Alpha
e44680a114
- programs/risc-v-intrupt-sllsb.asm/.hex: 课程原始程序（344 字，hex 已去掉 Logisim
的 v2.0 raw 头），保留原文件以便追溯
- tools/adapt_intrupt_sllsb.py: 把它适配到本 CPU 上板（只改 ROM 内容，地址不变）
- 课程用 addi a7,zero,34 + ecall 显示，本 CPU 里那是空操作 -> 每条显示点原地换成
一次调用：主程序 jal ra,DISP_DLY；ISR 用 add a7,a0,zero + jal a0,DISP_DLY_ISR
（三个 ISR 都没保存 ra，所以 ISR 版把链接寄存器放 a0、显示值放 a7）
- DISP_DLY / DISP_DLY_ISR 各 8 条，追加在 uret 之后，中断入口 0x0AC/0x240/0x3E8 不变
- 返回地址存 sp+256（越过 ISR 最多 192 字节的栈区），嵌套中断也破坏不了
- 脚本自带跳转目标自检（曾发现 ISR 侧 jal 偏移少算一条指令的问题）
- srcs/board/cpu21_board_top.v: 新增 RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM 分支（ROM 选择、
CPU 分频用 CLK_DIV_INTRUPT、中断向量 0x0AC/0x240/0x3E8）
- srcs/board/risc-v-intrupt-sllsb.vh: 生成的 ROM 初始化（1024 字，程序 360 字）
- create_project.tcl: 新增 use_intrupt_sllsb 开关（默认 1，已把 ccab 置 0）
实测：Vivado 2020.2 建工程 + 综合通过（sources_1 verilog_define =
RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM，synth_design Complete! 100%）
223 lines
9.1 KiB
Python
223 lines
9.1 KiB
Python
#!/usr/bin/env python3
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"""把课程新版中断测试（EPC 内存堆栈保护 + 附加 SLL/SB/BLTU）适配到本 CPU 上板运行。
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输入：programs/risc-v-intrupt-sllsb.hex
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课程的原始镜像（344 字，已去掉 Logisim 的 "v2.0 raw" 头）
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输出：<输出.vh> 供 cpu21_board_top.v 里 `include 的 ROM 初始化（RISC_V_INTRUPT_SLLSB_ROM）
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[输出_adapted.hex] 可选：适配后的镜像本身（方便人工对比/仿真）
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只改 ROM 内容，不改 CPU 语义，**所有指令地址保持不变**，因此顶层的
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IRQ1/2/3_VECTOR = 0x0AC / 0x240 / 0x3E8 不用动。
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改了什么
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课程程序用 "addi a7,zero,34" + "ecall" 显示（`ecall` 的服务号 34 是原 Logisim
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电路的历史"显示"调用；本 CPU 把它保留为空操作，LED/数码管不会有任何反应）。
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这里把每条显示点**原地换成一次调用**（仍然是 2 字换 2 字）：
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* 主程序（字 0..42）： "jal ra,DISP_DLY" + "nop"
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* 三个 ISR（字 >= 43）： "add a7,a0,zero" + "jal a0,DISP_DLY_ISR"
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两个显示例程（各 8 条）追加在程序末尾（最后一条 uret 之后），所以入口地址不变。
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为什么 ISR 版不用 ra
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三个 ISR 的现场都保存/恢复 a7 与 a0，但**都没有保存 ra**（它们原来的显示是
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ecall，不需要 ra）。若 ISR 里用 `jal ra,...`，ra 会被写成 ISR 内部地址；恰好
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中断落在主程序 DISP_DLY 末尾的 `jalr zero,0(ra)` 上时，返回后会跳到 ISR 内部，
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一路执行到 ISR 结尾的 `csrrci zero,0x4,1`，把 MIE 永久清零（表现就是"跑一阵子
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之后拨开关再也不响应"）。所以 ISR 版把链接寄存器放 a0、显示值放 a7。
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为什么返回地址存在 sp+256
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本程序的 ISR 是"先加 sp 再存"的向上增长栈，一层最多 48 字节，最多嵌套 4 层共
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192 字节，所以 [sp, sp+192) 是中断随时会写到的区域。返回地址放在 sp+256（越过
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这个区域）后，中断（含嵌套）打断显示延时也破坏不了它。
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用法
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py tools/adapt_intrupt_sllsb.py programs/risc-v-intrupt-sllsb.hex \
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srcs/board/risc-v-intrupt-sllsb.vh [programs/risc-v-intrupt-sllsb-adapted.hex]
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"""
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import sys
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NOP = 0x00000013
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ECALL = 0x00000073
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ZERO, RA, SP, T2, A0, A7 = 0, 1, 2, 7, 10, 17
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LED_ADDR_HI = 1 # lui a7, 1 -> a7 = 0x1000（LED_ADDR / 数码管）
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# 延时计数初值为负、向上数到 0（约 2 拍一轮）：
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# 0xFFFC0000 -> 0x40000 = 262144 轮 ≈ 52 万拍 ≈ 10 ms @50 MHz
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# @3.125 MHz（CLK_DIV_INTRUPT=32）时约 160 ms，肉眼看得很清楚
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DELAY_NEG_HI = 0xFFFC0
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LINK_SLOT = 256 # 链接寄存器保存位置，必须 > ISR 最大栈用量（4x48=192）
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ISR1_WORD = 43 # 字 43 起是三个 ISR（主程序在它之前）
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ROM_WORDS = 1024 # 与 cpu21_board_top 的 hex2vh 约定一致（ROM 深度 8192 也够）
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# ---------------------------------------------------------------- 编码
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def enc_i(imm, rs1, f3, rd, op=0x13):
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return ((imm & 0xFFF) << 20) | (rs1 << 15) | (f3 << 12) | (rd << 7) | op
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def enc_s(imm, rs2, rs1, f3):
