PUN80 emulation, per-channel IRQ handlers, TTY IRQ polarity control

Add PUN80 emulation. This required two changes:

1. Support separate IRQ handlers for different TTY channels;
2. Add IRQ polarity control to the USB CDC engine.

fpga/max80.qpf

@@ -19,14 +19,14 @@
 #
 # Quartus Prime
 # Version 21.1.0 Build 842 10/21/2021 SJ Lite Edition
-# Date created = 20:26:44  January 09, 2022
+# Date created = 21:44:59  January 09, 2022
 #
 # -------------------------------------------------------------------------- #
 
 QUARTUS_VERSION = "21.1"
-DATE = "20:26:44  January 09, 2022"
+DATE = "21:44:59  January 09, 2022"
 
 # Revisions
 
-PROJECT_REVISION = "v2"
 PROJECT_REVISION = "v1"
+PROJECT_REVISION = "v2"

fpga/usb/usb_serial/src_v/usb_cdc_core.sv

@@ -57,7 +57,8 @@
 //           9 - BREAK received (sticky, W1C)
 //          10 - USB device configured
 // 3 - RW - interrupt enable register
-//           * - mask of corresponding status bits
+//        15:0 - mask of corresponding status bits
+//       31:16 - invert polarity (0 = irq on status 1, 1 = irq on status 0)
 
 module usb_cdc_channel
   #(parameter [3:0] data_ep_num = 4'd1,
@@ -67,10 +68,10 @@ module usb_cdc_channel
    input	 rst_n,
    input	 sys_clk,
    input	 cpu_valid,
-   input [1:0]	 cpu_addr,
+   input  [1:0]	 cpu_addr,
    output [31:0] cpu_rdata,
    input [31:0]  cpu_wdata,
-   input	 cpu_wstrb,
+   input  [3:0]	 cpu_wstrb,
    output	 irq,
 
    // Core FIFO interface
@@ -106,7 +107,7 @@ module usb_cdc_channel
    always @(posedge sys_clk)
      begin
 	fifo_access_q <= fifo_access;
-	fifo_read_q   <= fifo_access & ~cpu_wstrb;
+	fifo_read_q   <= fifo_access & ~cpu_wstrb[0];
      end
 
    wire		        txempty;
@@ -119,7 +120,7 @@ module usb_cdc_channel
    cdc_fifo txfifo (
 		    .wrclk   ( sys_clk ),
 		    .data    ( cpu_wdata[7:0] ),
-		    .wrreq   ( fifo_access & ~fifo_access_q & cpu_wstrb ),
+		    .wrreq   ( fifo_access & ~fifo_access_q & cpu_wstrb[0] ),
 		    .wrempty ( txempty ),
 		    .wrfull  ( txfull ),
 		    .wrusedw ( txused ),
@@ -174,7 +175,7 @@ module usb_cdc_channel
    cdc_fifo rxfifo (
 		    .rdclk   ( sys_clk ),
 		    .q       ( rdata_fifo ),
-		    .rdreq   ( fifo_access & ~fifo_access_q & ~cpu_wstrb ),
+		    .rdreq   ( fifo_access & ~fifo_access_q & ~|cpu_wstrb ),
 		    .rdempty ( rxempty ),
 		    .rdfull  ( rxfull ),
 		    .rdusedw ( rxused ),
@@ -200,6 +201,7 @@ module usb_cdc_channel
 
    wire [15:0] status_mask = 16'b0000_0111_1111_1111; // Implemented bit mask
    reg  [15:0] irq_mask;
+   reg  [15:0] irq_pol;
    wire [ 3:0] water_mask     = 4'b1111 << (4-water_bits);
    wire [15:0] water_ctl_mask = {4{water_mask}};
    reg  [15:0] water_ctl;
@@ -218,8 +220,9 @@ module usb_cdc_channel
    always @(negedge rst_n or posedge sys_clk)
      if (~rst_n)
        begin
-	  water_ctl    <= 16'hc3c3 & water_ctl_mask;
-	  irq_mask     <= 16'b0;
+	   water_ctl    <= 16'hc3c3 & water_ctl_mask;
+irq_mask     <= 16'b0;
+	  irq_pol      <= 16'b0;
 	  recv_break_q <= 1'b0;
        end
      else
@@ -227,12 +230,31 @@ module usb_cdc_channel
 	  if (recv_break_s)
 	    recv_break_q <= 1'b1;
 
