feat(saolei): 新增纯 C 扫雷(MMIO 显示 + 中断读鼠标),扩展 CPU 外设并清理仓库
## 背景
在原有五级流水 CPU 的基础上,用一颗 RISC-V 工具链把"纯 C 写的扫雷"编译成机器码
固化进片内 ROM 运行,并为此把 MMIO 外设从"只有一个 LED 寄存器"扩展成
显示(VGA 显存)+ 七段数码管 + 鼠标事件(含中断)的完整子系统。
原 LED MMIO 的语义保持不变,原有跑马灯/中断/指令回归不受影响。
## 硬件(pipelined-cpu/srcs)
- cpu21_mmio.v:扩展成 MMIO 中枢,新增
* 七段数码管寄存器(0x1004,8 位十六进制)
* 鼠标寄存器组(0x1100+):STATUS/DATA/ACK/CTRL/INPUT/TIME/FRAME/EVCNT/LEVEL/MAGIC
—— 含 16 项事件 FIFO 与 mouse_irq_o(读空自动回 0,不丢事件)
* 显示控制器(0x1140+):CTRL(光标可见/背景色)、CURSOR(列、行)
* 显存窗口(0x2000-0x27FF):写端口输出到板级顶层的双口 RAM,读保持组合读
* LEVEL(0x1120):软件中断寄存器,写 1 拉起 level_irq_o(用作"关卡入口")
* 地址译码、字节写合并、读数据 mux 全部按原风格实现
- 新增外设 RTL:cpu21_vga.v(640x480@60 按格子扫描,8x8 字模放大 2 倍)、
cpu21_seg7.v(8 位数码管动态扫描)、cpu21_pointer.v(5 向按键→鼠标事件,1 ms 去抖
+ 事件排队)、cpu21_ps2_mouse.v(可选真鼠标,PS/2 11 位帧接收 + 3 字节包解析)
- cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v:新增外设总线端口(显存写/读回、鼠标事件输入、
中断输出、数码管数据、帧脉冲),例化扩展后的 cpu21_mmio
- cpu21_board_top.v:接入显存双口 RAM + VGA + 数码管 + 鼠标事件源,中断接线为
irq_i = {SW2, LEVEL|SW1, 鼠标|SW0};ROM 宏切换(定义 SAOLEI_ROM 加载扫雷程序);
ROM_WORDS 1024→8192
- cpu21_board_top.xdc:新增按键、SW[3]、8 位数码管、VGA、PS/2 的全部引脚约束
- tb_board_top.v:新端口显式接 0/1,避免悬空影响原跑马灯回归
- create_project.tcl:把 cpu21_saolei_rom.vh 按 Verilog Header 条件加入
## 软件(saolei/)
- sw/mmio.h:全部 MMIO 地址与格子编码(换地址只改这一个文件)
- sw/saolei.c:纯 C 扫雷 —— 背景"伪操作系统" main()(开始界面)+ 关卡 level_main()
(在 IRQ1 里跑完整局)+ 棋盘位图/布雷(首点安全)/BFS 展开/插旗/胜负判定/逐格绘制
- sw/isr.c:**中断读鼠标的代码**。三个固定地址入口:
* isr1_entry(.text.isr1=0x100)关卡入口:保存全部调用者保存寄存器 +
csrrsi 打开 MIE(让鼠标中断可嵌套)→ level_main
* isr2_entry(.text.isr2=0x200)鼠标读取:只存 ra → 纯 C 主体 isr_body
* isr3_entry(.text.isr3=0x300)备用:直接 uret
- sw/start.c:设 sp、清 .bss、进 main(只有这一处必要内联汇编)
- sw/linker.ld:复位 0x0、三个中断入口 0x100/0x200/0x300、栈顶 0x0FFC;
用 ASSERT 禁止 .data/.rodata(这颗核读不到 ROM 里的数据)
## 构建与工具链适配(saolei/tools)
- build.ps1:一键 C → .o → ELF → .hex + cpu21_saolei_rom.vh,任一步失败立刻停止
- check_isa.py:用"指令白名单"逐条检查反汇编,出现本核未实现的指令即报错并给修复提示
- elf2hex.py:裸二进制 → $readmemh hex + ROM 初始化头文件
- 三处针对本核的关键配置(都已写进脚本注释):
1) -march=rv32im_zicsr(GCC 15 起 rv32im 不含 Zicsr,csrrsi 会报错)
2) 不能禁链接器松弛:gcc 函数调用默认是 auipc+jalr,靠松弛压成 jal,
禁掉后 35 条 auipc 会留在代码里(本核没有 auipc);
用 -msmall-data-limit=0 防止松弛引入 gp 相对寻址
3) 中断入口地址必须写在段声明上(.text.isr1 0x100 : ...),
只写 ". = 0x100;" 会被 ld 忽略(实测 isr1 掉到了 0x14)
- 实测结果:text=3368B、data=0、bss=1436B,842 条指令全部通过 ISA 检查,
入口地址 _start=0x0 / isr1_entry=0x100 / isr2_entry=0x200 / isr3_entry=0x300
## 仓库清理
- 删除被工程取代的 saolei/hw、saolei/constrs(外设已并入 srcs/rtl)
- 删除全部 Vivado 生成物:.xpr、.runs、.sim、.cache、.hw、.ip_user_files、.Xil、
vivado.jou/log —— 需要工程时用 source create_project.tcl 一键重建(约 0.3 MB 源文件)
- .gitignore 增加 saolei/build/(构建产物可一键重建)
## 文档
- README:更新目录结构、仓库约定(不放生成物)、MMIO 地址表、文件与模块划分表、
上板说明,新增"扫雷程序(saolei/)"章节
- saolei/README.md:重写 —— 程序结构(背景/关卡/鼠标 + 三个中断入口)、
本核指令子集与对应写法、构建步骤与实测数据、MMIO 地址表、上板/仿真步骤、
操作说明、验证状态与已知可改进项
## 验证状态(如实说明)
- 已实测:C 工具链链路(编译/链接/ISA 检查/hex 生成/入口地址逐条核对)
- 未验证:所有 RTL 未经综合与仿真(本机无 Vivado),C 程序也未在仿真器/硬件上运行过;
建议先跑 tools/run_regress.ps1 确认原回归仍全 PASS,再用 SAOLEI_ROM 宏做行为仿真
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,421 @@
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.text
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addi sp, zero, 2000 #内存堆栈初始化
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#############################################################
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#走马灯测?,测试addi,andi,slli,srli,srai,or,ori,nor,ecall LED按走马灯方式来回显示数据
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.text
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START:
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addi s0,zero,1
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slli s3, s0, 31 # s3=0x80000000
|
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srai s3, s3, 31 # s3=0xFFFFFFFF
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||||
add s0,zero,zero # s0=0
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||||
addi s2,zero,12
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||||
addi s6,zero,8 #走马灯计数
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||||
zmd_loop:
