制作一个RISC-V的操作系统十-Trap和Exception(流 mtvec mepc mcause mtval mstatus trap完整流程)

文章目录

  • mtvec
  • mepc
  • mcause
  • mtval
  • mstatus
  • trap 初始化
  • trap的top half(硬件完成)
  • trap的bottom half(软件完成)
  • 从trap返回
  • 代码实现

控制流:程序控制的执行流
trap分为中断和异常
在这里插入图片描述

mtvec

base:存储trap入口函数的基地址右移两位的即四字节对齐的地址
WARL:可以写任何值,但读出来的值需要是合法才行
在这里插入图片描述

mepc

异常执行完后恢复到原来执行流,
MXLEN:就是CPU处理长度
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mcause

WLRL:读写该部分都必须是合法值
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在这里插入图片描述

mtval

对mcause做的一个补充
在RISC-V架构中,mtval 是 Machine Trap Value 寄存器(机器陷阱值寄存器)的缩写,它是RISC-V架构定义的一部分,用于异常处理机制。

当发生硬件引发的异常,如load访问错误、store访问错误、非法指令等时,mtval 寄存器会被设置为相关的错误值。具体来说:

  • 对于 load 或 AMO (原子操作) 访问错误,mtval 保存的是导致错误的地址。
  • 对于 store 访问错误,mtval 同样保存的是试图进行非法存储操作的地址。
  • 对于指令相关异常(如非法指令),mtval 存储的是触发异常的指令的地址。

程序员或操作系统可以通过检查 mtval 寄存器的内容来确定导致异常的具体原因,这对于调试和异常处理程序非常重要。在RISC-V架构的特权模式下,不同的异常等级(如Machine、Supervisor、User等)会有对应的陷阱值寄存器,例如在Supervisor模式下,类似的寄存器可能是scausesbadaddr
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mstatus

xPIE保持执行trap时前保持当前的xIE,trap执行后再恢复到xIE去
xPP保持陷入当前权限x之前的权限级别值,陷入到M权限之前的权限可以说M U S 所以用两个比特位表示这三种状态。陷入到S之前的权限可以是 U S 所以用一个比特位表示,陷入到U只能是U,那没有必要保存,因为执行完trap后恢复到的和执行trap时一样。
WPRI:读这个寄存器的时候忽略该部分的值,写这个寄存器的时候要保留该部分原来的值(不要变)
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trap 初始化

设置mtvec地址为自己设置的异常处理程序的入口地址

在RISC-V架构中,mtvec 是 Machine Trap Vector Base Address Register(机器陷阱向量基地址寄存器)的缩写。此寄存器在RISC-V处理器中扮演着核心的角色,它负责决定在发生硬件异常或中断时,处理器应跳转到何处执行相应的处理代码。

mtvec 寄存器的结构通常包括两部分:

  1. Base Address(基地址):存储了一个物理地址,当发生异常或中断时,处理器会跳转到这个地址处执行异常处理程序的第一条指令。

  2. Mode(模式):

    • Direct Mode(直接模式):在这种模式下,基地址字段直接指向异常处理程序的入口地址。
    • Vectored Mode(向量化模式):这种模式下,基地址字段指向一个固定的向量表,向量表中的每一个条目对应一种特定的异常类型。当异常发生时,处理器根据异常类型从向量表中索引出相应的处理程序地址。

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trap的top half(硬件完成)

  1. MIE复制到MPIE中,MIE清0
  2. 设置mepc,pc设置为mtvec(异常:异常程序处理完后需要重新执行异常指令 中断:执行完处理中断执行下一条指令)
  3. 设置mcause和mtval
  4. 设置MPP,权限进入M(无论啥trap都会先切换到machine模型)
    . 在这里插入图片描述

trap的bottom half(软件完成)

  1. 切换上下文
  2. 调用对应的处理函数
  3. 恢复上下文
  4. mret
    在这里插入图片描述

从trap返回

  1. 恢复权限
  2. 中断恢复,设置MPP
  3. pc恢复,设置MPIE
    在这里插入图片描述

代码实现

https://github.com/FULLK/risllkos/tree/main/Fullkenerl5

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