GPR — 通用寄存器文件验证说明文档

1. 模块概述

gpr 是 RISC-V 架构的通用寄存器文件，包含 32 个 32-bit 寄存器（x0 ~ x31）。提供两个组合读端口和一个时序写端口。

1.1 关键特性

特性	说明
读端口	2 个，组合逻辑，零延迟
写端口	1 个，时序逻辑（posedge clk）
x0 硬连线	读 x0 始终返回 0，写 x0 被忽略
写转发	同一周期写入的值可在读端口上直接看到（组合转发）

1.2 接口信号

信号名	方向	位宽	描述
clk	input	1	时钟
rst_n	input	1	异步复位，低有效
rs1_addr	input	5	读端口 1 地址
rs1_data	output	32	读端口 1 数据（组合）
rs2_addr	input	5	读端口 2 地址
rs2_data	output	32	读端口 2 数据（组合）
wen	input	1	写使能，高有效
rd_addr	input	5	写目标地址
rd_data	input	32	写入数据

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2. 测试平台 (gpr_tb) 架构

测试平台文件：tb/gpr_tb.v

  +------------------+
  |  时钟生成器       |  100MHz (period = 10ns)
  +------------------+
  |  激励发生器       |  驱动 wen / rd_addr / rd_data / rs1_addr / rs2_addr
  +------------------+
  |  DUT (gpr)       |  被测试的寄存器文件
  +------------------+
  |  自检逻辑         |  $display("[PASS]/[FAIL] ...")
  +------------------+

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3. 测试场景

Test 1: 基本读写

• 依次写入 x1 ~ x5 特定的值。
• 回读 rs1 和 rs2 验证写入值正确。

Test 2: x0 恒为零

• 读取 rs1 = x0，验证读数据恒为 0。
• 尝试写入 x0，读回仍为 0。

Test 3: 写转发

• 在同一拍内，写入新值的同时用同一个地址做读操作。
• 验证读端口立即看到新写入的数据（组合转发）。

Test 4: 复位清零

• 复位后验证所有读取返回 0。

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4. 运行仿真

# 在 regs/ 目录下执行
make sim      # 编译 + 运行
make verdi    # 查看波形
make clean    # 清理

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5. 关键检查点

检查项	预期结果
复位后读	所有寄存器 = 0
写入后回读	读数据 = 写入值
x0 读取	始终 = 0
x0 写入	不生效
同周期写转发	读端口立即看到新值