%20Verilog%20structures/Controllers.md).
+   1. Готовые модули периферии, управление которыми должны осуществлять модули-контроллеры хранятся в папке `peripheral modules`.
 4. Обновите модуль `riscv_unit` в соответствии с разделом ["Дополнительные правки модуля riscv_unit"](#дополнительные-правки-модуля-riscv_unit).
    1. Подключите в проект файл `sys_clk_rst_gen.sv`.
    2. Добавьте в модуль `riscv_unit` входы и выходы периферии. **Необходимо добавить порты даже тех периферийных устройств, которые вы не будете реализовывать**.
@@ -166,9 +167,12 @@ _Рисунок 2. Карта памяти периферийных устрой
    1. При интеграции вы должны подключить только модули-контроллеры вашего варианта. Контроллеры периферии других вариантов подключать не надо.
    2. При этом во время интеграции, вы должны использовать старшую часть адреса, представленную в карте памяти для формирования сигнала `req_i` для ваших модулей-контроллеров.
 6. Проверьте работу процессорной системы с помощью моделирования.
-   1. Для каждой пары контроллеров периферии предложено две программы: с обновлением данных по опросу и по прерываниям. Запустите моделирование сначала для одной программы, затем для другой (для этого необходимо обновить файл, инициализирующий память инструкций). После проверки работоспособности процессора, сравните поведение сигналов LSU для этих программ.
+   1. Для каждой пары контроллеров в папке `firmware/mem_files` представлены файлы, инициализирующие память инструкций. Обратите внимание, что для пары "PS2-VGA" так же необходим файл, инициализирующий память данных (в модуле `ext_mem` необходимо прописать блок `$readmemh`).
+   2. Исходный код программ с адресами и результирующими инструкциями находится в папке `firmware/software`.
+   3. При моделировании светодиодов лучше уменьшить значение, до которого считает счетчик в режиме "моргания" в 10 раз, чтобы уменьшить время моделирования. Перед генерацией битстрима это значение будет необходимо восстановить.
+   <!-- 1. Для каждой пары контроллеров периферии предложено две программы: с обновлением данных по опросу и по прерываниям. Запустите моделирование сначала для одной программы, затем для другой (для этого необходимо обновить файл, инициализирующий память инструкций). После проверки работоспособности процессора, сравните поведение сигналов LSU для этих программ. -->
 7. Подключите к проекту файл ограничений ([nexys_a7_100t.xdc](nexys_a7_100t.xdc)), если тот еще не был подключен, либо замените его содержимое данными из файла к этой лабораторной работе.
-8. Проверьте работу вашей процессорной системы с помощью отладочного стенда с ПЛИС и (при соответствующем варианте) клавиатуры/рабочего компьютера.
+8. Проверьте работу вашей процессорной системы на отладочном стенде с ПЛИС.
    1. Обратите внимание, что в данной лабораторной уже не будет модуля верхнего уровня `nexys_...`, так как ваш модуль процессорной системы уже полностью самостоятелен и взаимодействует непосредственно с ножками ПЛИС через модули, управляемые контроллерами периферии.
 
 ---

diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_ps2_hex_instr.txt b/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_ps2_hex_instr.txt
@@ -0,0 +1,43 @@
+030000b7
+04000137
+0e000193
+0f000213
+00e00413
+00f00493
+00000593
+00100293
+30429073
+03400293
+00028293
+30529073
+00000063
+0000a383
+04338263
+04438c63
+00700333
+00435313
+00612223
+00f3f393
+00712023
+00b04c63
+00012a23
+00012823
+00012623
+00012423
+00300513
+000005b3
+00356513
+02a12023
+30200073
+00812a23
+00012823
+03056513
+02a12023
+00158593
+30200073
+00912623
+00012423
+00c56513
+02a12023
+00158593
+30200073
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_ps2_vga_instr.txt b/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_ps2_vga_instr.txt
@@ -0,0 +1,16 @@
+030000b7
+07000137
+070011b7
+96018193
+00100293
+30429073
+02400293
+30529073
+00000063
+0000a383
+00038403
+00812023
+00110113
+00315463
+30200073
+07000137
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_ps2ascii_data.txt b/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_ps2ascii_data.txt
@@ -0,0 +1,23 @@
+00000000
+00000000
+00000000
+007E0900
+00000000
+00317100
+737A0000
+00327761
+64786300
+00333465
+66762000
+00357274
+68626E00
+00367967
+6A6D0000
+00383775
+696B2C00
+0039306F
+6C2F2E00
+002D703B
+00270000
+00003D5B
+5D0D0000
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_sw_led_instr.txt b/Labs/12. Peripheral units/firmware/mem_files/lab_12_sw_led_instr.txt
@@ -0,0 +1,22 @@
+010000b7
+02000137
+0000b1b7
+aaa18193
+00005237
+55520213
+00100313
+00100293
+30429073
+03400293
+00028293
+30529073
+00000063
+0000a383
+00338863
+00438a63
+00712023
+30200073
+00612223
+30200073
+02612223
+30200073
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/software/ps2_hex.S b/Labs/12. Peripheral units/firmware/software/ps2_hex.S
@@ -0,0 +1,65 @@
+_start:
+# Инициализируем начальные значения регистров
+ 0: 030000b7       li x1 , 0x03000000      # сохраняем базовый адрес клавиатуры
+ 4: 04000137       li x2 , 0x04000000      # сохраняем базовый адрес хекс-контроллера
+ 8: 0e000193       li x3 , 0x000000e0      # сохраняем сканкод e0
+ c: 0f000213       li x4 , 0x000000f0      # сохраняем сканкод f0
