Anccend
cfcf2f4923
显示（RTL） - cpu21_vga.v：显存从"每格 1 字节"改成"每格 2 字节"（第 1 字节是 6 位字形、 第 2 字节是 3 位颜色），字地址由 cidx[10:2] 改为 cidx[10:1]（1 字 = 2 格）； 字模表由 4 位扩到 6 位（0..63），新增 A-Z 大写字母（16..41），原 0..15 的 数字/雷/旗/问号/横线/实心字形不变 - cpu21_mmio.v：显存窗口 0x2000-0x27FF -> 0x2000-0x2FFF（300 -> 600 字）， fb_widx 相应取 addr_i[11:2] - cpu21_board_top.v：FB_WORDS 300 -> 600（1200 -> 2400 字节） 软件 - mmio.h：fb_write() -> fb_write_cell(idx, glyph, color)（一格写两个 sb）； 删掉 CELL()，新增 G_A..G_Z 字形常量 - saolei.c：draw_cell / clear_screen 改用 fb_write_cell；开始界面显示 MINES / EASY / NORMAL / HARD / START 文字（START 直接写在绿色按钮条上）， 不再是"两排雷图案 + 纯色条" - 难度选择：新增 g_difficulty / g_mines，三档 20 / 40 / 60 雷；place_mines、 胜利用的 opened_cnt 比较、toggle_flag 的剩余雷数都改读 g_mines；点难度那一行 即切换并重画菜单，点 START 才把雷数交给关卡 - 全部索引运算仍只用移位/掩码（棋盘固定 16x16），没有引入除法 配色（修"数字 1 看不见"） - 数字 1 用 C_BLUE、游戏背景原来也是 C_BLUE，调色板里是同一个深蓝，所以数字 1 完全看不见；现在菜单与关卡背景统一改成 C_BLACK，胜负闪动仍是绿/红/黑， 数字本身的配色不动 工具与文档 - build.ps1：Python 启动器兼容 —— 有 py 用 py，没有就回退到 python （本机只有 python，之前 check_isa.py / elf2hex.py 两处都会中断） - saolei/README.md：显存表（0x2000-0x2FFF、每格 2 字节）、格子编码（6 位字形、 16..41 是 A-Z）、难度说明同步更新 - README.md / cpu21_board_top.v：仅格式化工具重排（Markdown 表格对齐、 if/else 合并成一行），无语义变化 验证：build.ps1 全流程通过（972 条指令 ISA 检查全过；text=3888 B / data=0 / bss=1444 B；入口 _start=0x0、isr1/2/3=0x100/0x200/0x300）；xvlog 不带宏与带 SAOLEI_ROM 两种配置编译均无错；tools/check_rtl_text.ps1 体检 OK。 未验证：未跑行为仿真、未上板。
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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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## 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_2000-0x2FFF` | 显存：40 列 × 30 行、每格 2 字节（共 2400 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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格子编码为两个字节：第一个字节低 6 位是字形编号，第二个字节低 3 位是颜色；字形 0 空白、
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1..8 数字、9 未揭开、10 旗、11 雷、12 爆炸、13 问号、14 横线、15 实心、16..41 为 A-Z；
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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 | 本次修改后未验证：当前环境缺少 RISC-V 交叉编译器 |
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| `saolei.c` / `isr.c` / `start.c` / `linker.ld` | 本机 GCC 语法检查通过；目标 ISA 构建待工具链恢复后执行 |
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| `cpu21_mmio.v` 扩展、`cpu21_vga.v`、`cpu21_seg7.v`、`cpu21_pointer.v`、板级顶层、XDC | `xvlog` 编译通过；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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- **文字显示**：显存现在每格占 2 字节，字形编号扩展到 6 位，RTL 内置 A-Z 和数字/游戏
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符号字模，开始界面显示 `MINES`、`EASY`、`NORMAL`、`HARD`、`START`。
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- 棋盘固定 16×16，开始界面可选 20/40/60 雷（16 是 2 的幂，索引全用移位，一次除法都不用）。
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- `run_regress.ps1` 里还没有扫雷的自动测试项。
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