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 +1,184 @@
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# 扫雷（RISC-V / cpu21）— 纯 C + MMIO 显示 + 中断读鼠标
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给 `pipelined-cpu` 里那颗 CPU（`cpu21_riscv_redirect_int_bpb`）写的扫雷。
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**游戏逻辑和三个中断入口都由纯 C 写成**，用 RISC-V 工具链编译成机器码后固化进片内 ROM 运行。
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```
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saolei/
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├─ sw/
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│ ├─ mmio.h 全部 MMIO 地址与格子编码（换外设地址只改这一个文件）
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│ ├─ saolei.c 纯 C 扫雷：背景界面(main) + 关卡(level_main) + 棋盘与绘制
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│ ├─ isr.c **中断读鼠标的代码**：三个固定地址入口 + 纯 C 服务主体 isr_body
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│ ├─ start.c C 启动（设 sp、清 .bss、进 main）——只有这一处必需的内联汇编
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│ └─ linker.ld ROM/RAM 布局：复位 0x0、中断入口 0x100/0x200/0x300、栈顶 0x0FFC
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└─ tools/
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├─ build.ps1 一键构建：C → .o → ELF → .hex + cpu21_saolei_rom.vh
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├─ check_isa.py 逐条反汇编检查：有没有用到这颗核没实现的指令
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└─ elf2hex.py 裸二进制 → $readmemh hex + ROM 初始化头文件
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```
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配套硬件在 Vivado 工程里（不在本目录）：`srcs/rtl/cpu21_mmio.v`（外设中枢）、
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`cpu21_vga.v`（显示）、`cpu21_seg7.v`（数码管）、`cpu21_pointer.v`（按键当鼠标）、
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`cpu21_ps2_mouse.v`（可选真鼠标）、`srcs/board/cpu21_board_top.v`（上板顶层）。
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---
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## 1. 程序结构：背景"伪操作系统" + 关卡 + 鼠标，正好占三个中断
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CPU 复位后从 `0x0` 开始跑 `main()`（**背景程序**，从头到尾一直运行），它画开始界面
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并等鼠标。整套交互是这样串起来的：
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant BG as 背景 main()（0x0 起，一直跑）
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participant LV as 关卡 level_main()（IRQ1 = 0x100）
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participant MS as 鼠标 ISR（IRQ2 = 0x200）
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BG->>BG: 画开始界面（标题 + 绿色"开始"按钮 + 光标框）
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BG->>BG: 点中"开始"按钮 → 写 LEVEL 寄存器 = 1
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Note over BG: 硬件拉起 irq_i[1]，CPU 跳到 0x100
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BG->>LV: isr1_entry：保存现场 + 打开 MIE → level_main()
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LV->>LV: 初始化关卡（布雷、画盘面）
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MS-->>LV: 鼠标事件中断（IRQ2 优先级更高，嵌套进来）
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LV->>LV: 轮询事件队列：移动光标 / 揭开 / 插旗
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LV->>BG: 点左上角黄格 = 返回 → 清 LEVEL + uret
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Note over BG: 回到被打断的那条指令，继续等下一次"开始"
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```
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| 入口 | 地址 | 作用 | 对应 RTL 参数 |
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| ---- | ------- | ----------------------------------- | ------------- |
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| 复位 | `0x000` | `_start`：设栈、进 `main` | `RESET_PC` |
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| IRQ1 | `0x100` | **关卡（游戏）程序** `level_main()` | `IRQ1_VECTOR` |
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| IRQ2 | `0x200` | **鼠标读取** `isr_body()` | `IRQ2_VECTOR` |
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| IRQ3 | `0x300` | 备用（只 `uret`） | `IRQ3_VECTOR` |
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**地址是链接脚本定死的**（`linker.ld` 里 `.text.isr1 0x100 : {...}`），所以先定地址、
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再设 RTL 参数，两边成对；不存在"编完才知道地址"的问题。优先级 IRQ3 > IRQ2 > IRQ1，
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所以"关卡跑在 IRQ1、鼠标跑在 IRQ2"天然允许鼠标嵌套打断关卡。
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中断硬件行为（见 `cpu21_riscv_irq_ctrl.v`）：`irq_i` 上升沿置挂起位；响应时硬件自动清
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挂起位、清 `ustatus[0]`（MIE）、把返回地址压进内部 EPC 栈；返回用 **`uret`**；**硬件不保存
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任何通用寄存器**。因此：
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- `isr1_entry`（游戏体量大会调函数）保存**全部调用者保存寄存器**，并用
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`csrrsi x0,0x004,1` 打开 MIE 让鼠标中断能嵌套；
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- `isr2_entry` 只存 `ra`，C 主体 `isr_body` 用 `-ffixed-x1,x5..x7,x10..x17,x28..x31`
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编译，逼 GCC 只用 `s0-s11`（callee-saved，函数自己会存/恢复）和 `sp` —— 这样纯 C
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主体不会破坏被打断的代码；
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- 事件流：鼠标/按键 → RTL 事件 FIFO（深 16）→ 中断 → `isr_body` 搬进软件环形队列 →
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主循环 `handle_event()` 处理。FIFO 读空后中断线自动回 0，下一个事件重新产生上升沿，
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所以不丢事件；主循环只能轮询（这颗核没有 `wfi`）。
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## 2. 针对这颗 CPU 的硬约束（改 C 代码时别踩）
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`cpu21_riscv_decoder.v` 实现的是 RV32I 的一个子集：
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| 类别 | 有 | **没有** |
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| ------ | -------------------------------------------- | ---------------------------------- |
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| R 型 | add sub sll slt sltu xor srl sra or and | — |
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| M 扩展 | mul mulh mulhsu mulhu **divu remu** | **div / rem（有符号）** |
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| I 型 | addi slti sltiu xori ori andi slli srli srai | — |
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| 访存 | **lw / sw / sb** | **lb / lh / lbu / lhu / sh** |
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| 高位 | lui | **auipc** |
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| 控制流 | 6 条分支 + jal + jalr | — |
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| 系统 | ecall uret csrrw csrrsi csrrci | mret / sret / fence / ebreak / wfi |
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对应做法：不按字节*读*内存（**写**显存用 `sb` 可以）、不做有符号除法、索引运算全用
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2 的幂 + 移位/掩码、**不能有 `.data`/`.rodata`**（数据空间读不到 ROM，所以没有带初值的
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全局变量、没有字符串/常量表）；字模放在 RTL 里，不在软件里。
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## 3. 构建（已实测通过）
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工具链：xPack `riscv-none-elf-gcc`（本机装在
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`C:\Users\29653\tools\riscv\xpack-riscv-none-elf-gcc-15.2.0-1\bin`，已加入用户 PATH）。
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```powershell
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cd <仓库>\saolei
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powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\build.ps1
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# 若没配 PATH：-Prefix 'C:\Users\29653\tools\riscv\xpack-riscv-none-elf-gcc-15.2.0-1\bin\riscv-none-elf-'
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```