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||||
addi s0, s0, 1 #计算下一个走马灯的数
|
||||
andi s0, s0, 15
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#######################################
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addi t0,zero,8
|
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addi t1,zero,1
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left:
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slli s3, s3, 4 #走马灯左移
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or s3, s3, s0
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add a0,zero,s3 # display s3
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||||
addi a7,zero,34 # system call for LED display
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ecall # display
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sub t0,t0,t1
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bne t0,zero,left
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#######################################
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addi s0, s0, 1 #计算下一个走马灯的数
|
||||
addi t6,zero,15
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and s0, s0, t6
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||||
slli s0, s0, 28
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|
||||
addi t0,zero,8
|
||||
addi t1,zero,1
|
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|
||||
zmd_right:
|
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|
||||
srli s3, s3, 4 #走马灯右移
|
||||
or s3, s3, s0
|
||||
|
||||
add a0,zero,s3 # display s3
|
||||
addi a7,zero,34 # system call for LED display
|
||||
ecall # display
|
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sub t0,t0,t1
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bne t0,zero,zmd_right
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srli s0, s0, 28
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#######################################
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||||
sub s6,s6,t1
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beq s6,zero, exit
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j zmd_loop
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exit:
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add t0,zero,zero
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xori t0,t0,-1 #test nor ori
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slli t0,t0,16
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ori t0,t0,-1
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||||
add a0,zero,t0 # display t0
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||||
addi a7,zero,34 # system call for LED display
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||||
ecall # display
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||||
j START # loop forever
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||||
#InteruptProgram1:
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#############################################################################################
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||||
# exceptoin 1
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||||
# 使用?s6? s5?s4?s3?s0?a0?a7
|
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#############################################################################################
|
||||
|
||||
################# 保护现场
|
||||
InteruptProgram1:
|
||||
sw t0, 0(sp) #保护t0现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw t3, 0(sp) #保护t3现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s1, 0(sp) #保护s1现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw a7, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw a0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s3, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s4, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s5, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s6, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
|
||||
csrrsi s6,0x41,0 #s6=uepc
|
||||
sw s6, 0(sp) #uepc压栈保护