-	  if (cpu_valid & cpu_wstrb)
+	  if (cpu_valid)
 	    case (cpu_addr)
-	      2'b01: water_ctl <= cpu_wdata[15:0] & water_ctl_mask;
-	      2'b10: if (cpu_wdata[9]) recv_break_q <= 1'b0;
-	      2'b11: irq_mask  <= cpu_wdata[15:0] & status_mask;
-	      default: /* do nothing */;
+	      2'b01: begin
+		   if (cpu_wstrb[0])
+		     water_ctl[7:0] <= cpu_wdata[7:0] & water_ctl_mask[7:0];
+		   if (cpu_wstrb[1])
+		     water_ctl[15:8] <= cpu_wdata[15:8] & water_ctl_mask[15:8];
+		end
+	      2'b10: begin
+		 if (cpu_wstrb[1] & cpu_wdata[9])
+		   recv_break_q <= 1'b0;
+	      end
+	      2'b11: begin
+		 if (cpu_wstrb[0])
+		   irq_mask[7:0]  <= cpu_wdata[7:0] & status_mask[7:0];
+		 if (cpu_wstrb[1])
+		   irq_mask[15:8] <= cpu_wdata[15:8] & status_mask[15:8];
+		 if (cpu_wstrb[2])
+		   irq_pol[7:0] <= cpu_wdata[23:16] & status_mask[7:0];
+		 if (cpu_wstrb[3])
+		   irq_pol[15:8] <= cpu_wdata[31:24] & status_mask[15:8];
+	      end
+	      default: begin
+		 /* do nothing */
+	      end
 	    endcase // case (cpu_addr)
        end // else: !if(~rst_n)
 
@@ -253,14 +275,14 @@ module usb_cdc_channel
    assign status[9]    = recv_break_q;
    assign status[10]   = usb_configured;
 
-   assign irq = |(status & irq_mask);
+   assign irq = |((status ^ irq_pol) & irq_mask);
 
    always @(*)
      case (cpu_addr)
        2'b00:   cpu_rdata = { 24'b0, rdata_fifo };
        2'b01:   cpu_rdata = { 16'b0, water_ctl };
        2'b10:   cpu_rdata = { 16'b0, status };
-       2'b11:   cpu_rdata = { 16'b0, irq_mask };
+       2'b11:   cpu_rdata = { irq_pol, irq_mask };
        default: cpu_rdata = 32'bx;
      endcase // case (cpu_addr)
 

rv32/.gitignore

@@ -6,6 +6,7 @@
 *.bin
 *.ver
 *.hex
+*.map
 *.build/
 tools/gnu/
 iodevs.h

rv32/Makefile

@@ -47,7 +47,7 @@ max80.elf: head.o dummy.o die.o main.o system.o \
 	  irqasm.o irqtable.o spurious_irq.o sbrk.o \
 	  console.o rtc.o romcopy.o \
 	  sdcard.o diskcache.o \
-	  abcmem.o abcio.o abcdisk.o abcrtc.o \
+	  abcmem.o abcio.o abcdisk.o abcrtc.o abcpun80.o \
 	  memset.o memcpy.o \
 	  runtest.o start_test.o \
 	  $(ROMOBJS) \
@@ -58,7 +58,7 @@ testimg.elf: head.o dummy.o die.o test/main.o test/system.o \
 	  irqasm.o irqtable.o spurious_irq.o sbrk.o \
 	  console.o rtc.o romcopy.o \
 	  sdcard.o diskcache.o \
-	  abcmem.o abcio.o abcdisk.o abcrtc.o \
+	  abcmem.o abcio.o abcdisk.o abcrtc.o abcpun80.o \
 	  memset.o memcpy.o \
 	  testdata.o $(ROMOBJS) \
 	  fatfs.a

rv32/abcio.c

@@ -42,7 +42,7 @@ void abc_select(struct abc_dev *dev)
     refresh_dev(dev);
 }
 
-IRQHANDLER(abc)
+IRQHANDLER(abc,0)
 {
     unsigned int what = ABC_BUSY_STATUS;
     struct abc_dev *dev = selected_dev;

