risc-v-cpu/saolei/tools/build.ps1

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# build.ps1 —— 扫雷程序一键构建：C -> 汇编/目标文件 -> ELF -> .hex + .vh
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# 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-
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# 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     $readmemh 格式：拷到 pipelined-cpu\srcs\rom\saolei.hex 就能
#                  用现成的测试平台（tb_no_intr 等）仿真
#   saolei.map     链接 map（看段地址和大小）
# 并且会生成 pipelined-cpu\srcs\board\cpu21_saolei_rom.vh —— 供 cpu21_board_top.v 用
# `include 固化进 ROM（在 Vivado 里定义宏 SAOLEI_ROM 即可切换到扫雷程序）
#
# 构建流程里有三道针对这颗 CPU 的关卡：
#   1) -fno-pic -mcmodel=medlow -mno-relax：避免 auipc / 链接器松弛
#   2) 链接脚本里的 ASSERT：禁止 .data / .rodata（这颗核读不到 ROM 里的数据）
#   3) tools\check_isa.py：逐条检查反汇编，凡是用到未实现指令（auipc/lb/lbu/div...）
#      直接报错并给出修复提示
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param(
    [string]$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
}