+10: 00e00413       li x8 , 0x0000000e      # сохраняем значение e
+14: 00f00493       li x9 , 0x0000000f      # сохраняем значение f
+18: 00000593       li x11, 0x00000000      # сохраняем ноль
+1c: 00100293       li x5 , 0x00000001      # подготавливаем маску прерывания единственного
+                                           # (нулевого) входа
+20: 30429073       csrw mie, x5            # загружаем маску в регистр маски
+24: 03400293       la x5, trap_handler     # псевдоинструкция la аналогично li загружает число,
+28: 00028293                               # только в случае la — это число является адресом
+                                           # указанного места (адреса обработчика перехвата)
+                                           # данная псевдоинструкция будет разбита на две
+                                           # инструкции: lui и addi
+2c: 30529073       csrw mtvec, x5          # устанавливаем вектор прерывания
+
+# Вызов функции main
+main:
+30: 00000063       beq x0, x0, main        # бесконечный цикл, аналогичный while (1);
+
+# ОБРАБОТЧИК ПЕРЕХВАТА
+# Без стороннего вмешательства процессор никогда не перейдет к инструкциям ниже,
+# однако в случае прерывания в программный счетчик будет загружен адрес первой
+# нижележащей инструкции.
+# Сохраняем используемые регистры на стек
+trap_handler:
+34: 0000a383       lw x7, 0(x1)            # загружаем сканкод
+38: 04338263       beq x7, x3, print_e0    # если сканкод e0, отображаем с помощью print_e0
+3c: 04438c63       beq x7, x4, print_f0    # если сканкод f0, отображаем с помощью print_f0
+40: 00700333       add x6, x0, x7          # дублируем сканкод
+44: 00435313       srl x6, x6, 4           # сдвигаем на 4, чтобы получить старший нибл
+48: 00612223       sw  x6, 4(x2)           # записываем старший нибл в первый семисегментник
+4c: 00f3f393       andi x7, x7, 0xf        # маскируем с f, чтобы получить младший нибл
+50: 00712023       sw  x7,  0(x2)          # записываем младший нибл в нулевой семисегментник
+54: 00b04c63       blt x0, x11, print_code # пропускаем обнуление старших хексов
+58: 00012a23       sw  x0, 20(x2)
+5c: 00012823       sw  x0, 16(x2)          # обнуляем 2-5 семисегментники
+60: 00012623       sw  x0, 12(x2)
+64: 00012423       sw  x0,  8(x2)
+68: 00300513       addi x10, x0, 3
+
+print_code:
+6c: 000005b3       add x11, x0, x0         # обнуляем счетчик
+70: 00356513       ori x10, x10, 3         # инициализируем маску, включающую 2 младших хекса
+74: 02a12023       sw  x10, 32(x2)         # записываем маску
+78: 30200073       mret                    # возвращаем управление программе (pc = mepc)
+                                           # что означает возврат в бесконечный цикл
+print_e0:
+7c: 00812a23       sw x8, 20(x2)           # записываем e в 5ый семисегментник
+80: 00012823       sw x0, 16(x2)           # записываем 0 в 4ый семисегментник
+84: 03056513       ori x10, x10, 0x30      # включаем отображение 4-5 хексов в маске
+88: 02a12023       sw  x10, 32(x2)         # записываем маску
+8c: 00158593       addi x11, x11, 1        # инкрементируем счетчик
+90: 30200073       mret
+
+print_f0:
+94: 00912623       sw x9, 12(x2)           # записываем f в 3ый семисегментник
+98: 00012423       sw x0, 8(x2)            # записываем 0 в 2ый семисегментник
+9c: 00c56513       ori x10, x10, 0xc       # включаем отображение 3-2 хексов в маске
+a0: 02a12023       sw  x10, 32(x2)         # записываем маску
+a4: 00158593       addi x11, x11, 1        # инкрементируем счетчик
+a8: 30200073       mret
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/software/ps2_vga.S b/Labs/12. Peripheral units/firmware/software/ps2_vga.S
@@ -0,0 +1,35 @@
+_start:
+# Инициализируем начальные значения регистров
+ 0: 030000b7        li x1, 0x03000000           # сохраняем базовый адрес клавиатуры
+ 4: 07000137        li x2, 0x07000000           # сохраняем базовый адрес vga-контроллера
+ 8: 070011b7        li x3, 0x07000960           # количество символов на экране
+ c: 96018193        li x5, 0x00000001           # подготавливаем маску прерывания единственного
+10:                                             # (нулевого) входа
+14: 00100293        csrw mie, x5                # загружаем маску в регистр маски
+18: 30429073        la x5, trap_handler         # псевдоинструкция la аналогично li загружает число,
+    02400293                                    # только в случае la — это число является адресом
+                                                # указанного места (адреса обработчика перехвата)
+                                                # данная псевдоинструкция будет разбита на две
+                                                # инструкции: lui и addi
+1c: 30529073        csrw mtvec, x5              # устанавливаем вектор прерывания
+
+# Вызов функции main
+main:
+20:	00000063        beq x0, x0, main            # бесконечный цикл, аналогичный while (1);
+
+# ОБРАБОТЧИК ПЕРЕХВАТА
+# Без стороннего вмешательства процессор никогда не перейдет к инструкциям ниже,
+# однако в случае прерывания в программный счетчик будет загружен адрес первой
+# нижележащей инструкции.