rv32/abcpun80.c

@@ -0,0 +1,100 @@
+/*
+ * abcpun80.c
+ *
+ * Emulate a PUN80 network card
+ */
+
+#include "compiler.h"
+#include "fw.h"
+#include "io.h"
+#include "abcio.h"
+
+#define PUN_IOSEL	60
+
+#define PUN_TTY_CHAN	1
+#if PUN_TTY_CHAN >= TTY_CHANNELS
+# error "PUN_TTY_CHAN out of range"
+#endif
+
+#define PUN_DATA	TTY_DATA(PUN_TTY_CHAN)
+#define PUN_WATERCTL	TTY_WATERCTL(PUN_TTY_CHAN)
+#define PUN_STATUS	TTY_STATUS(PUN_TTY_CHAN)
+#define PUN_IRQEN	TTY_IRQEN(PUN_TTY_CHAN)
+#define PUN_IRQPOL	TTY_IRQPOL(PUN_TTY_CHAN)
+#define PUN_IRQ		TTY_NIRQ(PUN_TTY_CHAN)
+
+#define PUN_IRQ_MASK	(TTY_STATUS_TX_FULL|TTY_STATUS_RX_EMPTY|\
+			 TTY_STATUS_USB_CONFIG)
+
+static struct abc_dev pun80_iodev;
+static __hot void pun80_refresh_input(bool advance);
+
+IRQHANDLER(tty,PUN_TTY_CHAN)
+{
+    pun80_refresh_input(false);
+}
+
+/*
+ * Convert to FT232H-compatible status codes, and advance
+ * the receive FIFO if applicable.
+ */
+static __hot void pun80_refresh_input(bool advance)
+{
+    static bool data_loaded;
+    unsigned int status;
+    unsigned int pun80_status;
+
+    status = PUN_STATUS;
+
+    if (!data_loaded || advance) {
+	data_loaded = !(status & TTY_STATUS_RX_EMPTY);
+	if (data_loaded) {
+	    abc_set_inp_default(&pun80_iodev, PUN_DATA);
+	    status = PUN_STATUS;
+	}
+    }
+
+    pun80_status = ~15;
+
+    if (status & TTY_STATUS_USB_CONFIG)
+	pun80_status |= 8;
+    if (!(status & TTY_STATUS_TX_FULL))
+	pun80_status |= 2;
+    if (data_loaded)
+	pun80_status |= 1;
+
+    abc_set_inp_status(&pun80_iodev, pun80_status);
+
+    PUN_IRQPOL = status;
+}
+
+ABC_CALLBACK(pun80_callback_out)
+{
+    PUN_DATA = data;
+    pun80_refresh_input(false);
+}
+
+ABC_CALLBACK(pun80_callback_inp)
+{
+    pun80_refresh_input(true);
+}
+
+/* The "flush" command in FT232H (C1#) is not needed with our USB stack */
+static struct abc_dev pun80_iodev = {
+    .callback_mask		= (1 << 0)|(1 << 8),
+    .inp_en			= 3,
+    .status_first_out_mask	= ~0,
+    .status_first_inp_mask	= ~0,
+    .callback_out[0]		= pun80_callback_out,
+    .callback_inp[0]		= pun80_callback_inp
+};
+
+void pun80_init(void)
+{
+    mask_irq(PUN_IRQ);
+    PUN_IRQEN = PUN_IRQ_MASK;
+    pun80_refresh_input(false);
+
+    abc_register(&pun80_iodev, PUN_IOSEL);
+    unmask_irq(PUN_IRQ);
+}