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| 步骤 | 说明 |
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| ------------ | -------------------------------------------------------------------------------------------- |
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| 编译 | `start.c`/`saolei.c` 正常编；`isr.c` 额外加 `-ffixed-x...` |
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| 链接 | `-T sw/linker.ld`；脚本里的 `ASSERT` 会拦住 `.data`/`.rodata` |
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| **反汇编** | `build/saolei.lst` ← 这就是"编译出来的汇编"，可以直接读 |
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| **ISA 检查** | `tools/check_isa.py` 逐条比对指令白名单，出现 `auipc`/`lb`/`lbu`/`div`… 直接报错并给修复提示 |
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| 转格式 | `build/saolei.hex`（`$readmemh`）+ `pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_saolei_rom.vh` |
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当前实测结果：`text=3368 B, data=0, bss=1436 B`，**842 条指令全部通过 ISA 检查**，
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入口地址 `_start=0x0`、`isr1_entry=0x100`、`isr2_entry=0x200`、`isr3_entry=0x300`。
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编译参数里有三处是这颗核/工具链的坑，已经写在脚本注释里：
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1. `-march=rv32im_zicsr` —— GCC 15 起 `rv32im` 不含 Zicsr，`csrrsi` 会报
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`unrecognized opcode ... extension 'zicsr' required`；
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2. **不要禁链接器松弛**（别加 `-mno-relax`/`-Wl,--no-relax`）—— gcc 的函数调用默认是
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`auipc ra,%pcrel_hi` + `jalr`，要靠链接器松弛压成一条 `jal`；禁掉后 35 条 `auipc`
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会留在代码里（这颗核没有）。用 `-msmall-data-limit=0` 保证松弛不会引入 gp 相对寻址；
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3. 中断入口地址必须写在**段声明**上（`.text.isr1 0x100 : {...} > ROM`）——
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只写 `. = 0x100;` 会被 `ld` 忽略（实测 isr1 掉到了 0x14）。
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## 4. MMIO 地址表（与 `cpu21_mmio.v` 的译码一致）
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| 地址 | 外设 |
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| -------------------- | ------------------------------------------------------------------------------- |
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| `0x0000_1000` | LED 数据寄存器（低 16 位点亮板载 LED） |
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| `0x0000_1004` | 七段数码管：8 位十六进制数（低 4 位 = 最右） |
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| `0x0000_1100+` | 鼠标：STATUS / DATA / ACK / CTRL / INPUT / TIME / FRAME / EVCNT / LEVEL / MAGIC |
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| `0x0000_1140+` | 显示控制器：CTRL（光标可见、背景色）/ CURSOR（列、行）/ MAGIC |
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| `0x0000_2000-0x27FF` | 显存：40 列 × 30 行、每格 1 字节（只用到前 1200 字节） |
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`LEVEL` 是**软件中断**寄存器：写 1 拉起 `irq_i[1]`（关卡入口），关卡返回前写 0 清掉，
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否则下次点"开始"没有新的上升沿。`MAGIC`（`0xCAFE0001/2`）可以读来自检 MMIO 是否活着。
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格子编码 1 字节 = `[3:0] 字形 [6:4] 颜色 [7] 保留`；字形 0 空白、1..8 数字、9 未揭开、
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10 旗、11 雷、12 爆炸、13 问号、14 横线、15 实心；颜色是 3 位调色板。
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## 5. 怎么跑起来
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**仿真**（用你现成的测试平台）：
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```powershell
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copy build\saolei.hex <仓库>\pipelined-cpu\srcs\rom\saolei.hex
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# 把 srcs/tb/tb_no_intr.v 顶部的 ROM_FILE 改成 "saolei.hex"
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```
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**上板**：在 Vivado 里给综合/仿真**定义宏 `SAOLEI_ROM`**（Settings → Verilog Macros），
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`cpu21_board_top.v` 就会加载 `cpu21_saolei_rom.vh`；不定义仍是原来的跑马灯程序。
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接 VGA 显示器，按 `CPU_RESETN` 复位 → 出现开始界面（标题 + 绿色按钮 + 闪动光标框）。
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**操作**（默认用板上 5 向按键）：
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| 操作 | 按键 |
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| ------------------------------------ | --------------------------------------- |
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| 移动光标 | `BTNU` / `BTND` / `BTNL` / `BTNR` |
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| 左键（揭开；在开始界面上 = 开始） | `BTNC` |
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| 插旗模式（拨上去后左键 = 插/取消旗） | `SW0` 或 `SW3` |
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| 返回上一层（关卡内） | 把光标移到盘面**左上角黄格**再按 `BTNC` |
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**鼠标**：默认按键；想用真鼠标就把顶层参数 `USE_PS2_MOUSE` 设为 1（需要 Digilent
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Pmod PS2 插在 JA + 一个 PS/2 鼠标）。`cpu21_ps2_mouse.v` 只实现了**接收**（发 0xF4
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初始化要靠鼠标产生的时钟脉冲，不是固定延时能糊的，所以没写假的）；多数鼠标上电即上报，
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需要 0xF4 的那种得自己补。USB 鼠标在这个核上不现实（协议栈放不下）。C 程序两种方式
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完全不用改。
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## 6. 验证状态（说实话）
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| 部分 | 状态 |
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| ------------------------------------------------------------------------------------ | ----------------------------------------------------------------- |
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| C 工具链链路 | **已实测**：编译/链接/ISA 检查/hex 生成/入口地址逐条核对 全部通过 |
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| `saolei.c` / `isr.c` / `start.c` / `linker.ld` | 逻辑对着 RTL 写；**未在仿真器/硬件上跑过** |
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| `cpu21_mmio.v` 扩展、`cpu21_vga.v`、`cpu21_seg7.v`、`cpu21_pointer.v`、板级顶层、XDC | **未综合、未上板** |
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建议验证顺序：① 跑 `pipelined-cpu/tools/run_regress.ps1` 确认原来的跑马灯/中断/指令
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测试仍全 PASS；② 定义 `SAOLEI_ROM` 跑行为仿真，看有没有往 `0x2000` 起的显存写字节、
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按键后有没有跳进 `0x200`；③ 再上板。
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## 7. 已知可改进项
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- **屏幕上没有字母**：字模是 4 位字形（0-15），所以"开始"是绿色按钮条 + 光标框而不是
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"START" 字样。要显示文字就把格子编码扩成 5 位字形（`mmio.h` 的 `CELL()` 与
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`cpu21_vga.v` 的字模表各改一处，颜色降到 3 位）。
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- 棋盘固定 16×16、40 雷（16 是 2 的幂，索引全用移位，一次除法都不用）；要改大小就改
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`saolei.c` 顶部的 `BW/BH/NMINES`。
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- `run_regress.ps1` 里还没有扫雷的自动测试项。
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+129
@@ -0,0 +1,129 @@
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/* -----------------------------------------------------------------------------
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* isr.c —— 中断服务程序：从 MMIO 读鼠标事件（**这就是"中断读鼠标操作的指令"**）
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*
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* 这颗核的中断硬件行为（见 srcs/rtl/cpu21_riscv_irq_ctrl.v）：
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* * irq_i 上升沿 -> 挂起位置 1；响应中断时硬件自动清挂起位、清 ustatus[0]（MIE）、
