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:
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