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
111 lines
3.5 KiB
NASM
111 lines
3.5 KiB
NASM
# 指令扩展验证程序：每条被测指令的结果都通过 MMIO 写 LED 输出，最后用 halt 停机。
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# 期望输出顺序见每行注释（共 24 次输出），同时保存在同目录 isa_test.expected（每行一项 LED 值）。
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#
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# 用法（在仓库根目录执行）：
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# python tools/rv_asm.py testbench/programs/isa_test.asm <仿真工作目录>/risc-v-benchmark_ccab.hex
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# 再用 testbench/tb_no_intr.v 仿真；hex 命名为 risc-v-benchmark_ccab.hex 时会被测试
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# 平台优先从仿真工作目录载入（参见 tb_no_intr.v 的 ROM 探测顺序）。
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# print / halt 是 tools/rv_asm.py 提供的双字伪指令（print 会占用 t6）：
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# print = lui t6,0x1000>>12 + sw a0,0(t6)（写 MMIO 的 LED 寄存器）；
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# halt = addi a7,zero,10 + ecall（ecall 停机）。
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# ---- sltiu：立即数符号扩展后做无符号比较 ----
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addi t0, zero, 1
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addi t1, zero, -1 # t1 = 0xffffffff
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sltiu a0, t0, -1 # 1 <u 0xffffffff -> 00000001
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print
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sltiu a0, t1, 1 # 0xffffffff <u 1 -> 00000000
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print
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# ---- xor / sll / srl / sra（原有指令回归）----
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addi t0, zero, 0xff
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addi t1, zero, -1
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xor a0, t0, t1 # 0xff ^ 0xffffffff -> ffffff00
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||
print
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addi t0, zero, 1
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addi t1, zero, 31
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sll a0, t0, t1 # 1 << 31 -> 80000000
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print
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||
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addi t0, zero, -1
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addi t1, zero, 28
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srl a0, t0, t1 # 逻辑右移 -> 0000000f
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||
print
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sra a0, t0, t1 # 算术右移 -> ffffffff
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||
print
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||
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# ---- mul：无符号乘积低 32 位 ----
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||
addi t0, zero, 1234
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addi t1, zero, 567
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mul a0, t0, t1 # 1234*567 = 0x000aad1e
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||
print
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||
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||
# ---- mulh / mulhu / mulhsu：64 位乘积的高 32 位 ----
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||
addi t0, zero, -1 # 有符号 -1 / 无符号 0xffffffff
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||
addi t1, zero, -1
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||
mulh a0, t0, t1 # (-1)*(-1)=1 -> 00000000
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||
print
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||
mulhu a0, t0, t1 # 0xffffffff^2 -> fffffffe
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||
print
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||
addi t0, zero, -1
|
||
addi t1, zero, 2
|
||
mulhsu a0, t0, t1 # (-1)*2=-2 -> ffffffff
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||
print
|
||
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||
# ---- bltu：0 <u 0xffffffff 成立（按有符号比较则不成立）----
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||
addi t0, zero, -1
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||
bltu zero, t0, bltu_ok
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||
addi a0, zero, 0x101 # 不应执行
|
||
print
|
||
bltu_ok:
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||
addi a0, zero, 0x601 # 00000601
|
||
print
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||
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||
# ---- bge：有符号 >= ，(-1) >= 0 不成立，应走 fall-through ----
|
||
addi t0, zero, -1
|
||
bge t0, zero, bge_bad
|
||
addi a0, zero, 0x602 # 00000602
|
||
print
|
||
jal zero, bge_done
|
||
bge_bad:
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||
addi a0, zero, 0x102 # 不应执行
|
||
print
|
||
bge_done:
|
||
|
||
# ---- bgeu：无符号 >= ，0xffffffff >=u 0 成立 ----
|
||
addi t0, zero, -1
|
||
bgeu t0, zero, bgeu_ok
|
||
addi a0, zero, 0x103 # 不应执行
|
||
print
|
||
bgeu_ok:
|
||
addi a0, zero, 0x603 # 00000603
|
||
print
|
||
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||
# ---- bge 循环：从 -3 递增到 0（共 4 次输出）----
|
||
addi s1, zero, -3
|
||
bge_loop:
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||
add a0, zero, s1
|
||
print # fffffffd / fffffffe / ffffffff / 00000000
|
||
addi s1, s1, 1
|
||
bge zero, s1, bge_loop
|
||
|
||
# ---- bgeu 循环：3 -> 1（共 3 次输出）----
|
||
addi t0, zero, 3
|
||
bgeu_loop:
|
||
add a0, zero, t0
|
||
print # 00000003 / 00000002 / 00000001
|
||
addi t0, t0, -1
|
||
addi t2, zero, 1
|
||
bgeu t0, t2, bgeu_loop
|
||
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||
# ---- bltu 循环：4 -> 1（共 4 次输出）----
|
||
addi s1, zero, 4
|
||
bltu_loop:
|
||
add a0, zero, s1
|
||
print # 00000004 / 00000003 / 00000002 / 00000001
|
||
addi s1, s1, -1
|
||
bltu zero, s1, bltu_loop
|
||
|
||
halt
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