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* 把返回地址压进内部 EPC 栈；
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* * 从 uepc 返回用 `uret`（编码 0x00200073，不在标准 C 里，只能内联汇编）；
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* * **硬件不保存任何通用寄存器**，所以软件必须自己保证不破坏被打断的代码。
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*
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* 因此这里分了三个固定地址的入口 + 一个纯 C 主体：
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* 1) isr1_entry（.text.isr1 = 0x100）：**关卡（游戏）入口**，调 level_main()。
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||||
* 游戏是一整段会调用别的函数的 C 程序，所以入口把**所有调用者保存寄存器**
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* （ra、t0-t6、a0-a7）都存起来，并用 csrrsi 打开 MIE 让鼠标中断能嵌套；
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* 2) isr2_entry（.text.isr2 = 0x200）：**鼠标读取**，只存 ra 后调下面的 isr_body；
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||||
* 3) isr3_entry（.text.isr3 = 0x300）：备用，直接 uret；
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* 4) isr_body：**纯 C**，本文件用 -ffixed-x1,x5..x7,x10..x17,x28..x31 编译，
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* 逼 GCC 只用 s0-s11（callee-saved，函数自己会存/恢复）和 sp，于是被打断的
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* 代码的调用者保存寄存器绝对不会被破坏 —— 这样主体就是安全的纯 C 叶子函数。
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*
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* 主体要做的事：把硬件事件 FIFO（深度 16）里的项全部搬到软件环形队列，
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* 主循环再从队列里取。FIFO 读空后中断线自动回 0，下一个事件会重新产生上升沿，
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* 所以不会丢事件。
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* ---------------------------------------------------------------------------*/
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#include "mmio.h"
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/* ---- 与 saolei.c 共用的软件事件队列（定义在这里，声明在 mmio.h） ---- */
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volatile unsigned g_evq[EVQ_SIZE];
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volatile unsigned g_evq_head; /* 主循环消费 */
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||||
volatile unsigned g_evq_tail; /* 中断生产 */
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||||
volatile unsigned g_evq_lost; /* 队列满丢弃计数（调试） */
|
||||
|
||||
/* 中断主体：纯 C 叶子函数（不调用任何函数），只使用 s 寄存器和 sp。
|
||||
* 编译本文件时必须加 -ffixed-x1 -ffixed-x5..x7 -ffixed-x10..x17 -ffixed-x28..x31
|
||||
* （见 tools/build.ps1），否则它会用到调用者保存寄存器从而破坏被打断的代码。 */
|
||||
__attribute__((used, noinline)) void isr_body(void);
|
||||
|
||||
void isr_body(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned ev, next;
|
||||
|
||||
/* 硬件 FIFO 非空就一直搬（STATUS[0] = 非空） */
|
||||
while ((REG_R(REG_STATUS) & 1u) != 0u)
|
||||
{
|
||||
ev = REG_R(REG_MDATA); /* lw：{btn[20:16], dy[15:8], dx[7:0]} */
|
||||
next = (g_evq_tail + 1u) & EVQ_MASK;
|
||||
if (next != g_evq_head)
|
||||
{
|
||||
g_evq[g_evq_tail] = ev;
|
||||
g_evq_tail = next;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
g_evq_lost = g_evq_lost + 1u; /* 软件队列满：丢弃并计数 */
|
||||
}
|
||||
REG_W(REG_MACK) = 1u; /* sw：弹出硬件 FIFO 一项 */
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ---------------------------------------------------------------------------
|
||||
* 三个中断入口，分别在链接脚本固定住的 0x100 / 0x200 / 0x300。
|
||||
*
|
||||
* IRQ1 = 0x100：**关卡（游戏）入口**。游戏是一整段会调用别的函数的 C 程序，
|
||||
* 所以入口必须把**所有调用者保存寄存器**（ra、t0-t6、a0-a7）都存起来，
|
||||
* 否则返回时会把被打断的背景程序弄坏。进入中断时硬件已把 MIE 清 0，这里再
|
||||
* 重新打开，鼠标中断（IRQ2 优先级更高）才能嵌套进来；uret 时硬件会从内部
|
||||
* 栈里恢复原来的 MIE。
|
||||
* IRQ2 = 0x200：**鼠标读取**。C 主体用 -ffixed 编译（只用 s 寄存器和 sp），
|
||||
* 所以入口只要保存 ra。
|
||||
* IRQ3 = 0x300：备用（保留给拨码开关等外部源）。
|
||||
* ------------------------------------------------------------------------- */
|
||||
extern void level_main(void);
|
||||
|
||||
__attribute__((naked, section(".text.isr1"), used, noinline)) void isr1_entry(void)
|
||||
{
|
||||
__asm__ volatile(
|
||||
"addi sp, sp, -64\n\t"
|
||||
"sw ra, 0(sp)\n\t"
|
||||
"sw t0, 4(sp)\n\t"
|
||||
"sw t1, 8(sp)\n\t"
|
||||
"sw t2, 12(sp)\n\t"
|
||||
"sw t3, 16(sp)\n\t"
|
||||
"sw t4, 20(sp)\n\t"
|
||||
"sw t5, 24(sp)\n\t"
|
||||
"sw t6, 28(sp)\n\t"
|
||||
"sw a0, 32(sp)\n\t"
|
||||
"sw a1, 36(sp)\n\t"
|
||||
"sw a2, 40(sp)\n\t"
|
||||
"sw a3, 44(sp)\n\t"
|
||||
"sw a4, 48(sp)\n\t"
|
||||
"sw a5, 52(sp)\n\t"
|
||||
"sw a6, 56(sp)\n\t"
|
||||
"sw a7, 60(sp)\n\t"
|
||||
"csrrsi x0, 0x004, 1\n\t" /* ustatus[0]=MIE：允许鼠标中断嵌套 */
|
||||
"jal ra, level_main\n\t"
|
||||
"lw a7, 60(sp)\n\t"
|
||||
"lw a6, 56(sp)\n\t"
|
||||
"lw a5, 52(sp)\n\t"
|
||||
"lw a4, 48(sp)\n\t"
|
||||
"lw a3, 44(sp)\n\t"
|
||||
"lw a2, 40(sp)\n\t"
|
||||
"lw a1, 36(sp)\n\t"
|
||||
"lw a0, 32(sp)\n\t"
|
||||
"lw t6, 28(sp)\n\t"
|
||||
"lw t5, 24(sp)\n\t"
|
||||
"lw t4, 20(sp)\n\t"
|
||||
"lw t3, 16(sp)\n\t"
|
||||
"lw t2, 12(sp)\n\t"
|
||||
"lw t1, 8(sp)\n\t"
|
||||
"lw t0, 4(sp)\n\t"
|
||||
"lw ra, 0(sp)\n\t"
|
||||
"addi sp, sp, 64\n\t"
|
||||
"uret\n\t");
|
||||
}
|
||||
|
||||
__attribute__((naked, section(".text.isr2"), used, noinline)) void isr2_entry(void)
|
||||
{
|
||||
__asm__ volatile(
|
||||
"addi sp, sp, -8\n\t" /* 保存被打断代码的 ra（jal 会覆盖它） */
|
||||
"sw ra, 0(sp)\n\t"
|
||||
"jal ra, isr_body\n\t" /* 调纯 C 主体（它自己保存 s 寄存器） */
|
||||
"lw ra, 0(sp)\n\t"
|
||||
"addi sp, sp, 8\n\t"
|
||||
"uret\n\t"); /* 从 uepc 返回：这颗核的中断返回指令 */
|
||||
}
|
||||
|
||||
__attribute__((naked, section(".text.isr3"), used, noinline)) void isr3_entry(void)
|
||||
{
|
||||
__asm__ volatile("uret\n\t");
|
||||
}
|
||||
@@ -0,0 +1,99 @@
|
||||
/* -----------------------------------------------------------------------------
|
||||
* linker.ld —— 扫雷程序的内存布局
|
||||
*
|
||||
* 这颗 CPU 是"哈佛"结构：指令从 ROM 取（instr_addr_o），数据访问 RAM
|
||||
* （data_addr_o），两个地址空间都从 0 开始，所以这里用两个 MEMORY 区域，
|
||||
* 都在 0 处开头。
|
||||
*
|
||||
* ROM 0x0000_0000 32 KB（= cpu21_board_top 的 ROM_WORDS = 8192 字）
|
||||
* +0x0000 .text.init 复位入口 _start
|
||||
* +0x0100 .text.isr1 中断入口 isr1_entry（关卡/游戏，**必须等于 IRQ1_VECTOR**）
|
||||
* +0x0200 .text.isr2 中断入口 isr2_entry（鼠标读取，必须等于 IRQ2_VECTOR）
|
||||
* +0x0300 .text.isr3 中断入口 isr3_entry（备用，必须等于 IRQ3_VECTOR）
|
||||
* +0x0400 .text 其余代码（紧跟 isr3 之后）
|
||||
*
|
||||
* RAM 0x0000_0000 4 KB（= saolei_board_top 的 RAM_WORDS = 1024 字）
|
||||
* +0x0000 .bss 全局变量（全部零初始化，不需要 ROM 里的初值）
|
||||
* +0x0FFC __stack_top 栈顶（向下增长）
|
||||
*
|
||||
* 两个断言很关键（都是这颗 CPU 的硬限制）：
|
||||
* 1) 不能有 .data —— 数据空间读不到 ROM，没有地方放"带初值的变量"，
|
||||
* 所有全局变量必须零初始化；
|
||||
* 2) 不能有 .rodata —— 同理，程序里不能出现字符串/常量表
|
||||
* （字模在 RTL 里，不在软件里）。
|
||||
* ---------------------------------------------------------------------------*/
|
||||
|
||||
ENTRY(_start)
|
||||
|
||||
MEMORY
|
||||
{
|
||||
ROM (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 32K
|
||||
RAM (rwx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 4K
|
||||
}
|
||||
|
||||
SECTIONS
|
||||
{
|
||||
/* ------------------------- 数据段（RAM） ------------------------- */
|
||||
. = 0x00000000;
|
||||
|
||||
.bss (NOLOAD) :
|
||||
{
|
||||
__bss_start = .;
|
||||
*(.sbss)
|
||||
*(.sbss.*)
|
||||
*(.bss)
|
||||
*(.bss.*)
|
||||
*(COMMON)
|
||||
. = ALIGN(4);
|
||||
__bss_end = .;
|
||||
} > RAM
|
||||
|
||||
/* 有初值的变量：不允许（见文件头的说明） */
|
||||
.data : { *(.data) *(.data.*) *(.sdata) *(.sdata.*) } > RAM
|
||||
|
||||
/* 只读数据：不允许（没有 auipc / 数据空间读不到 ROM） */
|
||||
.rodata : { *(.rodata) *(.rodata.*) } > RAM
|
||||
|
||||
ASSERT(SIZEOF(.data) == 0, "错误：程序里出现了带初值的全局变量（.data），这颗核没有地方存放它")
|
||||
ASSERT(SIZEOF(.rodata) == 0, "错误：程序里出现了字符串或常量表（.rodata），这颗核读不到 ROM 里的数据")
|
||||
|
||||
/* ------------------------- 代码段（ROM） -------------------------
|
||||
* 三个中断入口的地址**必须写在段声明里**（.text.isr1 0x100 : ...）：