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
|
||||
|
||||
################# 开中断
|
||||
csrrsi zero,0x4,1 #ustatus.MIE=1
|
||||
|
||||
################# DIVU测试
|
||||
addi t0,zero,2 # /2
|
||||
addi s1,zero, 0x11
|
||||
slli s1,s1,8
|
||||
addi s1,s1,0x11
|
||||
slli s1,s1,16
|
||||
|
||||
add a0,zero,s1
|
||||
addi a7,zero,34
|
||||
ecall
|
||||
addi t3,zero,28 #ѭ������
|
||||
|
||||
divu_branch:
|
||||
divu s1,s1,t0 #����ָ��
|
||||
add a0,zero,s1
|
||||
addi a7,zero,34
|
||||
ecall #�����ǰֵ
|
||||
addi t3,t3, -1
|
||||
bne t3,zero,divu_branch #ѭ��
|
||||
|
||||
|
||||
addi a7,zero,10
|
||||
|
||||
################# 中断服务
|
||||
addi s6,zero,1 #中断?1,2,3 不同中断号显示值不一样
|
||||
addi s4,zero,3 #循环次数初始值
|
||||
addi s5,zero,1 #计数器累加值
|
||||
|
||||
IntLoop1:
|
||||
add s0,zero,s6
|
||||
|
||||
IntLeftShift1:
|
||||
|
||||
slli s0, s0, 4
|
||||
or s3,s0,s4
|
||||
add a0,zero,s3 #display s0
|
||||
addi a7,zero,34 # display hex
|
||||
ecall
|
||||
|
||||
bne s0, zero, IntLeftShift1
|
||||
sub s4,s4,s5 #循环次数递减
|
||||
bne s4, zero, IntLoop1
|
||||
|
||||
################# 关中断
|
||||
csrrci zero,0x4,1 #ustatus.MIE=0
|
||||
|
||||
################# 恢复现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s6, 0(sp)
|
||||
|
||||
csrrw zero,0x41,s6 #uepc=s6
|
||||
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s6, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s5, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s4, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s3, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw a0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw a7, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s1, 0(sp) #恢复s1现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw t3, 0(sp) #恢复t3现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw t0, 0(sp) #恢复t0现场
|
||||
|
||||
################ 中断返回
|
||||
uret #同步开中断,uepc-->pc
|
||||
|
||||
|
||||
#InteruptProgram2:
|
||||
#############################################################################################
|
||||
# exceptoin 2
|
||||
# 使用?s6? s5?s4?s3?s0?a0?a7
|
||||
#############################################################################################
|
||||
|
||||
################# 保护现场
|
||||
InteruptProgram2:
|
||||
sw t1, 0(sp) #保护t1现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw t3, 0(sp) #保护t3现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s1, 0(sp) #保护s1现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s2, 0(sp) #保护s2现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw a7, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw a0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s3, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s4, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s5, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s6, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
|
||||
csrrsi s6,0x41,0 #s6=uepc
|
||||
sw s6, 0(sp) #uepc压栈保护
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
|
||||
|
||||
################# 开中断
|
||||
csrrsi zero,0x4,1 #ustatus.MIE=1
|
||||
|
||||
################# BLT测试
|
||||
addi s1,zero,-15 #初始值
|
||||
blt_branch:
|
||||
add a0,zero,s1
|
||||
addi a7,zero,34
|
||||
ecall #输出当前值
|
||||
addi s1,s1,1
|
||||
blt s1,zero,blt_branch #当前指令
|
||||
|
||||
|
||||
addi a7,zero,10
|
||||
|
||||
################# 中断服务
|
||||
|
||||
addi s6,zero,2 #中断?1,2,3 不同中断号显示值不一样
|
||||
|
||||
addi s4,zero,3 #循环次数初始值
|
||||
addi s5,zero,1 #计数器累加值
|
||||
|
||||
IntLoop2:
|
||||
add s0,zero,s6
|
||||
|
||||
IntLeftShift2:
|
||||
|
||||
|
||||
slli s0, s0, 4
|
||||
or s3,s0,s4
|
||||
add a0,zero,s3 #display s0
|
||||
addi a7,zero,34 # display hex
|
||||
ecall
|
||||
|
||||
bne s0, zero, IntLeftShift2
|
||||
sub s4,s4,s5 #循环次数递减
|
||||
bne s4, zero, IntLoop2
|
||||
|
||||
################# 关中断
|
||||
csrrci zero,0x4,1 #ustatus.MIE=0
|
||||
|
||||
################# 恢复现场
|
||||
|
||||
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s6, 0(sp)
|
||||
csrrw zero,0x41,s6 #uepc=s6
|
||||
