Alpha
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## 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
100 lines
3.5 KiB
Plaintext
100 lines
3.5 KiB
Plaintext
/* -----------------------------------------------------------------------------
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* linker.ld —— 扫雷程序的内存布局
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*
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* 这颗 CPU 是"哈佛"结构：指令从 ROM 取（instr_addr_o），数据访问 RAM
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* （data_addr_o），两个地址空间都从 0 开始，所以这里用两个 MEMORY 区域，
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* 都在 0 处开头。
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*
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* ROM 0x0000_0000 32 KB（= cpu21_board_top 的 ROM_WORDS = 8192 字）
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* +0x0000 .text.init 复位入口 _start
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* +0x0100 .text.isr1 中断入口 isr1_entry（关卡/游戏，**必须等于 IRQ1_VECTOR**）
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* +0x0200 .text.isr2 中断入口 isr2_entry（鼠标读取，必须等于 IRQ2_VECTOR）
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||
* +0x0300 .text.isr3 中断入口 isr3_entry（备用，必须等于 IRQ3_VECTOR）
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* +0x0400 .text 其余代码（紧跟 isr3 之后）
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*
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* RAM 0x0000_0000 4 KB（= saolei_board_top 的 RAM_WORDS = 1024 字）
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* +0x0000 .bss 全局变量（全部零初始化，不需要 ROM 里的初值）
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* +0x0FFC __stack_top 栈顶（向下增长）
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*
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* 两个断言很关键（都是这颗 CPU 的硬限制）：
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* 1) 不能有 .data —— 数据空间读不到 ROM，没有地方放"带初值的变量"，
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* 所有全局变量必须零初始化；
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* 2) 不能有 .rodata —— 同理，程序里不能出现字符串/常量表
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* （字模在 RTL 里，不在软件里）。
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* ---------------------------------------------------------------------------*/
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ENTRY(_start)
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MEMORY
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{
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ROM (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 32K
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RAM (rwx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 4K
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}
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SECTIONS
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{
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/* ------------------------- 数据段（RAM） ------------------------- */
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. = 0x00000000;
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.bss (NOLOAD) :
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{
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__bss_start = .;
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*(.sbss)
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*(.sbss.*)
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||
*(.bss)
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||
*(.bss.*)
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*(COMMON)
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. = ALIGN(4);
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||
__bss_end = .;
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||
} > RAM
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/* 有初值的变量：不允许（见文件头的说明） */
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.data : { *(.data) *(.data.*) *(.sdata) *(.sdata.*) } > RAM
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||
/* 只读数据：不允许（没有 auipc / 数据空间读不到 ROM） */
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||
.rodata : { *(.rodata) *(.rodata.*) } > RAM
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||
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||
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")
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||
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")
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/* ------------------------- 代码段（ROM） -------------------------
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* 三个中断入口的地址**必须写在段声明里**（.text.isr1 0x100 : ...）：
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* 只写 ". = 0x100;" 这种位置计数器赋值，在段带 "> ROM" 时会被 ld 忽略，
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* 它会按区域顺序把段紧挨着排下去（实测 isr1 掉到了 0x14）。
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* 这三个地址要和顶层 cpu21_board_top 的 IRQ1/2/3_VECTOR 参数一致。 */
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.text.init 0x00000000 :
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{
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KEEP(*(.text.init))
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} > ROM
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.text.isr1 0x00000100 : /* IRQ1：关卡（游戏）入口 */
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||
{
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||
KEEP(*(.text.isr1))
|
||
} > ROM
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||
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||
.text.isr2 0x00000200 : /* IRQ2：鼠标读取 */
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||
{
|
||
KEEP(*(.text.isr2))
|
||
} > ROM
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||
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||
.text.isr3 0x00000300 : /* IRQ3：备用 */
|
||
{
|
||
KEEP(*(.text.isr3))
|
||
} > ROM
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||
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||
.text :
|
||
{
|
||
*(.text)
|
||
*(.text.*)
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||
. = ALIGN(4);
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||
} > ROM
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/* ------------------------- 符号 ------------------------- */
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||
__stack_top = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM) - 4; /* 0x0FFC */
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__isr_vector = 0x00000100;
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/* .bss 不能长到撞到栈 */
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||
ASSERT(__bss_end < (__stack_top - 0x200),
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||
"错误：.bss 太大，会覆盖栈；请缩小棋盘或加大 RAM_WORDS")
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||
}
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