|
||||
* 只写 ". = 0x100;" 这种位置计数器赋值，在段带 "> ROM" 时会被 ld 忽略，
|
||||
* 它会按区域顺序把段紧挨着排下去（实测 isr1 掉到了 0x14）。
|
||||
* 这三个地址要和顶层 cpu21_board_top 的 IRQ1/2/3_VECTOR 参数一致。 */
|
||||
.text.init 0x00000000 :
|
||||
{
|
||||
KEEP(*(.text.init))
|
||||
} > ROM
|
||||
|
||||
.text.isr1 0x00000100 : /* IRQ1：关卡（游戏）入口 */
|
||||
{
|
||||
KEEP(*(.text.isr1))
|
||||
} > ROM
|
||||
|
||||
.text.isr2 0x00000200 : /* IRQ2：鼠标读取 */
|
||||
{
|
||||
KEEP(*(.text.isr2))
|
||||
} > ROM
|
||||
|
||||
.text.isr3 0x00000300 : /* IRQ3：备用 */
|
||||
{
|
||||
KEEP(*(.text.isr3))
|
||||
} > ROM
|
||||
|
||||
.text :
|
||||
{
|
||||
*(.text)
|
||||
*(.text.*)
|
||||
. = ALIGN(4);
|
||||
} > ROM
|
||||
|
||||
/* ------------------------- 符号 ------------------------- */
|
||||
__stack_top = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM) - 4; /* 0x0FFC */
|
||||
__isr_vector = 0x00000100;
|
||||
|
||||
/* .bss 不能长到撞到栈 */
|
||||
ASSERT(__bss_end < (__stack_top - 0x200),
|
||||
"错误：.bss 太大，会覆盖栈；请缩小棋盘或加大 RAM_WORDS")
|
||||
}
|
||||
@@ -0,0 +1,108 @@
|
||||
/* -----------------------------------------------------------------------------
|
||||
* mmio.h —— 扫雷程序的全部 MMIO 地址与编码定义（**只改这一个文件就能换地址**）
|
||||
*
|
||||
* 约定：本文件里的所有地址都是"数据空间"的字节地址，和 CPU 的 data_addr_o 一致。
|
||||
* 写用 *(volatile unsigned *)addr（sw 全字写）或 *(volatile unsigned char *)addr
|
||||
* （sb 字节写，显存必须用这个）。
|
||||
*
|
||||
* -----------------------------------------------------------------------------
|
||||
* 地址表（与 pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_mmio.v 里的译码完全一致）：
|
||||
*
|
||||
* 0x0000_0000 - 0x0000_0FFF 数据 RAM（4 KB，栈 + 全局变量）
|
||||
* 0x0000_1000 LED 数据寄存器（低 16 位点亮 LED）
|
||||
* 0x0000_1004 七段数码管：8 位十六进制（低 4 位 = 最右）
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x00 STATUS [0] 事件FIFO非空 [5:1] 项数 [6] 中断使能 [7] 满
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x04 DATA [7:0] dx [15:8] dy [20:16] 按键（读无副作用）
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x08 ACK 写任意值 -> 弹出一次事件
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x0C CTRL [0] 鼠标中断使能
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x10 INPUT [15:0] 拨码开关 [20:16] 按键
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x14 TIME 自由计数器（随机种子）
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x18 FRAME VGA 帧计数（闪烁用）
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x1C EVENTCNT 累计事件数
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x20 LEVEL 写 1 -> 触发"关卡入口"软件中断（IRQ2）
|
||||
* 0x0000_1100 + 0x24 MAGIC 0xCAFE0002（自检：读得到说明 MMIO 活着）
|
||||
* 0x0000_1140 + 0x00 DISP_CTRL [0] 光标可见 [6:4] 背景色
|
||||
* 0x0000_1140 + 0x04 DISP_CURSOR [5:0] 列 [13:8] 行
|
||||
* 0x0000_1140 + 0x08 DISP_MAGIC 0xCAFE0001
|
||||
* 0x0000_2000 - 0x0000_27FF 显存：40 列 x 30 行，每格 1 字节，共 1200 字节
|
||||
*
|
||||
* 鼠标事件单位：1/8 格（按键一次 = 8 = 移动一格；PS/2 鼠标用原始计数）。
|
||||
* 左键点击 -> 事件的 btn 位 0 置 1；右键（PS/2）-> 位 1。
|
||||
*
|
||||
* ⚠ 如果你的外设地址和上表不同：只改下面这几个宏，.c 文件不用动。
|
||||
* ⚠ 三个中断入口必须与 linker.ld 里 .text.isr1/2/3 的地址一致：
|
||||
* IRQ1(0x100) = 关卡（游戏）入口，IRQ2(0x200) = 鼠标读取，IRQ3(0x300) = 备用。
|
||||
* 顶层 cpu21_board_top 的 IRQ1/2/3_VECTOR 参数也要跟着改（默认就是这个布局）。
|
||||
* ---------------------------------------------------------------------------*/
|
||||
#ifndef SAOLEI_MMIO_H
|
||||
#define SAOLEI_MMIO_H
|
||||
|
||||
/* ---- LED / 七段数码管 ---- */
|
||||
#define LED_ADDR 0x00001000u
|
||||
#define REG_SEG 0x00001004u
|
||||
|
||||
/* ---- 显存 ---- */
|
||||
#define FB_BASE 0x00002000u /* 显存起始（字节地址） */
|
||||
#define FB_PITCH 40u /* 每行 40 格 */
|
||||
#define FB_ROWS 30u /* 30 行 */
|
||||
#define GRID_COLS 40u
|
||||
#define GRID_ROWS 30u
|
||||
|
||||
/* ---- 鼠标寄存器组 ---- */
|
||||
#define REG_STATUS 0x00001100u
|
||||
#define REG_MDATA 0x00001104u
|
||||
#define REG_MACK 0x00001108u
|
||||
#define REG_MCTRL 0x0000110Cu
|
||||
#define REG_INPUT 0x00001110u
|
||||
#define REG_TIME 0x00001114u
|
||||
#define REG_FRAME 0x00001118u
|
||||
#define REG_EVCNT 0x0000111Cu
|
||||
#define REG_LEVEL 0x00001120u
|
||||
#define REG_MMAGIC 0x00001124u
|
||||
|
||||
/* ---- 显示控制器寄存器 ---- */
|
||||
#define REG_CTRL 0x00001140u
|
||||
#define REG_CURSOR 0x00001144u
|
||||
#define REG_DMAGIC 0x00001148u
|
||||
|
||||
/* ---- 访问宏 ---- */
|
||||
#define REG_R(a) (*(volatile unsigned *)((unsigned)(a)))
|
||||
#define REG_W(a) (*(volatile unsigned *)((unsigned)(a)))
|
||||
|
||||
/* 显存按字节写（只能 sb，不能 lb —— 这颗核没有 lb/lbu） */
|
||||
static inline void fb_write(unsigned idx, unsigned val)
|
||||
{
|
||||
*(volatile unsigned char *)(FB_BASE + idx) = (unsigned char)(val & 0xFFu);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ---- 格子编码：1 字节 = [3:0] 字形 [6:4] 颜色 [7] 保留 ---- */
|
||||
#define G_BLANK 0u /* 空 */
|
||||
#define G_N1 1u /* 数字 1..8 = 1..8 */
|
||||
#define G_COVER 9u /* 未揭开 */
|
||||
#define G_FLAG 10u /* 旗 */
|
||||
#define G_MINE 11u /* 雷 */
|
||||
#define G_BOOM 12u /* 爆炸 */
|
||||
#define G_QUEST 13u /* 问号 */
|
||||
#define G_BAR 14u /* 横线 */
|
||||
#define G_SOLID 15u /* 实心 */
|
||||
|
||||
#define C_BLACK 0u
|
||||
#define C_BLUE 1u
|
||||
#define C_GREEN 2u
|
||||
#define C_CYAN 3u
|
||||
#define C_RED 4u
|
||||
#define C_MAGENTA 5u
|
||||
#define C_YELLOW 6u
|
||||
#define C_GRAY 7u
|
||||
|
||||
#define CELL(g, c) ((unsigned)((g) | ((c) << 4)))
|
||||
|
||||
/* ---- 软件事件环形队列：中断服务程序（isr.c）生产，主循环（saolei.c）消费 ---- */
|
||||
#define EVQ_SIZE 64u
|
||||
#define EVQ_MASK (EVQ_SIZE - 1u)
|
||||
extern volatile unsigned g_evq[EVQ_SIZE];
|
||||
extern volatile unsigned g_evq_head; /* 主循环消费 */
|
||||
extern volatile unsigned g_evq_tail; /* 中断生产 */
|
||||
extern volatile unsigned g_evq_lost; /* 队列满丢弃计数（调试用） */
|
||||
|
||||
#endif /* SAOLEI_MMIO_H */
|
||||
@@ -0,0 +1,635 @@
|
||||
/* -----------------------------------------------------------------------------
|
||||
* saolei.c —— 纯 C 扫雷（RV32IM 子集：只用这颗核实现了的指令）
|
||||
*
|
||||
* 显示：把每个格子写成显存里的 1 个字节（MMIO 0x2000 起）
|
||||
* 输入：鼠标事件（中断驱动）——中断里搬到软件队列，主循环在下面处理
|
||||
*
|
||||
* 针对这颗 CPU 的硬约束（很重要，改代码时别踩）：
|
||||
* 1) 存储只有 lw / sw / sb，**没有 lb/lh/lbu/lhu** ——
|
||||
* 所以只按字节"写"显存，从不按字节"读"；所有状态都用 32 位字保存。
|
||||
* 2) **没有 auipc** —— 编译时必须 -fno-pic -mcmodel=medlow，并且不能出现
|
||||
* 只读数据（.rodata），所以本文件没有任何字符串/常量表（字模在 RTL 里）。
|
||||
* 3) 乘除只有 mul/mulh/mulhsu/mulhu 和**无符号**的 divu/remu ——
|
||||
* 所以本文件所有索引运算都用"2 的幂 + 移位/掩码"，一次除法都不用。
|
||||
* 4) 没有 fence/ebreak 等；中断返回是 uret（在 isr.c 里）。
|
||||
*
|
||||
* 棋盘：16 x 16，40 颗雷（16 是 2 的幂 => 索引全用移位，颜色/字形查表也不用除法）
|
||||
* 网格：40 列 x 30 行，棋盘居中放在 (行 7..22, 列 12..27)
|
||||
* ---------------------------------------------------------------------------*/
|
||||
#include "mmio.h"
|
||||
|
||||
#define BW 16u /* 棋盘宽（格） */
|
||||
#define BH 16u /* 棋盘高（格） */
|
||||
#define NCELLS (BW * BH) /* 256 */
|
||||
#define NMINES 40u
|
||||
#define BM_WORDS (NCELLS / 32u) /* 8 */
|
||||
|
||||
#define BOARD_C0 12u /* 棋盘左上角在网格里的列 */
|
||||
#define BOARD_R0 7u /* 棋盘左上角在网格里的行 */
|
||||
|
||||
/* 游戏状态 */
|
||||
#define ST_PLAY 0u
|
||||
#define ST_WIN 1u
|
||||
#define ST_LOSE 2u
|
||||
|
||||
/* ---- 棋盘状态：3 个位图，每个 8 个字（256 位） ---- */
|
||||
static unsigned mine_bm[BM_WORDS];
|
||||
static unsigned open_bm[BM_WORDS];
|
||||
static unsigned flag_bm[BM_WORDS];
|
||||
|
||||
/* 其它全局状态（全部进 .bss，靠 start.c 清零） */
|
||||
static unsigned opened_cnt;
|
||||
static unsigned flags_cnt;
|
||||
static unsigned g_state;
|
||||
static unsigned g_first_done;
|
||||
static unsigned rnd_state;
|
||||
static unsigned cur_r, cur_c; /* 光标所在的网格格 */
|
||||
static int acc_x, acc_y; /* 指针累积量（1/8 格，有符号） */
|
||||
static unsigned bfs_q[NCELLS]; /* 揭开用的队列 */
|
||||
|
||||
/* ============================ 小工具 ============================ */
|
||||
|
||||