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imm &= 0xFFF
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return (((imm >> 5) << 25) | (rs2 << 20) | (rs1 << 15) | (f3 << 12)
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| ((imm & 0x1F) << 7) | 0x23)
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def enc_b(imm, rs2, rs1, f3):
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imm &= 0x1FFF
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||
return ((((imm >> 12) & 1) << 31) | (((imm >> 5) & 0x3F) << 25)
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||
| (rs2 << 20) | (rs1 << 15) | (f3 << 12)
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||
| (((imm >> 1) & 0xF) << 8) | (((imm >> 11) & 1) << 7) | 0x63)
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def enc_u(imm, rd):
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return ((imm & 0xFFFFF) << 12) | (rd << 7) | 0x37
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def enc_j(imm, rd):
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imm &= 0x1FFFFF
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return ((((imm >> 20) & 1) << 31) | (((imm >> 1) & 0x3FF) << 21)
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| (((imm >> 11) & 1) << 20) | (((imm >> 12) & 0xFF) << 12)
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| (rd << 7) | 0x6F)
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def enc_r(f7, rs2, rs1, f3, rd):
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return ((f7 << 25) | (rs2 << 20) | (rs1 << 15) | (f3 << 12)
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| (rd << 7) | 0x33)
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DISP_LUI = enc_u(LED_ADDR_HI, A7) # lui a7, 1
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DISP_SW = enc_s(0, A0, A7, 2) # sw a0, 0(a7)
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SHOW_SITE = enc_i(34, ZERO, 0, A7) # addi a7, zero, 34 <- 课程程序的"显示"点
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SW_A7_0SP = enc_s(0, A7, SP, 2) # sw a7, 0(sp) <- ISR 入口第一条
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def disp_dly():
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"""主程序用：显示 a0，延时约 10 ms，链接在 ra（8 条）。"""
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return [
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enc_s(LINK_SLOT, RA, SP, 2), # sw ra, 256(sp)
|
||
DISP_LUI, # lui a7, 1
|
||
DISP_SW, # sw a0, 0(a7)
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||
enc_u(DELAY_NEG_HI, T2), # lui t2, 0xFFFC0
|
||
enc_i(1, T2, 0, T2), # addi t2, t2, 1
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||
enc_b(-4, ZERO, T2, 4), # blt t2, zero, -4
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||
enc_i(LINK_SLOT, SP, 2, RA, 0x03), # lw ra, 256(sp)
|
||
enc_i(0, RA, 0, ZERO, 0x67), # jalr zero, ra, 0
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||
]
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||
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def disp_dly_isr():
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||
"""ISR 用：显示 a7，链接在 a0，完全不碰 ra（8 条）。"""
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||
return [
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||
enc_s(LINK_SLOT, A0, SP, 2), # sw a0, 256(sp)
|
||
enc_u(LED_ADDR_HI, A0), # lui a0, 1
|
||
enc_s(0, A7, A0, 2), # sw a7, 0(a0)
|
||
enc_u(DELAY_NEG_HI, T2), # lui t2, 0xFFFC0
|
||
enc_i(1, T2, 0, T2), # addi t2, t2, 1
|
||
enc_b(-4, ZERO, T2, 4), # blt t2, zero, -4
|
||
enc_i(LINK_SLOT, SP, 2, A0, 0x03), # lw a0, 256(sp)
|
||
enc_i(0, A0, 0, ZERO, 0x67), # jalr zero, a0, 0
|
||
]
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def read_hex(path):
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words = []
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with open(path, encoding="ascii") as f:
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for line in f:
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line = line.split("//")[0].strip()
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if not line or line.lower().startswith("v2.0"):
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continue # 容忍 Logisim 的 "v2.0 raw" 头
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words.append(int(line, 16))
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return words
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def main():
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if len(sys.argv) < 3:
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raise SystemExit(__doc__)
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src, dst_vh = sys.argv[1], sys.argv[2]
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dst_hex = sys.argv[3] if len(sys.argv) > 3 else None
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w = read_hex(src)
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print("源程序 %d 字" % len(w))
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# ---- 自检：三个 ISR 入口必须还是 sw a7,0(sp) ----
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entries = [i for i, x in enumerate(w) if x == SW_A7_0SP]
