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概述
文档详细描述了一个基于RISC-V指令集的异常处理流程，包括自陷（trap）与中断处理机制。文档首先介绍了通过一个示例程序test的intr.c实现中，如何初始化并模拟操作系统回调的过程。接着解释了CSR寄存器（如mstatus、mtvec）的处理，强调了逻辑地址与物理地址的区分和映射的必要性。另外，描述了yield函数如何触发系统调用并处理中断。最后，讨论了ecall指令、中断返回指令mret以及与difftest的对齐方式。
自陷的流程
执行一个有自陷指令的程序,比如test中的intr.c程序,在main函数中会有一个初始化过程.执行cte_init函数,并且传入一个回调函数,可以认为,这个回调函数是来自操作系统,当发生事件的时候,就会调用这个将事件和上下文作为参数的回调函数(认为进入了操作系统内部).
但是实际上这个回调函数是test给出的.
实现csrw
csrw的INSPART按照规矩来写就行了.
在do阶段,要知道,其是根据csrrw指令衍生出来的指令,csrw是一条伪指令.
csrrw中的rs1,rd是索引了寄存器堆,占用5位比特.
而csr占用12位比特,索引的是内存地址.
比如mtvec的标准riscv32中的内存地址是0x305.
如果真的在inst.c中实现Mr或者Mr,直接传入的是0x305,那么就会在in_mem函数中失败,这个不是标准的访问riscv32中的地址.
为何要直接映射地址访问csr:
在标准RISCV32世界中,低地址用于存储中断寄存器和,大小不是特别大.可以用代码块来模拟映射.如果因此来增加允许访问0x300和0x100起始的地址.那么就需要改动paddr.h相关的访问地址的映射以及地址检查代码.
csr实现
由于mstatus寄存器,ifndef RV64 4byte 0x300addr
mtvec寄存器,ifndef RV64 4byte 0x305addr
这里没有逻辑冲突,但是在定义64位RV时,就会前后覆盖.
这是一个疑问.
为何文档中要这样定义,而访问这些寄存器的时候,给出的csr12位编址只是逻辑地址,并不是物理地址空间.
所以根据以上事实,我们这样实现csr.
在isa-def.h中定义typedef struct CSRS;
在inst.c中:
1 | CSRS csrs = {.mstatus = 0x1800, .mtvec = 0, .mepc = 0, .mcause = 0}; |
这样就在inst.c中可以使用csrs了.
并且能够让DiffTest也支持异常响应机制.
yield
yield函数被调用,执行了两条嵌入的汇编指令,显示向a7中传入调用号:-1(目前,我也不知道为何要传入-1)(自陷指令,传入-1,如果是自陷系统调用,a0传入1)
然后调用ecall.
实现ecall,其在do阶段,调用raise_intr函数,将当前pc保存在mepc,失败号保存在mcause,将mtvec放入pc中.
cte_init函数分析以及自陷/中断跳转过程分析
cte_init函数是由test中的main函数中的代码调用,传入的是test中的intr.c中定义的回调函数.
在cte_init中嵌入一条汇编指令,获取了__am_asm_trap的地址,放入mtvec中.
csrw是伪指令,要实现其经过编译之后生成的中间代码的csrrw指令.
然后将回调函数记录到user_handler中.
当intr.c中执行了yield函数.
yeild函数嵌入了汇编:将a7赋值为-1,然后调用ecall.
在ecall中,我们就做上述要做的,然后跳转到了mtvec中的地址.
mtvec的地址
__am_asm_trap是定义在trap.S中的,是属于.globl段中的.
在这里,执行一系列指令,最后执行的就是跳转__am_irq_handle地址.
__am_irq_handle就是一个函数,这里做了一个局部变量Event,然后根据状态寄存器做一系列的操作.然后调用前面提到的回调函数.
在ecall指令的实现中,会根据当前的mstatus中的状态位对mcause赋值.
在__am_irq_handle中,在switch中,创建Event,然后做一些信息记录.
mtvec中的值,是不需要维护的,这是一个经过初始化之后,就不会改变的.这是异常处理入口的总地址.
实现个别csr指令
先实现ecall指令,然后在其中对mstatus进行测试.
