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
96 lines
2.6 KiB
NASM
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NASM
# 乘除法（多周期单元）测试：每个结果都写给 MMIO 的 LED 寄存器，供测试平台比对。
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# 期望输出顺序见同目录 muldiv_test.expected（共 13 个值）。
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#
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# ① mul 7 * 6 = 42 -> 0000002a
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# ② mul -5 * 4 = -20 -> ffffffec
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# ③ mulh 0x40000000 * 4 高 32 位 -> 00000001
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# ④ mulhu 0xffffffff * 2 高 32 位 -> 00000001
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# ⑤ mulhsu -1 * 0xffffffff 高 32 位 -> ffffffff
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# ⑥ divu 100 / 7 = 14 -> 0000000e
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# ⑦ remu 100 % 7 = 2 -> 00000002
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# ⑧ divu 0xffffffff / 2 = 2147483647 -> 7fffffff
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# ⑨ divu 12345 / 0 除零约定 -> ffffffff
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# ⑩ remu 12345 % 0 除零约定 -> 00003039
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# ⑪ remu 0xffffffff % 16 = 15 -> 0000000f
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# ⑫ mul 0x12345678 * 16 低 32 位 -> 23456780
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# ⑬ mulh 0x12345678 * 0x1000 高 32 位 -> 00000123
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#
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# 用法：python tools/rv_asm.py testbench/programs/muldiv_test.asm testbench/rom/muldiv_test.hex
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# ① mul：有符号乘法的低 32 位
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addi t1, zero, 7
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addi t2, zero, 6
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mul a0, t1, t2
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print
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# ② mul：负乘数（低 32 位）
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addi t1, zero, -5
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addi t2, zero, 4
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mul a0, t1, t2
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print
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# ③ mulh：正数相乘，高 32 位不为 0
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lui t1, 0x40000
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addi t2, zero, 4
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mulh a0, t1, t2
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print
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# ④ mulhu：无符号高位（0xffffffff * 2 = 0x1_fffffffe）
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addi t1, zero, -1
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addi t2, zero, 2
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mulhu a0, t1, t2
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print
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# ⑤ mulhsu：有符号 x 无符号（-1 * 4294967295 = 0xffffffff_00000001）
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addi t1, zero, -1
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addi t2, zero, -1
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mulhsu a0, t1, t2
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print
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# ⑥ divu：普通除法
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addi t1, zero, 100
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addi t2, zero, 7
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divu a0, t1, t2
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print
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# ⑦ remu：普通取余
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remu a0, t1, t2
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print
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# ⑧ divu：无符号大数
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addi t1, zero, -1
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addi t2, zero, 2
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divu a0, t1, t2
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print
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# ⑨ divu：除零（商为全 1）
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lui t1, 0x3
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addi t1, t1, 0x39 # t1 = 12345
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addi t2, zero, 0
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divu a0, t1, t2
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print
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# ⑩ remu：除零（余数为被除数）
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remu a0, t1, t2
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print
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# ⑪ remu：0xffffffff % 16
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addi t1, zero, -1
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addi t2, zero, 16
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remu a0, t1, t2
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print
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# ⑫ mul：0x12345678 * 16 的低 32 位
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lui t1, 0x12345
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addi t1, t1, 0x678
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addi t2, zero, 16
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mul a0, t1, t2
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print
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# ⑬ mulh：0x12345678 * 0x1000 的高 32 位
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lui t2, 0x1
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mulh a0, t1, t2
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print
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halt
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