+# Сохраняем используемые регистры на стек
+trap_handler:
+24: 0000a383        lw x7, 0(x1)                # загружаем сканкод
+28: 00038403        lb x8, 0(x7)                # берем данные из таблицы подстановки
+2c: 00812023        sw x8, 0(x2)                # загружаем ascii-значение в vga
+30: 00110113        addi x2, x2, 1              # инкрементируем адрес vga
+34: 00315463        bge x2, x3, wrap_addr       # если адрес vga вышел за границы, то обнуляем
+38: 30200073        mret                        # возвращаем управление программе (pc = mepc)
+                            # что означает возврат в бесконечный цикл
+wrap_addr:
+3c: 07000137        li x2, 0x07000000           # сохраняем базовый адрес vga-контроллера
+40: 30200073        mret
diff --git a/Labs/12. Peripheral units/firmware/software/sw_led.S b/Labs/12. Peripheral units/firmware/software/sw_led.S
@@ -0,0 +1,40 @@
+_start:
+# Инициализируем начальные значения регистров
+  0: 010000b7        li x1, 0x01000000          # сохраняем базовый адрес переключателей
+  4: 02000137        li x2, 0x02000000          # сохраняем базовый адрес светодиодов
+  8: 0000b1b7        li x3, 0x0000aaaa          # сохраняем спец-код для режима моргания
+  c: aaa18193
+ 10: 00005237       li x4, 0x00005555           # сохраняем спец-код для сброса
+ 14: 55520213
+ 18: 00100313       li x6, 0x00000001           # сохраняем единицу
+ 1c: 00100293       li x5, 0x00000001           # подготавливаем маску прерывания единственного
+                                                # (нулевого) входа
+ 20: 30429073       csrw mie, x5                # загружаем маску в регистр маски
+ 24: 03400293       la x5, trap_handler         # псевдоинструкция la аналогично li загружает число,
+ 28: 00028293                                   # только в случае la — это число является адресом
+                                                # указанного места (адреса обработчика перехвата)
+                                                # данная псевдоинструкция будет разбита на две
+                                                # инструкции: lui и addi
+ 2c: 30529073       csrw mtvec, x5              # устанавливаем вектор прерывания
+# Вызов функции main
+main:
+ 30: 00000063       beq x0, x0, main            # бесконечный цикл, аналогичный while (1);
+# ОБРАБОТЧИК ПЕРЕХВАТА
+# Без стороннего вмешательства процессор никогда не перейдет к инструкциям ниже,
+# однако в случае прерывания в программный счетчик будет загружен адрес первой
+# нижележащей инструкции.
+# Сохраняем используемые регистры на стек
+trap_handler:
+ 34: 0000a383       lw x7, 0(x1)                # загружаем значение на переключателях
+ 38: 00338863       beq x7, x3, blink_mode      # если пришел спец-код моргания, переходим в blink_mode
+ 3c: 00438a63       beq x7, x4, reset           # если пришел спец-код сброса, переходим в reset
+ 40: 00712023       sw x7, 0(x2)                # записываем значением с переключателей в светодиоды
+ 44: 30200073       mret                        # возвращаем управление программе (pc = mepc)
+                                                # что означает возврат в бесконечный цикл
+blink_mode:
+ 48:	00612223      sw x6, 4(x2)                # записываем 1 в led_mode
+ 4c:	30200073      mret
+
+reset:
+ 50:	02612223      sw x6, 0x24(x2)             # записываем 1 в led_reset
+ 54:	30200073      mret