/* 位图取位/置位/清位：i = r*16 + c，全部用移位和掩码 */
|
||||
static unsigned bget(const unsigned *bm, unsigned i)
|
||||
{
|
||||
return (bm[i >> 5] >> (i & 31u)) & 1u;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void bset(unsigned *bm, unsigned i)
|
||||
{
|
||||
bm[i >> 5] |= (1u << (i & 31u));
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void bclr(unsigned *bm, unsigned i)
|
||||
{
|
||||
bm[i >> 5] &= ~(1u << (i & 31u));
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void draw_cell(unsigned gr, unsigned gc, unsigned glyph, unsigned color)
|
||||
{
|
||||
fb_write(gr * GRID_COLS + gc, CELL(glyph, color));
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 把棋盘格 (r,c) 画出来 */
|
||||
static void draw_tile(unsigned r, unsigned c, unsigned glyph, unsigned color)
|
||||
{
|
||||
draw_cell(BOARD_R0 + r, BOARD_C0 + c, glyph, color);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static unsigned num_color(unsigned n)
|
||||
{
|
||||
if (n == 1u)
|
||||
return C_BLUE;
|
||||
if (n == 2u)
|
||||
return C_GREEN;
|
||||
if (n == 3u)
|
||||
return C_RED;
|
||||
if (n == 4u)
|
||||
return C_MAGENTA;
|
||||
if (n == 5u)
|
||||
return C_YELLOW;
|
||||
if (n == 6u)
|
||||
return C_CYAN;
|
||||
return C_GRAY;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static unsigned in_board(void)
|
||||
{
|
||||
if (cur_r < BOARD_R0)
|
||||
return 0u;
|
||||
if (cur_r >= (BOARD_R0 + BH))
|
||||
return 0u;
|
||||
if (cur_c < BOARD_C0)
|
||||
return 0u;
|
||||
if (cur_c >= (BOARD_C0 + BW))
|
||||
return 0u;
|
||||
return 1u;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static unsigned cur_index(void)
|
||||
{
|
||||
return ((cur_r - BOARD_R0) << 4) + (cur_c - BOARD_C0); /* *BW(=16) 用移位 */
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* LCG 随机数：只用 mul/add/移位 */
|
||||
static unsigned rnd_next(void)
|
||||
{
|
||||
rnd_state = rnd_state * 1103515245u + 12345u;
|
||||
return rnd_state >> 16;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ============================ 画面 ============================ */
|
||||
|
||||
static void clear_screen(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned i;
|
||||
for (i = 0u; i < (GRID_COLS * GRID_ROWS); i = i + 1u)
|
||||
{
|
||||
fb_write(i, 0u);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void draw_frame(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned gc, gr;
|
||||
for (gc = (BOARD_C0 - 1u); gc <= (BOARD_C0 + BW); gc = gc + 1u)
|
||||
{
|
||||
draw_cell(BOARD_R0 - 1u, gc, G_SOLID, C_CYAN);
|
||||
draw_cell(BOARD_R0 + BH, gc, G_SOLID, C_CYAN);
|
||||
}
|
||||
for (gr = (BOARD_R0 - 1u); gr <= (BOARD_R0 + BH); gr = gr + 1u)
|
||||
{
|
||||
draw_cell(gr, BOARD_C0 - 1u, G_SOLID, C_CYAN);
|
||||
draw_cell(gr, BOARD_C0 + BW, G_SOLID, C_CYAN);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void draw_all_covered(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned r, c;
|
||||
for (r = 0u; r < BH; r = r + 1u)
|
||||
{
|
||||
for (c = 0u; c < BW; c = c + 1u)
|
||||
{
|
||||
draw_tile(r, c, G_COVER, C_GRAY);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void update_cursor_reg(void)
|
||||
{
|
||||
REG_W(REG_CURSOR) = (cur_c & 31u) | ((cur_r & 31u) << 8);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void set_bg(unsigned color)
|
||||
{
|
||||
REG_W(REG_CTRL) = (color << 4) | 1u; /* bit0 = 光标显示 */
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ============================ 游戏逻辑 ============================ */
|
||||
|
||||
static unsigned count_adj(unsigned i)
|
||||
{
|
||||
unsigned r = i >> 4, c = i & 15u, n = 0u, rr, cc;
|
||||
unsigned r0 = (r == 0u) ? 0u : (r - 1u);
|
||||
unsigned r1 = (r + 1u >= BH) ? (BH - 1u) : (r + 1u);
|
||||
unsigned c0 = (c == 0u) ? 0u : (c - 1u);
|
||||
unsigned c1 = (c + 1u >= BW) ? (BW - 1u) : (c + 1u);
|
||||
|
||||
for (rr = r0; rr <= r1; rr = rr + 1u)
|
||||
{
|
||||
for (cc = c0; cc <= c1; cc = cc + 1u)
|
||||
{
|
||||
if ((rr == r) && (cc == c))
|
||||
continue;
|
||||
n = n + bget(mine_bm, (rr << 4) + cc);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void lose(unsigned hit)
|
||||
{
|
||||
unsigned k;
|
||||
for (k = 0u; k < NCELLS; k = k + 1u)
|
||||
{
|
||||
if (bget(mine_bm, k))
|
||||
{
|
||||
if (k == hit)
|
||||
{
|
||||
draw_tile(k >> 4, k & 15u, G_BOOM, C_RED);
|
||||
}
|
||||
else if (!bget(flag_bm, k))
|
||||
{
|
||||
draw_tile(k >> 4, k & 15u, G_MINE, C_RED);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
REG_W(LED_ADDR) = 0xDEADu;
|
||||
g_state = ST_LOSE;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void win(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned k;
|
||||
for (k = 0u; k < NCELLS; k = k + 1u)
|
||||
{
|
||||
if (bget(mine_bm, k))
|
||||
{
|
||||
draw_tile(k >> 4, k & 15u, G_FLAG, C_YELLOW);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
REG_W(LED_ADDR) = 0xF00Du;
|
||||
g_state = ST_WIN;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void reveal_at(unsigned i)
|
||||
{
|
||||
unsigned qh = 0u, qt = 0u, cur, n, r, c, rr, cc, ni;
|
||||
unsigned r0, r1, c0, c1;
|
||||
|
||||
if (bget(open_bm, i) || bget(flag_bm, i))
|
||||
return;
|
||||
if (bget(mine_bm, i))
|
||||
{
|
||||
lose(i);
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
bfs_q[qt] = i;
|
||||
qt = qt + 1u;
|
||||
|
||||
while (qh < qt)
|
||||
{
|
||||
cur = bfs_q[qh];
|
||||
qh = qh + 1u;
|
||||
if (bget(open_bm, cur))
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
bset(open_bm, cur);
|
||||
opened_cnt = opened_cnt + 1u;
|
||||
|
||||
n = count_adj(cur);
|
||||
draw_tile(cur >> 4, cur & 15u, n, num_color(n));
|
||||
|
||||
if (n != 0u)
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
/* 空白格：把周围 8 格入队（队列有界，满了就丢，不会越界） */
|
||||
r = cur >> 4;
|
||||
c = cur & 15u;
|
||||
r0 = (r == 0u) ? 0u : (r - 1u);
|
||||
r1 = (r + 1u >= BH) ? (BH - 1u) : (r + 1u);
|
||||
c0 = (c == 0u) ? 0u : (c - 1u);
|
||||
c1 = (c + 1u >= BW) ? (BW - 1u) : (c + 1u);
|
||||
for (rr = r0; rr <= r1; rr = rr + 1u)
|
||||
{
|
||||
for (cc = c0; cc <= c1; cc = cc + 1u)
|
||||
{
|
||||
if ((rr == r) && (cc == c))
|
||||
continue;
|
||||
ni = (rr << 4) + cc;
|
||||
if (qt < NCELLS)
|
||||
{
|
||||
bfs_q[qt] = ni;
|
||||
qt = qt + 1u;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (opened_cnt == (NCELLS - NMINES))
|
||||
win();
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void place_mines(unsigned safe)
|
||||
{
|
||||
unsigned placed = 0u, i, r, c;
|
||||
unsigned sr = safe >> 4;
|
||||
unsigned sc = safe & 15u;
|
||||
|
||||
while (placed < NMINES)
|
||||
{
|
||||
i = rnd_next() & 255u; /* NCELLS = 256，正好 2 的幂，不需要取模 */
|
||||
r = i >> 4;
|
||||
c = i & 15u;
|
||||
/* 首点及其 8 邻居不放雷，保证第一次点击一定能展开 */
|
||||
if ((r + 1u >= sr) && (r <= (sr + 1u)) &&
|
||||
(c + 1u >= sc) && (c <= (sc + 1u)))
|
||||
continue;
|
||||
if (bget(mine_bm, i))
|
||||
continue;
|
||||
bset(mine_bm, i);
|
||||
placed = placed + 1u;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void click_here(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned i;
|
||||
|
||||
if (!in_board())
|
||||
return;
|
||||
i = cur_index();
|
||||
if (bget(flag_bm, i))
|
||||
return;
|
||||
|
||||
if (!g_first_done)
|
||||
{
|
||||
place_mines(i);
|
||||
g_first_done = 1u;
|
||||
}
|
||||
reveal_at(i);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void toggle_flag(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned i, r, c;
|
||||
|
||||
if (!in_board())
|
||||
return;
|
||||
i = cur_index();
|
||||
if (bget(open_bm, i))
|
||||
return;
|
||||
|
||||
r = cur_r - BOARD_R0;
|
||||
c = cur_c - BOARD_C0;
|
||||
|
||||
if (bget(flag_bm, i))
|
||||
{
|
||||