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s6, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s5, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s4, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s3, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s0, 0(sp) #恢复s0现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw a0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw a7, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s2, 0(sp) #恢复s2现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s1, 0(sp) #恢复s1现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw t3, 0(sp) #恢复t3现场
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw t1, 0(sp) #恢复t1现场
|
||||
|
||||
################ 中断返回
|
||||
uret #同步开中断,uepc-->pc
|
||||
|
||||
|
||||
#InteruptProgram3:
|
||||
#############################################################################################
|
||||
# exceptoin 3
|
||||
# 使用?s6? s5?s4?s3?s0?a0?a7
|
||||
#############################################################################################
|
||||
|
||||
|
||||
################# 保护现场
|
||||
InteruptProgram3:
|
||||
sw s1, 0(sp) #保护s1现场
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw a7, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw a0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s0, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s3, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s4, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s5, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
sw s6, 0(sp)
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
|
||||
csrrsi s6,0x41,0 #s6=uepc
|
||||
sw s6, 0(sp) #uepc压栈保护
|
||||
addi sp, sp, 4
|
||||
|
||||
|
||||
################# 开中断
|
||||
csrrsi zero,0x4,1 #ustatus.MIE=1
|
||||
|
||||
################# SB测试
|
||||
addi t1,zero,0 #init_addr
|
||||
addi t3,zero,32 #counter
|
||||
|
||||
#sb写入 01,02,03,04
|
||||
addi s1,zero, 0x00 #
|
||||
addi s2,zero, 0x01 #
|
||||
|
||||
sb_store:
|
||||
sb s1,(t1)
|
||||
add a0,zero,s1
|
||||
addi a7,zero,34 # system call for print
|
||||
ecall # print
|
||||
|
||||
add s1,s1,s2 #data +1
|
||||
addi t1,t1,1 # addr ++
|
||||
addi t3,t3,-1 #counter
|
||||
bne t3,zero,sb_store
|
||||
|
||||
addi t3,zero,8
|
||||
addi t1,zero,0 # addr
|
||||
sb_branch:
|
||||
lw s1,(t1) #读出数据
|
||||
add a0,zero,s1
|
||||
addi a7,zero,34 # system call for print
|
||||
ecall # print
|
||||
addi t1,t1,4
|
||||
addi t3,t3, -1
|
||||
bne t3,zero,sb_branch
|
||||
|
||||
addi a7,zero,10 # system call for exit
|
||||
|
||||
|
||||
################# 中断服务
|
||||
addi s6,zero,3 #中断?1,2,3 不同中断号显示值不一样
|
||||
addi s4,zero,3 #循环次数初始值
|
||||
addi s5,zero,1 #计数器累加值
|
||||
|
||||
IntLoop3:
|
||||
add s0,zero,s6
|
||||
|
||||
IntLeftShift3:
|
||||
|
||||
slli s0, s0, 4
|
||||
or s3,s0,s4
|
||||
add a0,zero,s3 #display s0
|
||||
addi a7,zero,34 # display hex
|
||||
ecall
|
||||
|
||||
bne s0, zero, IntLeftShift3
|
||||
sub s4,s4,s5 #循环次数递减
|
||||
bne s4, zero, IntLoop3
|
||||
|
||||
################# 关中断
|
||||
csrrci zero,0x4,1 #ustatus.MIE=0
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
################# 恢复现场
|
||||
|
||||
addi sp, sp, -4
|
||||
lw s6, 0(sp)
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csrrw zero,0x41,s6 #uepc=s6
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addi sp, sp, -4
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lw s6, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw s5, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw s4, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw s3, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw s0, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw a0, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw a7, 0(sp)
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addi sp, sp, -4
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lw s1, 0(sp) #恢复s1现场
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################ 中断返回
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uret #同步开中断,uepc-->pc
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