rv32/boot.mif

@@ -54,7 +54,7 @@ CONTENT BEGIN
 002F : 5900006F;
 0030 : 3EE0006F;
 0031 : 4B60006F;
-0032 : 4B20006F;
+0032 : 2B40106F;
 0033 : 4AE0006F;
 0034 : 4AA0006F;
 0035 : 51C0006F;
@@ -63,10 +63,10 @@ CONTENT BEGIN
 0038 : 49A0006F;
 0039 : 4960006F;
 003A : 00000000;
-003B : 4101CEB0;
+003B : 4101D0B0;
 003C : FFFFFFFF;
 003D : FFFFFFFF;
-003E : 000014B4;
+003E : 00001598;
 003F : 00000040;
 0040 : 00000000;
 0041 : 00000000;
@@ -196,13 +196,13 @@ CONTENT BEGIN
 00BD : 86631860;
 00BE : 70970002;
 00BF : 80E74000;
-00C0 : 547DB580;
+00C0 : 547DB980;
 00C1 : 0680008B;
 00C2 : 0810878B;
 00C3 : 18704303;
 00C4 : 00030663;
 00C5 : 40001097;
-00C6 : 1BE080E7;
+00C6 : 1C2080E7;
 00C7 : B7DD2DD1;
 00C8 : 00000697;
 00C9 : D7C68693;
@@ -259,8 +259,8 @@ CONTENT BEGIN
 00FC : C452C64E;
 00FD : 2A73892A;
 00FE : 65053430;
-00FF : 3B050493;
-0100 : 3B050513;
+00FF : 45050493;
+0100 : 45050513;
 0101 : 00158413;
 0102 : 854A2A51;
 0103 : 98792A41;
@@ -299,10 +299,10 @@ CONTENT BEGIN
 0124 : 81002623;
 0125 : 6505BFF5;
 0126 : 05131141;
-0127 : C6063D65;
+0127 : C6064765;
 0128 : 65053799;
 0129 : 05131141;
-012A : C6063E15;
+012A : C6064815;
 012B : 02933F2D;
 012C : A7831040;
 012D : 83130002;
@@ -325,25 +325,25 @@ CONTENT BEGIN
 013E : 400075B7;
 013F : 03934401;
 0140 : 82930005;
-0141 : EF636005;
+0141 : EF636405;
 0142 : 76370453;
 0143 : 05134000;
-0144 : 2069F696;
+0144 : 2069FA96;
 0145 : 3D698522;
 0146 : 28854529;
 0147 : 400076B7;
 0148 : 40013837;
 0149 : 87934701;
-014A : 0F936006;
-014B : E063EB08;
+014A : 0F936406;
+014B : E0630B08;
 014C : C71105F7;
 014D : 400078B7;
-014E : F7F88513;
+014E : FBF88513;
 014F : 04132085;
 0150 : 4E198080;
 0151 : 20236E85;
 0152 : 851301C4;
-0153 : 20B93F5E;
+0153 : 20B9495E;
 0154 : 20234F15;
 0155 : 442201E4;
 0156 : 014140B2;
@@ -397,16 +397,16 @@ CONTENT BEGIN
 0186 : 73374000;
 0187 : 06134000;
 0188 : 03930005;
-0189 : 86336003;
+0189 : 86336403;
 018A : 458140C3;
 018B : 00050513;
 018C : 7837B761;
 018D : 3E374000;
 018E : 08934001;
-018F : 0E936008;
-0190 : 85B3EB0E;
+018F : 0E936408;
+0190 : 85B30B0E;
 0191 : 0513411E;
-0192 : BF496008;
+0192 : BF496408;
 0193 : CE061101;
 0194 : CC22CA26;
 0195 : C64EC84A;
@@ -654,11 +654,11 @@ CONTENT BEGIN
 0287 : 00597493;
 0288 : 29628D63;
 0289 : 43836305;
-028A : 0B934403;
+028A : 0B934E03;
 028B : F4130F00;
 028C : C0710013;
 028D : 40001097;
-028E : 27C080E7;
+028E : 280080E7;
 028F : 00157893;
 0290 : 00088563;
 0291 : 4A014A85;
@@ -669,45 +669,45 @@ CONTENT BEGIN
 0296 : 6C134001;
 0297 : A023002A;
 0298 : 4605018A;
-0299 : ED5C8593;
-029A : C60D0513;
+0299 : F15C8593;
+029A : E60D0513;
 029B : 40004097;
-029C : 0CA080E7;
+029C : 10A080E7;
 029D : 77B7C105;
 029E : 85134000;
-029F : 00972D07;
+029F : 00973107;
 02A0 : 80E74000;
-02A1 : A9837780;
+02A1 : A98377C0;
 02A2 : F293000A;
 02A3 : A023FFD9;
 02A4 : BF4D005A;
 02A5 : 100C0850;
-02A6 : ED5C8513;
+02A6 : F15C8513;
 02A7 : 02010023;
 02A8 : 5097CA02;
 02A9 : 80E74000;
-02AA : 4652F1A0;
+02AA : 4652F5A0;
 02AB : 40007DB7;
 02AC : 8513100C;
-02AD : 00972E9D;
+02AD : 0097329D;
 02AE : 80E74000;
-02AF : 08707400;
+02AF : 08707440;
 02B0 : 8513082C;
-02B1 : CC02ED5C;
+02B1 : CC02F15C;
 02B2 : 40005097;
-02B3 : D8C080E7;
+02B3 : DCC080E7;
 02B4 : 45E24E72;
 02B5 : 40007FB7;
 02B6 : 00AE5E83;
 02B7 : 01CE2F03;
-02B8 : 317F8513;
+02B8 : 357F8513;
 02B9 : 009E9693;
 02BA : FFEF0613;
 02BB : 40000097;
-02BC : 70A080E7;
+02BC : 70E080E7;
 02BD : 1097BF81;
 02BE : 80E74000;
-02BF : 89051680;
+02BF : 890516C0;
 02C0 : 0613F131;
 02C1 : 42181700;
 02C2 : 083346FD;
@@ -730,15 +730,15 @@ CONTENT BEGIN
 02D3 : 783700A6;
 02D4 : A0234000;
 02D5 : 051300E3;
-02D6 : 79133498;
+02D6 : 79133898;
 02D7 : 3C3D0049;
 02D8 : 16090063;
 02D9 : 400078B7;
-02DA : 2AC88513;
+02DA : 2EC88513;
 02DB : 4A923C05;
 02DC : 140A9D63;
 02DD : 40007A37;
-02DE : 2C4A0513;
+02DE : 304A0513;
 02DF : 009BC4B3;
 02E0 : 0024DC93;
 02E1 : 3C194D05;
@@ -746,11 +746,11 @@ CONTENT BEGIN
 02E3 : 4A05C06A;
 02E4 : CDB76E85;
 02E5 : 6E054000;
-02E6 : 514E8F13;
-02E7 : E00D8D13;
+02E6 : 5F8E8F13;
+02E7 : 000D8D13;
 02E8 : 4B014B81;
-02E9 : E00D8493;
-02EA : 440E0C13;
+02E9 : 000D8493;
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 02EB : 4F83C47A;
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rv32/fw.h

