Уровень 58: Собираем RV32I

Задание

Цель: собрать однотактное ядро учебного RV32I-подмножества из блоков прежних уровней. Семь редактируемых файлов: top.v (склейка, 3 мьюкса, decode адреса), control.v (таблица управления структурными гейтами), decoder.v (нарезка полей), immgen.v (I/S/B/U/J), imem.v (4×ROM-линии), mmio.v (LED/switches), err_unit.v (единая точка ошибок, выход err[3:0]). Остальные 21 файл — read-only эталоны волн 1–4. Проверка — дифференциальная: ваши fib и isqrt(100)/isqrt(50) обязаны побитно совпасть с эталонным ядром, а негативы (lw по 0x1002/0x1003, сырое слово 0) — дать верный err-код с заморозкой. Ручная отладка — runner-бар: Шаг/Пуск по тактам, fib уже прошит в ROM, переключатели и LED живут на 0xFFFF_F004/0xFFFF_F000.

Интеграционный уровень: блоки прежних волн собираются в однотактное ядро учебного RV32I-подмножества. Семь редактируемых файлов-бойлерплейтов — каркасы с портами и комментариями:

• top.v — склейка: тракт PC → IMEM → decode → regfile → ALU → DMEM/MMIO → WB, три мьюкса (ALUSrc, WB, next-PC) и decode адреса;
• control.v — таблица управления структурными гейтами: один-hot декод восьми классов опкодов (LUI, OP, OP-IMM, LOAD, STORE, BRANCH, JAL, JALR; прочее — illegal) и aluOp-коды 0..9;
• decoder.v — нарезка полей команды;
• immgen.v — immediate по формату: I и B — инстансами read-only SignExt32 и BImm32, S/U/J — руками;
• imem.v — 64 слова на четырёх builtin ROM-линиях: addr линии k = {pc[7:2], 2'bK}, байты слова little-endian;
• mmio.v — LED (write-only, 0xFFFF_F000) и switches (read-only, 0xFFFF_F004, старшие биты — нули);
• err_unit.v — единая точка ошибок с выходом err[3:0].

Остальные 21 файл — read-only эталоны волн 1–4 (regfile, alu, dmem, signext, восемь I-модулей, add32, bimm, pc). Инстанс RegFile32 назовите rf, Dmem32 — mem: по этим именам платформа показывает финальное состояние регистров и памяти.

err[3:0] — код ошибки текущей команды: 0 — нет; 1 — ERR_DATA_ADDRESS_MISALIGNED; 2 — ERR_ILLEGAL_INSTRUCTION; 3 — ERR_IMEM_ADDRESS_OUT_OF_RANGE; 4 — ERR_DATA_ADDRESS_OUT_OF_RANGE; 5 — ERR_IMEM_DATA_READ; 6 — ERR_READONLY_WRITE; 7 — ERR_WRITEONLY_READ. Проверка addr[1:0] живёт на границе CPU→DMEM до усечения адреса — в err_unit/top, не внутри dmem.v: модуль памяти видит только addr[9:0] и младшие биты проверить не может. При err ≠ 0 гейтятся сигналы записи (RegWrite, MemWrite) и next-PC держит значение — сам такт не гейтится никогда: clk обязан идти от порта напрямую.

Проверка — дифференциальная. Платформа сама прогоняет по вашей схеме шесть программ и сравнивает финальное состояние с эталонным ядром risc-run побитно: fib (64 такта), isqrt(100) (65), isqrt(50) (47), негативы lw 0x1002 и lw 0x1003 (err = 1, заморозка без эффектов) и сырое слово 0x00000000 в IMEM (err = 2 на PC = 0).

Для ручной отладки — runner-бар: fib уже прошит в ROM, кнопки Шаг/Пуск крутят такты, LED и переключатели живут на MMIO-адресах.