bclr(flag_bm, i);
|
||||
flags_cnt = flags_cnt - 1u;
|
||||
draw_tile(r, c, G_COVER, C_GRAY);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
bset(flag_bm, i);
|
||||
flags_cnt = flags_cnt + 1u;
|
||||
draw_tile(r, c, G_FLAG, C_YELLOW);
|
||||
}
|
||||
REG_W(LED_ADDR) = NMINES - flags_cnt;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ============================ 鼠标事件 ============================ */
|
||||
|
||||
/* 关卡内：光标允许落在盘面外那一圈边框上（左上角那格是"返回"） */
|
||||
static void move_cursor(int dr, int dc)
|
||||
{
|
||||
int nr = (int)cur_r + dr;
|
||||
int nc = (int)cur_c + dc;
|
||||
|
||||
if (nr < (int)(BOARD_R0 - 1u))
|
||||
nr = (int)(BOARD_R0 - 1u);
|
||||
if (nr > (int)(BOARD_R0 + BH))
|
||||
nr = (int)(BOARD_R0 + BH);
|
||||
if (nc < (int)(BOARD_C0 - 1u))
|
||||
nc = (int)(BOARD_C0 - 1u);
|
||||
if (nc > (int)(BOARD_C0 + BW))
|
||||
nc = (int)(BOARD_C0 + BW);
|
||||
|
||||
cur_r = (unsigned)nr;
|
||||
cur_c = (unsigned)nc;
|
||||
update_cursor_reg();
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ======================= 运行环境状态（背景 / 关卡） =======================
|
||||
* 程序分成两层，正好对应"伪操作系统 + 关卡"的设想：
|
||||
* 背景程序 main() 从头跑到尾：画开始界面、等鼠标；
|
||||
* 关卡程序 level_main() 跑在 IRQ1(0x100) 的中断服务程序里：点"开始"进入，
|
||||
* 点"返回"就 uret 回到背景被打断的那条指令。
|
||||
* ========================================================================= */
|
||||
static unsigned g_in_level; /* 0 = 背景界面，1 = 关卡内 */
|
||||
static unsigned g_exit; /* 关卡内请求返回 */
|
||||
|
||||
/* 背景界面上"开始"按钮的位置（行 20，列 17..22） */
|
||||
#define START_R 20u
|
||||
#define START_C0 17u
|
||||
#define START_C1 22u
|
||||
|
||||
/* 背景用：光标可以在整个画面上移动 */
|
||||
static void move_cursor_screen(int dr, int dc)
|
||||
{
|
||||
int nr = (int)cur_r + dr;
|
||||
int nc = (int)cur_c + dc;
|
||||
|
||||
if (nr < 0)
|
||||
nr = 0;
|
||||
if (nr > (int)(GRID_ROWS - 1u))
|
||||
nr = (int)(GRID_ROWS - 1u);
|
||||
if (nc < 0)
|
||||
nc = 0;
|
||||
if (nc > (int)(GRID_COLS - 1u))
|
||||
nc = (int)(GRID_COLS - 1u);
|
||||
|
||||
cur_r = (unsigned)nr;
|
||||
cur_c = (unsigned)nc;
|
||||
update_cursor_reg();
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 处理一个鼠标事件：ev = {btn[20:16], dy[15:8], dx[7:0]} */
|
||||
static void handle_event(unsigned ev)
|
||||
{
|
||||
unsigned ux = ev & 0xFFu;
|
||||
unsigned uy = (ev >> 8) & 0xFFu;
|
||||
unsigned btn = (ev >> 16) & 31u;
|
||||
int dx = (ux & 0x80u) ? ((int)ux - 256) : (int)ux;
|
||||
int dy = (uy & 0x80u) ? ((int)uy - 256) : (int)uy;
|
||||
unsigned want_flag = (REG_R(REG_INPUT) & 9u) != 0u; /* SW0 或 SW3 = 插旗模式 */
|
||||
|
||||
if ((btn & 1u) != 0u)
|
||||
{ /* 左键 */
|
||||
if (g_in_level == 0u)
|
||||
{
|
||||
/* 背景：点到"开始"按钮 -> 拉起软件中断，跳到 IRQ1 里的关卡程序 */
|
||||
if ((cur_r == START_R) && (cur_c >= START_C0) && (cur_c <= START_C1))
|
||||
{
|
||||
g_in_level = 1u; /* 关卡程序返回时自己清 0 */
|
||||
REG_W(REG_LEVEL) = 1u;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
else if ((cur_r == (BOARD_R0 - 1u)) && (cur_c == (BOARD_C0 - 1u)))
|
||||
{
|
||||
g_exit = 1u; /* 关卡：点左上角黄格 = 返回上一层 */
|
||||
}
|
||||
else if (want_flag != 0u)
|
||||
{
|
||||
toggle_flag();
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
click_here();
|
||||
}
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
if ((btn & 2u) != 0u)
|
||||
{ /* 右键（PS/2 鼠标有；按键没有） */
|
||||
if (g_in_level != 0u)
|
||||
toggle_flag();
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 移动：单位是 1/8 格，累计到 8 就动一格（纯加减比较，没有除法） */
|
||||
acc_x += dx;
|
||||
acc_y += dy;
|
||||
while (acc_x >= 8)
|
||||
{
|
||||
if (g_in_level != 0u)
|
||||
move_cursor(0, 1);
|
||||
else
|
||||
move_cursor_screen(0, 1);
|
||||
acc_x -= 8;
|
||||
}
|
||||
while (acc_x <= -8)
|
||||
{
|
||||
if (g_in_level != 0u)
|
||||
move_cursor(0, -1);
|
||||
else
|
||||
move_cursor_screen(0, -1);
|
||||
acc_x += 8;
|
||||
}
|
||||
while (acc_y >= 8)
|
||||
{
|
||||
if (g_in_level != 0u)
|
||||
move_cursor(1, 0);
|
||||
else
|
||||
move_cursor_screen(1, 0);
|
||||
acc_y -= 8;
|
||||
}
|
||||
while (acc_y <= -8)
|
||||
{
|
||||
if (g_in_level != 0u)
|
||||
move_cursor(-1, 0);
|
||||
else
|
||||
move_cursor_screen(-1, 0);
|
||||
acc_y += 8;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ============================ 背景程序（伪操作系统）============================
|
||||
* 从头跑到尾：画开始界面 -> 等鼠标 -> 点到"开始"按钮就拉起软件中断。
|
||||
* ========================================================================== */
|
||||
static void draw_start_screen(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned i;
|
||||
|
||||
clear_screen();
|
||||
|
||||
/* 标题区：两排雷图案，纯图形（字模里没有字母；要显示文字就得扩字模，见 README） */
|
||||
for (i = 0u; i < 6u; i = i + 1u)
|
||||
{
|
||||
draw_cell(6u, 15u + i * 2u, G_MINE, C_RED);
|
||||
draw_cell(8u, 15u + i * 2u, G_MINE, C_RED);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* "开始"按钮：绿色实心条，上下各一条黄线框住它 */
|
||||
for (i = START_C0; i <= START_C1; i = i + 1u)
|
||||
{
|
||||
draw_cell(START_R - 1u, i, G_BAR, C_YELLOW);
|
||||
draw_cell(START_R, i, G_SOLID, C_GREEN);
|
||||
draw_cell(START_R + 1u, i, G_BAR, C_YELLOW);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 下方提示条 */
|
||||
for (i = 12u; i <= 27u; i = i + 1u)
|
||||
{
|
||||
draw_cell(24u, i, G_BAR, C_CYAN);
|
||||
}
|
||||
|
||||
set_bg(C_BLACK);
|
||||
cur_r = START_R;
|
||||
cur_c = (START_C0 + START_C1) / 2u;
|
||||
update_cursor_reg();
|
||||
|
||||
REG_W(LED_ADDR) = 0x0001u; /* LED = 背景状态码 */
|
||||
REG_W(REG_SEG) = 0u;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ============================ 关卡（游戏）程序 ============================
|
||||
* **运行在 IRQ1 的中断服务程序里**（入口 isr1_entry，固定地址 0x100）：
|
||||
* 背景 main() 点"开始" -> 写 LEVEL 寄存器 -> 硬件拉起 irq_i[1]
|
||||
* -> CPU 跳到 0x100 -> isr1_entry 保存现场、打开 MIE、调用本函数
|
||||
* -> 这里跑完整一局（鼠标中断 0x200 优先级更高，会嵌套进来把事件放进队列，
|
||||
* 所以本循环只要轮询队列）
|
||||
* -> 点左上角黄格 = 返回：清 LEVEL、return -> isr1_entry 恢复现场并 uret
|
||||
* -> 回到背景程序被打断的那条指令，继续等下一次"开始"。
|
||||
* ========================================================================== */
|
||||
#define RET_R (BOARD_R0 - 1u)
|
||||
#define RET_C (BOARD_C0 - 1u)
|
||||
|
||||
void level_main(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned r;
|
||||
|
||||
/* ---- 关卡初始化 ---- */
|
||||
for (r = 0u; r < BM_WORDS; r = r + 1u)
|
||||
{
|
||||
mine_bm[r] = 0u;
|
||||
open_bm[r] = 0u;
|
||||
flag_bm[r] = 0u;
|
||||
}
|
||||
opened_cnt = 0u;
|
||||
flags_cnt = 0u;
|
||||
g_first_done = 0u;
|
||||
g_state = ST_PLAY;
|
||||
g_exit = 0u;
|
||||
acc_x = 0;
|
||||
acc_y = 0;
|
||||
cur_r = BOARD_R0 + 8u;
|
||||
cur_c = BOARD_C0 + 8u;
|
||||
|
||||
clear_screen();
|
||||
draw_frame();
|
||||
draw_all_covered();
|
||||
draw_cell(RET_R, RET_C, G_BAR, C_YELLOW); /* 左上角黄格 = 返回 */
|
||||
set_bg(C_BLUE);
|
||||
update_cursor_reg();
|
||||
REG_W(LED_ADDR) = NMINES;
|
||||
REG_W(REG_SEG) = NMINES; /* 数码管显示剩余雷数 */
|
||||
|
||||
/* ---- 关卡主循环 ---- */
|
||||
while (g_exit == 0u)
|
||||
{
|
||||
if (g_evq_head != g_evq_tail)
|
||||
{
|
||||
unsigned ev = g_evq[g_evq_head];
|
||||
g_evq_head = (g_evq_head + 1u) & EVQ_MASK;
|
||||
if (g_state == ST_PLAY)
|
||||
{
|
||||
handle_event(ev);
|
||||
}
|
||||
else if ((ev >> 16) & 1u)
|
||||
{
|
||||
g_exit = 1u; /* 分出胜负后任意点击 = 返回 */
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
else if (g_state != ST_PLAY)
|
||||
{
|
||||
/* 分出胜负后让背景闪动（用 VGA 帧计数做时间基准，不需要定时器） */
|
||||
static unsigned phase;
|
||||
if ((REG_R(REG_FRAME) & 31u) == 0u)
|
||||
{
|
||||
phase = phase ^ 1u;
|
||||
if (phase != 0u)
|
||||
{
|
||||
set_bg((g_state == ST_WIN) ? C_GREEN : C_RED);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
set_bg(C_BLUE);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