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print("ISR 入口候选（sw a7,0(sp)）字号 = %s" % entries)
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if entries != [43, 144, 250]:
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print("警告：ISR 入口与预期 [43, 144, 250] 不一致，请核对顶层 IRQ_VECTOR！")
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# ---- 例程地址（追加在程序末尾，入口地址因此不变）----
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n = len(w)
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dly_addr = n * 4
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dly_isr_addr = (n + 8) * 4
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# ---- 逐条替换显示点 ----
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patched_main = patched_isr = 0
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i = 0
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while i < n - 1:
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if w[i] == SHOW_SITE and w[i + 1] == ECALL:
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if i < ISR1_WORD:
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w[i] = enc_j(dly_addr - i * 4, RA) # jal ra, DISP_DLY
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w[i + 1] = NOP
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patched_main += 1
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||
else:
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w[i] = enc_r(0, 0, A0, 0, A7) # add a7, a0, zero
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# 注意：jal 落在 w[i+1]，所以偏移必须按 (i+1) 算，否则会跳过例程首条
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||
w[i + 1] = enc_j(dly_isr_addr - (i + 1) * 4, A0) # jal a0, DISP_DLY_ISR
|
||
patched_isr += 1
|
||
i += 2
|
||
else:
|
||
i += 1
|
||
print("显示点替换：主程序 %d 处、ISR %d 处" % (patched_main, patched_isr))
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||
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||
# ---- 自检：每个显示调用的跳转目标必须正好落在例程首字 ----
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||
def jal_target(word, addr):
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||
imm = (((word >> 31) & 1) << 20) | (((word >> 21) & 0x3FF) << 1) \
|
||
| (((word >> 20) & 1) << 11) | (((word >> 12) & 0xFF) << 12)
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||
if imm & (1 << 20):
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imm -= (1 << 21)
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return addr + imm
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||
|
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bad = []
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for i in range(n - 1):
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||
if w[i] == enc_r(0, 0, A0, 0, A7) and (w[i + 1] & 0x7F) == 0x6F:
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||
if jal_target(w[i + 1], (i + 1) * 4) != dly_isr_addr:
|
||
bad.append(i)
|
||
if (w[i] & 0x7F) == 0x6F and ((w[i] >> 7) & 0x1F) == RA and w[i + 1] == NOP:
|
||
if jal_target(w[i], i * 4) != dly_addr:
|
||
bad.append(i)
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if bad:
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raise SystemExit("自检失败：字 %s 的跳转目标不对" % bad)
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print("自检通过：所有显示调用都精确跳到例程首字（DISP_DLY 0x%X / ISR 0x%X）"
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% (dly_addr, dly_isr_addr))
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w += disp_dly() + disp_dly_isr()
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||
print("追加 DISP_DLY @字 %d (0x%X)、DISP_DLY_ISR @字 %d (0x%X)"
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% (n, dly_addr, n + 8, dly_isr_addr))
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# ---- 写 .vh（与 tools/hex2vh.py 的格式一致）----
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if len(w) > ROM_WORDS:
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raise SystemExit("程序 %d 字，超过 %d 字上限" % (len(w), ROM_WORDS))
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with open(dst_vh, "w", encoding="utf-8") as f:
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f.write(" // generated by tools/adapt_intrupt_sllsb.py - do not edit by hand\n")
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f.write(" // source: %s (%d words, remaining entries filled with NOP)\n"
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% (src, len(w)))
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for a in range(ROM_WORDS):
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f.write(" rom[%d] = 32'h%08X;\n" % (a, w[a] if a < len(w) else NOP))
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||
print("已生成 %s（%d 个字）" % (dst_vh, ROM_WORDS))
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if dst_hex:
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with open(dst_hex, "w", encoding="ascii") as f:
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for x in w:
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f.write("%08X\n" % x)
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||
print("已生成 %s（适配后的镜像）" % dst_hex)
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main()
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