周辺機器を追加（LEDコントローラ）

FPGA上でCPUが動くようになったので、LEDやUARTなどの周辺機器を追加していきたい。

手始めに Odeeen から LED を点灯できるようにする。

実装

データバスには「メモリコントローラ」と「LEDコントローラ」のふたつがぶら下がってるので、指定したアドレスによって片方のコントローラのみが有効になるような制御も追加する。

code:verilog

// メモリマップ

assign bram_en = (mem_addr < 8192) ? 1'b1 : 1'b0;

assign uart_data_en = (mem_addr == 32'hf0000000) ? 1'b1 : 1'b0;

assign uart_ctl_en = (mem_addr == 32'hf0000004) ? 1'b1 : 1'b0;

assign led_ctl_en = (mem_addr == 32'hf0001000) ? 1'b1 : 1'b0;

CPUから周辺機器への信号線はCPUから出ている信号をそのまま周辺機器のコントローラへ繋いでいいが、周辺機器からCPUへ向かう信号（readyとrdata）は、選択してる周辺機器の信号のみがCPUへ取り込まれるようマルチプレクサで制御する必要がある。

code:verilog

// 周辺機器 => CPU

assign mem_ready = (bram_en) ? bram_mem_ready :

(led_ctl_en) ? led_ctl_mem_ready : 1'b0;

assign mem_rdata = (bram_en) ? bram_mem_rdata :

(led_ctl_en) ? led_ctl_mem_rdata : 32'h0;

諸々修正したものがこちら。

code:ulx3s_top.sv

//------------------------------------------------------------------

// ULX3S 上で Odeeen CPU を動かすためのトップモジュール

//------------------------------------------------------------------

module ulx3s_top(

input wire clk_25mhz,

);

// CPU のインスタンス

cpu cpu_inst(

.clk(clk),

.reset_n(reset_n),

.mem_valid(mem_valid),

.mem_instr(mem_instr),

.mem_ready(mem_ready),

.mem_addr(mem_addr),

.mem_wdata(mem_wdata),

.mem_wstrb(mem_wstrb),

.mem_rdata(mem_rdata),

.peek(peek)

);

logic clk, reset_n;

logic mem_valid, mem_ready, mem_instr;

// デバッグ用の信号線

// メモリコントローラのインスタンス

bram_controller bram_ctl (

.clk(clk),

.reset_n(reset_n),

.mem_valid(bram_en && mem_valid),

.mem_ready(bram_mem_ready),

.mem_addr(mem_addr),

.mem_wdata(mem_wdata),

.mem_wstrb(mem_wstrb),

.mem_rdata(bram_mem_rdata)

);

logic bram_mem_ready;

// LED コントローラのインスタンス

led_controller led_ctl (

.clk(clk),

.reset_n(reset_n),

.mem_valid(led_ctl_en && mem_valid),

.mem_ready(led_ctl_mem_ready),

.mem_addr(mem_addr),

.mem_wdata(mem_wdata),

.mem_wstrb(mem_wstrb),

.mem_rdata(led_ctl_mem_rdata)

);

logic led_ctl_mem_ready;

//------------------------------------------------------------------

// 周辺機器との接続

//------------------------------------------------------------------

// メモリマップ

assign bram_en = (mem_addr < 8192) ? 1'b1 : 1'b0;

assign uart_data_en = (mem_addr == 32'hf0000000) ? 1'b1 : 1'b0;

assign uart_ctl_en = (mem_addr == 32'hf0000004) ? 1'b1 : 1'b0;

assign led_ctl_en = (mem_addr == 32'hf0001000) ? 1'b1 : 1'b0;

// 周辺機器 => CPU

assign mem_ready = (bram_en) ? bram_mem_ready :

(led_ctl_en) ? led_ctl_mem_ready : 1'b0;

assign mem_rdata = (bram_en) ? bram_mem_rdata :

(led_ctl_en) ? led_ctl_mem_rdata : 32'h0;

//------------------------------------------------------------------

// 外部信号線との接続

//------------------------------------------------------------------

assign clk = clk_25mhz;

endmodule

// LED コントローラを雑に実装

module led_controller (

input wire clk,

input wire reset_n,

input wire mem_valid,

output logic mem_ready,

);

always_ff @(posedge clk) begin

if (!reset_n) begin

led_data_reg <= 8'b0;

end else begin

if (mem_valid && (mem_wstrb == 4'b1111)) begin

end

end

end

assign mem_rdata = { 25'b0, led_data_reg };

assign mem_ready = 1'b1;

endmodule

code:bram_controller.sv

// メモリの初期化

initial begin

// LED へ 0b1001_1001 を表示する

end

https://gyazo.com/fdf84b67d0635acb07b3145f31546fca

もうちょっと複雑なプログラムを動かしてみる

code:bram_controller.sv

// メモリの初期化

initial begin

// デバッグ用の各種変数

//----------------------------------------

// 1 から 10 までの合計を LED 出力するプログラム

//----------------------------------------

// loop:

// break:

// デバッグ

end

1から10までの合計 55 がLEDに出力されている

https://gyazo.com/23c912a02d920139ab2e64361a782ae8