REG_W(REG_LEVEL) = 0u; /* 清软件中断：否则下次点"开始"没有新的上升沿 */
|
||||
g_in_level = 0u; /* 回到背景状态 */
|
||||
draw_start_screen(); /* 恢复开始界面 */
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ============================ 背景主程序 ============================ */
|
||||
|
||||
extern void crt_zero_bss(void);
|
||||
|
||||
int main(void)
|
||||
{
|
||||
crt_zero_bss(); /* 清 .bss（上电 RAM 本来就是 0，保险起见） */
|
||||
|
||||
rnd_state = REG_R(REG_TIME) | 1u; /* 用自由计数器当随机种子 */
|
||||
REG_W(REG_MCTRL) = 1u; /* 打开鼠标中断（IRQ2，入口 0x200） */
|
||||
REG_W(REG_LEVEL) = 0u; /* 清关卡软中断 */
|
||||
|
||||
g_in_level = 0u;
|
||||
draw_start_screen();
|
||||
|
||||
/* 背景循环：只服务鼠标事件；点"开始"后会被 IRQ1 里的关卡程序"接管"，
|
||||
* 关卡返回时又回到这个循环里继续。 */
|
||||
for (;;)
|
||||
{
|
||||
if (g_evq_head != g_evq_tail)
|
||||
{
|
||||
unsigned ev = g_evq[g_evq_head];
|
||||
g_evq_head = (g_evq_head + 1u) & EVQ_MASK;
|
||||
handle_event(ev);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
@@ -0,0 +1,35 @@
|
||||
/* -----------------------------------------------------------------------------
|
||||
* start.c —— C 运行时启动：设置栈指针、把控制权交给 main。
|
||||
*
|
||||
* 这是全工程唯一非写不可的内联汇编（C 语言无法表达"设置 sp"）。
|
||||
* 复位时 PC = 0，所以 _start 必须落在 .text.init（见 linker.ld）。
|
||||
*
|
||||
* 注意用的是 lui/addi 绝对寻址 + jalr，**不是** auipc —— 这颗核没有 auipc。
|
||||
* ---------------------------------------------------------------------------*/
|
||||
extern unsigned __stack_top[];
|
||||
|
||||
int main(void);
|
||||
|
||||
__attribute__((naked, section(".text.init"), used, noreturn)) void _start(void)
|
||||
{
|
||||
__asm__ volatile(
|
||||
"lui sp, %hi(__stack_top)\n\t"
|
||||
"addi sp, sp, %lo(__stack_top)\n\t"
|
||||
"lui t0, %hi(main)\n\t"
|
||||
"addi t0, t0, %lo(main)\n\t"
|
||||
"jalr x0, t0, 0\n\t");
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 清 .bss（纯 C）。上电时 FPGA 里的 RAM 本来就是 0，这一步只是保险。 */
|
||||
extern unsigned __bss_start[];
|
||||
extern unsigned __bss_end[];
|
||||
|
||||
void crt_zero_bss(void)
|
||||
{
|
||||
unsigned *p = __bss_start;
|
||||
while (p < __bss_end)
|
||||
{
|
||||
*p = 0u;
|
||||
p = p + 1u;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
@@ -0,0 +1,174 @@
|
||||
# =============================================================================
|
||||
# build.ps1 —— 扫雷程序一键构建：C -> 汇编/目标文件 -> ELF -> .hex + .vh
|
||||
#
|
||||
# 用法（在 saolei\ 目录下）：
|
||||
# powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\build.ps1
|
||||
# powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\build.ps1 -Prefix riscv64-unknown-elf-
|
||||
#
|
||||
# 产物（都在 saolei\build\ 下）：
|
||||
# saolei.lst objdump -d 反汇编清单（这就是"编译出来的汇编"，可以直接看）
|
||||
# saolei.elf 可执行文件
|
||||
# saolei.bin 裸二进制
|
||||
# saolei.hex $readmemh 格式：拷到 pipelined-cpu\srcs\rom\saolei.hex 就能
|
||||
# 用现成的测试平台（tb_no_intr 等）仿真
|
||||
# saolei.map 链接 map（看段地址和大小）
|
||||
# 并且会生成 pipelined-cpu\srcs\board\cpu21_saolei_rom.vh —— 供 cpu21_board_top.v 用
|
||||
# `include 固化进 ROM（在 Vivado 里定义宏 SAOLEI_ROM 即可切换到扫雷程序）
|
||||
#
|
||||
# 构建流程里有三道针对这颗 CPU 的关卡：
|
||||
# 1) -fno-pic -mcmodel=medlow -mno-relax：避免 auipc / 链接器松弛
|
||||
# 2) 链接脚本里的 ASSERT：禁止 .data / .rodata（这颗核读不到 ROM 里的数据）
|
||||
# 3) tools\check_isa.py：逐条检查反汇编，凡是用到未实现指令（auipc/lb/lbu/div...）
|
||||
# 直接报错并给出修复提示
|
||||
# =============================================================================
|
||||
param(
|
||||
[string]$Prefix = "",
|
||||
[int]$RomWords = 8192,
|
||||
[switch]$SkipIsaCheck
|
||||
)
|
||||
|
||||
$ErrorActionPreference = 'Stop'
|
||||
|
||||
$root = Split-Path -Parent $PSScriptRoot
|
||||
$sw = Join-Path $root 'sw'
|
||||
$build = Join-Path $root 'build'
|
||||
New-Item -ItemType Directory -Force $build | Out-Null
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 工具链探测
|
||||
if (-not $Prefix) {
|
||||
foreach ($cand in 'riscv-none-elf-', 'riscv64-unknown-elf-', 'riscv32-unknown-elf-',
|
||||
'riscv-none-embed-', 'riscv64-linux-gnu-') {
|
||||
if (Get-Command ($cand + 'gcc') -ErrorAction SilentlyContinue) { $Prefix = $cand; break }
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
if (-not $Prefix) {
|
||||
Write-Output "ERROR: 找不到 RISC-V 交叉编译器（riscv*-gcc）。"
|
||||
Write-Output ""
|
||||
Write-Output "装一个即可（推荐 xPack 的 riscv-none-elf-gcc，解压就用，不用管理员权限）："
|
||||
Write-Output " 1) 打开 https://github.com/xpack-dev-tools/riscv-none-elf-gcc-xpack/releases"
|
||||
Write-Output " 2) 下载 win32-x64 的 .zip（例如 xpack-riscv-none-elf-gcc-14.2.0-3-win32-x64.zip）"
|
||||
Write-Output " 3) 解压到例如 C:\tools\riscv-none-elf-gcc"
|
||||
Write-Output " 4) 把 C:\tools\riscv-none-elf-gcc\bin 加进 PATH（或者直接运行本脚本时）："
|
||||
Write-Output " powershell -ExecutionPolicy Bypass -File tools\build.ps1 -Prefix 'C:\tools\riscv-none-elf-gcc\bin\riscv-none-elf-'"
|
||||
exit 1
|
||||
}
|
||||
|
||||
$GCC = $Prefix + 'gcc'
|
||||
$OBJDUMP = $Prefix + 'objdump'
|
||||
$OBJCOPY = $Prefix + 'objcopy'
|
||||
$SIZE = $Prefix + 'size'
|
||||
|
||||
Write-Output "工具链前缀: $Prefix"
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 编译参数
|
||||
# -march=rv32im_zicsr : RV32I + M 扩展 + Zicsr（CSR 指令：csrrw/csrrsi/csrrci）。
|
||||
# GCC 15 起不再默认给 rv32im 开 zicsr，中断入口里的
|
||||
# csrrsi 必须显式打开这个扩展才认。
|
||||
# -mcmodel=medlow -fno-pic : 用 lui/addi 绝对寻址，不产生 auipc
|
||||
# **必须放开链接器松弛**（不要 -mno-relax）：gcc 的函数调用默认是
|
||||
# auipc ra, %pcrel_hi(f) + jalr ra, ra, %pcrel_lo(f)
|
||||
# 要靠链接器松弛把它变成一条 jal，否则 auipc 会留在最终代码里（这颗核没有）。
|
||||
# 松弛只会在两种情况下改变指令：把 pcrel 调用变成 jal，或在使用 gp 相对寻址时
|
||||
# 变成 gp 相对访问 —— 后者已被 -msmall-data-limit=0 从根上禁止。
|
||||
# -msmall-data-limit=0 : 不用 gp 相对寻址
|
||||
# -fno-builtin -nostdlib -ffreestanding : 不要 libc（没有环境，也没有 printf）
|
||||
# -fno-jump-tables : 不生成跳转表（跳转表会落在 .rodata，这颗核读不到）
|
||||
$ccCommon = @(
|
||||
'-march=rv32im_zicsr', '-mabi=ilp32',
|
||||
'-mcmodel=medlow',
|
||||
'-fno-pic', '-fno-PIC', '-fno-pie',
|
||||
'-msmall-data-limit=0', '-fno-common',
|
||||
'-fno-builtin', '-fno-stack-protector', '-fno-jump-tables',
|
||||
'-ffreestanding', '-nostdlib',
|
||||
'-ffunction-sections', '-fdata-sections',
|
||||
'-Os', '-Wall', '-Wextra'
|
||||
)
|
||||
|
||||
# 中断主体（isr.c）必须只使用 callee-saved 寄存器，否则会破坏被打断的代码。
|
||||
# 下面把所有"调用者保存"的通用寄存器都固定住，GCC 就只能用 s0-s11 和 sp。
|
||||
$fixedRegs = @()
|
||||
foreach ($r in 1, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 28, 29, 30, 31) {
|
||||
$fixedRegs += ('-ffixed-x' + $r)
|
||||
}
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 编译
|
||||
$objs = @()
|
||||
|
||||
# 跑外部命令并在非 0 退出码时立刻停下（native 命令失败不会抛异常，必须查 $LASTEXITCODE）
|
||||
function Invoke-Tool {
|
||||
param([string]$Exe, [string[]]$ArgList, [string]$What)
|
||||
& $Exe @ArgList
|
||||
if ($LASTEXITCODE -ne 0) {
|
||||
Write-Output ("ERROR: 失败 -> " + $What)
|
||||
exit 1
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
Write-Output "编译 start.c ..."
|
||||
Invoke-Tool -Exe $GCC -ArgList ($ccCommon + @('-c', (Join-Path $sw 'start.c'), '-o', (Join-Path $build 'start.o'))) -What 'start.c'
|
||||
$objs += (Join-Path $build 'start.o')
|
||||
|
||||
Write-Output "编译 saolei.c ..."
|
||||
Invoke-Tool -Exe $GCC -ArgList ($ccCommon + @('-c', (Join-Path $sw 'saolei.c'), '-o', (Join-Path $build 'saolei.o'))) -What 'saolei.c'
|
||||
$objs += (Join-Path $build 'saolei.o')
|
||||
|
||||
Write-Output "编译 isr.c（额外加 -ffixed 约束）..."
|
||||
Invoke-Tool -Exe $GCC -ArgList ($ccCommon + $fixedRegs + @('-c', (Join-Path $sw 'isr.c'), '-o', (Join-Path $build 'isr.o'))) -What 'isr.c'
|
||||
$objs += (Join-Path $build 'isr.o')
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 链接
|
||||
$elf = Join-Path $build 'saolei.elf'
|
||||
$map = Join-Path $build 'saolei.map'
|
||||
$ld = Join-Path $sw 'linker.ld'
|
||||
|
||||
Write-Output "链接 ..."