@@ -38,6 +38,8 @@ extern void rtc_abc_init(void);
 extern void rtc_abc_io_poll(void);
 extern void disk_cache_init(void);
 
+extern void pun80_init(void);
+
 extern uint32_t romcopy_time[2];
 extern void romcopy_download(void *, size_t, size_t);
 extern void romcopy_bzero(void *, size_t);

rv32/ioregs.h

@@ -80,13 +80,12 @@
 #define ROMCOPY_STATUS_DONE	1
 
 #define TTY_DATA(n)		IODEVB(TTY,0+((n) << 2))
-#define TTY_WATERCTL(n)		IODEVL(TTY,1+((n) << 2))
+#define TTY_WATERCTL(n)		IODEVH0(TTY,1+((n) << 2))
 #define TTY_WATERCTL_TX_LOW(x)	((x) << 0)
 #define TTY_WATERCTL_TX_HIGH(x)	((x) << 4)
 #define TTY_WATERCTL_RX_LOW(x)	((x) << 8)
 #define TTY_WATERCTL_RX_HIGH(x)	((x) << 12)
-#define TTY_STATUS(n)		IODEVL(TTY,2+((n) << 2))
-#define TTY_IRQEN(n)		IODEVL(TTY,3+((n) << 2))
+#define TTY_STATUS(n)		IODEVH0(TTY,2+((n) << 2))
 #define TTY_STATUS_TX_EMPTY	0x0001
 #define TTY_STATUS_TX_LOW	0x0002
 #define TTY_STATUS_TX_HIGH	0x0004
@@ -98,6 +97,8 @@
 #define TTY_STATUS_RX_STALE	0x0100
 #define TTY_STATUS_RX_BREAK	0x0200
 #define TTY_STATUS_USB_CONFIG	0x0400
+#define TTY_IRQEN(n)		IODEVH0(TTY,3+((n) << 2))
+#define TTY_IRQPOL(n)		IODEVH1(TTY,3+((n) << 2))
 