文档后面要求,与difftest"对齐",所以mstatus初始化为0x1800,这是要将第11-12位初始化为11,就是默认进入机器模式.
所以要ecall中要检测这里的模式,然后如果是机器模式就将mcause设置为7,如果是Smode,就是9,如果是umode,就是11.
在__am_irq_handle中对mcause进行分析的时候,这里就目前先将其全部囊括在一个代码块下面,然后将Event变量的event设置为EVENT_YIELD.
上下文的保存,目前并不是我们做的,这里要分析trap.S和__am_irq_handle的代码.
上下文保存以及__am_irq_handle传参
传入的是Contex指针参数,这里的就是__am_irq_handle的地址跳转过去,然后把指针值放入a0寄存器中(传统的用于保存参数的寄存器),这里的a0,就是sp,保存了通用寄存器和几个状态寄存器的地址,可以通过a0进行访问.
同时呢,在__am_asm_trap中,对栈进行了维护,并且使用了宏,对通用寄存器压栈,但是没有见到对2号寄存器进行保存,0号寄存器没必要保存.
所以这里的上下文的保存,以及handle的传参进行了维护.最后弹栈和mret也进行了维护.
在__am_asm_trap中进行测试
在这里,对mcause进行测试,也顺便对mstatus进行测试.但是在此之前会执行trap.S中的指令,需要提前完成csrr,csrw指令的实现.
完成了指令的实现,这里需要对Context进行输出测试,用于确定确实完成了上下文保存.
ecall中的isa_raise_intr测试以及pc是否相加.
这里传入a7的值以及ecall指令的pc值.
在存储pc到mepc中,需要根据不同的情况来决定.有些中断,pc需要加4,然后返回的时候,直接从下一条指令开始就行了.在这里,存储ecall本身的地址就可以了.
然后测试.
关于pc<-SR[mtvec]
要想在下一次执行时,执行的是我们的异常程序入口地址处的指令,我们需要将cpu.pc更新到mtvec中的值.
但是在isa_raise_intr中,是无法做到这一步的.
因为参数列表就决定,我们并没有传入s的指针.
同时,s只是execute函数的局部变量,所以无法在intr.c中extern s.
而在cpu.pc在isa_exec_once函数之后,统一的由s->dnpc赋值.
所以,这里只能将mtvec返回.isa_raise_intr的返回类型也是相同的,满足条件.
然后在ecall指令的实现地方,将返回值赋值给s->dnpc.
mret
由于pa中不涉及特权的处理,并且这里还没有看到处理中断使能的代码,所以mret指令只处理pc的更新.
如果需要涉及到MPP,MPIE,到时候继续在mret代码中添加.
关于在ecall中需要添加的功能,就在isa_raise_intr函数中添加.
difftest
在pa中,mstatus初始化为0x1800,表示这是M-mode,而在M-mode中触发的异常,mcause会被设置为7.
但是在difftest中,这是在U-mode中,所以difftest中的mcause是11.
所以我们应该初始化这个mstatus为0x0000
但是继续执行下去,会出现mstatus的错误.
debug:这里就是表明,difftest中,默认就是M-mode,而不是U-mode,但是其根据不同模式下触发的异常,mcause是反过来的.(有可能我是反过来的).
所以这里就需要在mstatus初始化时修改回0x1800,然后在raise函数中做反过来的处理.
注意:这里并没有检查通用寄存器保存的正确性,只是在添加了在bad时的isa_reg_display打印,大致上是正确的.并不保证.
这里没有经过严格的验证.
debug:发现之前在实现ITRACE的时候,在最后的输出信息时候,没有条件编译.
添加etrace
需要向往常一样,在kconfig中添加.
在__am_irq_handle这里做条件编译,测试,输出异常类型和关键寄存器即可.xxxx
在这里回想其之前在调试中遇到的bug,以及文档中etrace提到的,这里应该是在硬件中实现(nemu),而不是在am中.
因为am中的printf,是映射到了底层的putch.而在nemu中的printf就是标准库里的printf.
所以这里为了避免交替打印的现象,最好是在isa_raise_intr中实现etrace.
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