|
||||
# 注意：PowerShell 会把未加引号的 "-Wl,--no-relax" 当成参数对解析（逗号引起），
|
||||
# 所以这里统一用参数数组，所有选项都带引号。
|
||||
$linkArgs = @(
|
||||
'-march=rv32im_zicsr', '-mabi=ilp32', '-nostdlib', '-nostartfiles',
|
||||
"-Wl,-Map=$map",
|
||||
'-T', $ld, '-o', $elf
|
||||
) + $objs
|
||||
Invoke-Tool -Exe $GCC -ArgList $linkArgs -What '链接（-T sw/linker.ld）'
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 反汇编 + ISA 检查
|
||||
$lst = Join-Path $build 'saolei.lst'
|
||||
& $OBJDUMP -d -M no-aliases $elf | Out-File -Encoding utf8 $lst
|
||||
Write-Output "反汇编清单: $lst"
|
||||
|
||||
$isaOk = $true
|
||||
if (-not $SkipIsaCheck) {
|
||||
Write-Output ""
|
||||
& py (Join-Path $PSScriptRoot 'check_isa.py') $lst
|
||||
if ($LASTEXITCODE -ne 0) { $isaOk = $false }
|
||||
}
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 转 hex / vh
|
||||
$bin = Join-Path $build 'saolei.bin'
|
||||
$hex = Join-Path $build 'saolei.hex'
|
||||
$vh = Join-Path $root '..\pipelined-cpu\srcs\board\cpu21_saolei_rom.vh'
|
||||
|
||||
& $OBJCOPY -O binary $elf $bin
|
||||
& py (Join-Path $PSScriptRoot 'elf2hex.py') $bin $hex $RomWords $vh
|
||||
|
||||
# ---------------------------------------------------------------- 汇总
|
||||
Write-Output ""
|
||||
Write-Output "==== 段大小 ===="
|
||||
& $SIZE $elf
|
||||
|
||||
$isrLine = Select-String -Path $lst -Pattern '^[0-9a-f]+ <(isr1_entry|isr2_entry|isr3_entry|_start)>:' |
|
||||
Select-Object -ExpandProperty Line
|
||||
Write-Output "==== 入口地址 ===="
|
||||
foreach ($l in $isrLine) { Write-Output (" " + $l) }
|
||||
Write-Output " 三个中断入口必须和顶层 cpu21_board_top 的参数一致："
|
||||
Write-Output " linker.ld 的 .text.isr1/2/3 = IRQ1/2/3_VECTOR = 0x100/0x200/0x300"
|
||||
|
||||
Write-Output ""
|
||||
if ($isaOk) {
|
||||
Write-Output "构建完成：$hex 与 $vh 已生成。"
|
||||
Write-Output " 仿真：把 saolei.hex 拷到 pipelined-cpu\srcs\rom\saolei.hex，用 tb_no_intr 加载"
|
||||
Write-Output " 上板：cpu21_saolei_rom.vh 已生成到 srcs/board/，Vivado 里定义宏 SAOLEI_ROM 后综合"
|
||||
} else {
|
||||
Write-Output "构建完成，但 ISA 检查没通过（见上面的清单），这个 hex 放到 CPU 上会跑飞。"
|
||||
exit 1
|
||||
}
|
||||
@@ -0,0 +1,113 @@
|
||||
#!/usr/bin/env python3
|
||||
"""check_isa.py —— 校验反汇编清单里没有这颗 CPU 未实现的指令。
|
||||
|
||||
用法: python tools/check_isa.py <objdump输出.txt>
|
||||
|
||||
为什么需要它：本 CPU（srcs/rtl/cpu21_riscv_decoder.v）只实现了 RV32I 的一个
|
||||
子集，最容易踩的三个坑是：
|
||||
* 没有 auipc -> 编译器一旦生成它，整段代码就废了（多为 PIC/rodata 引起）
|
||||
* 没有 lb/lh/lbu/lhu -> 只要碰 char/short 类型的读就会出现
|
||||
* 没有有符号 div/rem（只有 divu/remu） -> 有符号除法/取余会被静默算错
|
||||
|
||||
所以这里用"白名单"方式检查：出现名单外的助记符就报错并给出修复提示。
|
||||
退出码 = 违规条数（>255 时截断），0 表示通过。
|
||||
"""
|
||||
|
||||
import sys
|
||||
|
||||
# 这颗 CPU 真正实现了的指令（见 cpu21_riscv_decoder.v）
|
||||
ALLOWED = {
|
||||
# R 型
|
||||
"add", "sub", "sll", "slt", "sltu", "xor", "srl", "sra", "or", "and",
|
||||
# M 扩展（只有这几个）
|
||||
"mul", "mulh", "mulhsu", "mulhu", "divu", "remu",
|
||||
# I 型
|
||||
"addi", "slti", "sltiu", "xori", "ori", "andi", "slli", "srli", "srai",
|
||||
# 访存：只有 lw / sw / sb（没有 lb/lh/lbu/lhu/sh）
|
||||
"lw", "sw", "sb",
|
||||
# 控制流
|
||||
"beq", "bne", "blt", "bge", "bltu", "bgeu", "jal", "jalr",
|
||||
# 高位立即数
|
||||
"lui",
|
||||
# 系统
|
||||
"ecall", "uret", "csrrw", "csrrsi", "csrrci",
|
||||
}
|
||||
|
||||
# objdump 有时仍打印伪指令；这些展开后都是上面支持的指令
|
||||
ALIAS_OK = {
|
||||
"nop", "mv", "li", "j", "jr", "ret", "neg", "not",
|
||||
"beqz", "bnez", "blez", "bgez", "bltz", "bgtz",
|
||||
"seqz", "snez", "sltz", "sgtz",
|
||||
}
|
||||
|
||||
# 违规时给出针对性提示
|
||||
HINTS = {
|
||||
"auipc": "出现了 auipc：说明编译带了 PIC/PIE 或访问了只读数据。"
|
||||
"请用 -fno-pic -mcmodel=medlow，并去掉字符串/常量表（.rodata）",
|
||||
"lb": "没有 lb：不要用 char/short 类型读内存，改用 32 位字",
|
||||
"lh": "没有 lh：同上",
|
||||
"lbu": "没有 lbu：不要用 unsigned char/short 类型读内存（写显存可以用 sb，但别读回来）",
|
||||
"lhu": "没有 lhu：同上",
|
||||
"sh": "没有 sh：只用 sw / sb",
|
||||
"div": "没有有符号 div：改用 unsigned 运算（unsigned 除法会编成 divu）",
|
||||
"rem": "没有有符号 rem：改用 unsigned 运算（unsigned 取余会编成 remu）",
|
||||
"divw": "不支持 64 位运算",
|
||||
"remw": "不支持 64 位运算",
|
||||
"call": "call 会展开成 auipc+jalr：请直接用普通函数调用（jal）",
|
||||
"tail": "tail 会展开成 auipc：请用普通跳转",
|
||||
"fence": "没有 fence/fence.i",
|
||||
"ebreak": "没有 ebreak",
|
||||
"mret": "这颗核的中断返回是 uret，不是 mret",
|
||||
"sret": "这颗核的中断返回是 uret",
|
||||
"wfi": "没有 wfi：主循环只能用轮询",
|
||||
"unimp": "出现了 unimp（非法指令/内联汇编占位）",
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
def main():
|
||||
if len(sys.argv) < 2:
|
||||
print("用法: python tools/check_isa.py <objdump输出.txt>")
|
||||
return 2
|
||||
|
||||
path = sys.argv[1]
|
||||
total = 0
|
||||
violations = []
|
||||
|
||||
with open(path, encoding="utf-8", errors="replace") as f:
|
||||
for line in f:
|
||||
if "\t" not in line:
|
||||
continue
|
||||
parts = line.split("\t")
|
||||
if len(parts) < 3 or not parts[0].strip().endswith(":"):
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continue
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mnemonic = parts[2].strip().split()[0]
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if not mnemonic:
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continue
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total += 1
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if (mnemonic not in ALLOWED) and (mnemonic not in ALIAS_OK):
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violations.append((parts[0].strip(), mnemonic, line.rstrip()))
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print("检查了 %d 条指令。" % total)
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if not violations:
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print("ISA 检查通过：全部指令都在本 CPU 的实现范围内。")
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return 0
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print("")
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print("!! ISA 检查失败：有 %d 条指令这颗 CPU 没有实现：" % len(violations))
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seen = set()
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for addr, mnemonic, raw in violations[:40]:
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print(" %s %s" % (addr, raw.strip()))
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seen.add(mnemonic)
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if len(violations) > 40:
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print(" ...（只列出前 40 条）")
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print("")
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print("修复提示：")
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for m in sorted(seen):
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print(" * %s: %s" % (m, HINTS.get(m, "不在本 CPU 的指令白名单里")))
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return min(len(violations), 255)
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if __name__ == "__main__":
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sys.exit(main())
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@@ -0,0 +1,66 @@
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#!/usr/bin/env python3
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"""elf2hex.py —— 把 objcopy 出来的裸二进制转成 ROM 需要的两份文件。
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用法: python tools/elf2hex.py <input.bin> <output.hex> [ROM_WORDS] [output.vh]
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产出：
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1) <output.hex> 每行一个 32 位字（$readmemh 格式，供 srcs/rom/ 下的
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测试平台加载，例如拷成 srcs/rom/saolei.hex）
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2) <output.vh>（可选） rom[i] = 32'h...; 语句，供
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pipelined-cpu/srcs/board/cpu21_board_top.v 里 `include
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固化进片内 ROM（未用到的地址填 NOP 0x00000013）
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（未用到的地址填 NOP 0x00000013）
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字序：输入的 .bin 是按字节小端排列的机器码，这里按小端拼成 32 位字。
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"""
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import sys
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NOP = 0x00000013
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def main():
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if len(sys.argv) < 3:
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print("用法: python tools/elf2hex.py <input.bin> <output.hex> [ROM_WORDS] [output.vh]")
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return 2
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src = sys.argv[1]
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dst = sys.argv[2]
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words_total = int(sys.argv[3]) if len(sys.argv) > 3 else 8192
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vh_path = sys.argv[4] if len(sys.argv) > 4 else None
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with open(src, "rb") as f:
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data = f.read()
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if len(data) % 4 != 0:
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print("警告：二进制长度 %d 不是 4 的倍数，尾部会被补 0" % len(data))
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data += b"\x00" * (4 - len(data) % 4)
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words = []
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for i in range(0, len(data), 4):
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words.append(int.from_bytes(data[i:i + 4], "little"))
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if len(words) > words_total:
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print("错误：程序 %d 个字，超过 ROM 容量 %d 个字（改大 ROM_WORDS 或精简程序）"
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% (len(words), words_total))
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return 1
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with open(dst, "w", encoding="ascii") as f:
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for w in words:
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f.write("%08X\n" % w)
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if vh_path:
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with open(vh_path, "w", encoding="utf-8") as f:
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f.write(" // 由 tools/elf2hex.py 生成，请勿手工编辑\n")
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f.write(" // 源文件：%s（%d 个字，其余填 NOP）\n" % (src, len(words)))
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for addr in range(words_total):
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w = words[addr] if addr < len(words) else NOP
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||||
f.write(" rom[%d] = 32'h%08X;\n" % (addr, w))
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||||
print("已生成 %s（%d 个字）%s" % (dst, len(words),
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("、%s（%d 个字，NOP 填充）" % (vh_path, words_total)) if vh_path else ""))
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return 0
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if __name__ == "__main__":
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sys.exit(main())
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