 #define TTY_CHANNEL_MASK	((1U << TTY_CHANNELS) - 1)
 #define TTY_IRQ_MASK		(TTY_CHANNEL_MASK << TTY_IRQ)

rv32/irq.h

@@ -7,12 +7,13 @@
 typedef void (*irqhandler_t)(unsigned int vector, size_t pc);
 extern irqhandler_t __irq_handler_table[];
 
-#define IRQHANDLER_DECL(x)						\
-    void irqhandler_ ##x (unsigned int vector __unused,			\
-			  size_t pc __unused)
-#define IRQHANDLER(x)				\
-    IRQHANDLER_DECL(x);				\
-    __hot __text_hot IRQHANDLER_DECL(x)
+#define IRQHANDLER_DECL(x,n)						\
+    void irqhandler_##x##_##n (unsigned int vector __unused,		\
+			       size_t pc __unused)
+
+#define IRQHANDLER(x,n)				\
+    IRQHANDLER_DECL(x,n);			\
+    __hot __text_hot IRQHANDLER_DECL(x,n)
 
 typedef unsigned int irqmask_t;
 

rv32/irqasm.S

@@ -17,10 +17,10 @@ _irq:
 	// s10 contains the IRQ return address, s11 the mask of
 	// IRQs to be handled.
 
-	// Priority for ABC-bus I/O
+	// Fast dispatch for the ABC-bus interrupt handler
 	andi s0,s11,1 << ABC_IRQ
 	beqz s0,1f
-	jal irqhandler_abc
+	jal irqhandler_abc_0
 	sub s11,s11,s0
 	beqz s11,.L_done
 1:

rv32/irqtable.S

@@ -8,8 +8,8 @@
 	.globl	__irq_handler_table
 __irq_handler_table:
 
-#define IRQENTRY(name,irqn,irqbase,irqcount)	\
-	j	irqhandler_ ## name
+#define IRQENTRY(name,irqbase,irqn,irqcount)	\
+	j	irqhandler_ ## name ## _ ## irqn
 
 #include "irqtable.h"
 

rv32/romcopy.c

@@ -62,7 +62,7 @@ void __hot romcopy_bzero(void *dst, size_t len)
 }
 
 uint32_t __sbss romcopy_time[2];
-IRQHANDLER(romcopy)
+IRQHANDLER(romcopy,0)
 {
     static __sbss unsigned int romcopy_state;
     size_t len;

rv32/spurious_irq.c

@@ -4,13 +4,13 @@
 #include "irq.h"
 
 /* Spurious interrupt; just mask it */
-IRQHANDLER(spurious)
+IRQHANDLER(spurious,0)
 {
     mask_irq(vector);
 }
 
-#define IRQENTRIES(name,irqbase,irqcount)			\
-    IRQHANDLER_DECL(name)					\
-	__attribute__((weak,alias("irqhandler_spurious")));
+#define IRQENTRY(name,irqbase,irqn,irqcount)			\
+    IRQHANDLER_DECL(name,irqn)					\
+	__attribute__((weak,alias("irqhandler_spurious_0")));
 
 #include "irqtable.h"

rv32/system.c

@@ -54,18 +54,18 @@ static void __hot __text_hot killed(const char *how, size_t pc)
     reset(SYS_RESET_SOFT);
 }
 
-IRQHANDLER(buserr)
+IRQHANDLER(buserr,0)
 {
     killed(hotstr("misaligned"), pc);
 }
 
-IRQHANDLER(ebreak)
+IRQHANDLER(ebreak,0)
 {
     killed(hotstr("invalid instruction"), pc);
 }
 
 volatile __sbss uint32_t timer_irq_count;
-IRQHANDLER(sysclock)
+IRQHANDLER(sysclock,0)
 {
     uint32_t count = timer_irq_count;
     count++;
@@ -193,10 +193,13 @@ static void __cold __noinline late_init(void)
 
     set_leds(2);
 
-    abc_init();
+    pun80_init();
 
     set_leds(1);
 
+
+    abc_init();
+
     /* Release WAIT# if asserted */
     ABC_BUSCTL = 0;