RISC-V SiFive U54内核——中止和异常详解
mstatus.MIE 写入 0（默认复位值）来全局禁用中止 。将机械模式异常处置惩罚程序的基地点写入 mtvec CSR 。这是任何指导流程中的必需办法 。将 mstatus.MPP 写入 0 以将之前的模式设置为 User，这允许我们返回到该模式 。设置物理内存�；� (PMP) 区域以将所需区域授予用户和主管模式，并可选择从机械模式吊销权限 。用主管模式异常处置惩罚程序的基地点写入 stvec CSR 。编写 medeleg 寄存器，将异常委托给主管模式 �Ｋ剂� ECALL 和页面过失异常 。编写 mstatus.FS 以启用浮点（若是支持） 。将机械模式用户寄存器存储到客栈或应用程序特定的帧指针 。用用户态软件的入口点编写mepc
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mret指令进入用户模式 。Note：只有一组用户寄存器 (x1 - x31) 用于所有权限级别，因此应用软件认真在进入和退出差别级别时生涯和恢复状态 。外地中止 软件中止（中止 ID #3）：通过写入特定 hart 的内存映射中止挂起寄存器 msip 来触发 。准时器中止：当寄存器 mtime 大于或即是寄存器 mtimecmp 并且两个寄存器都是 CLINT 内存映射的一部分时，会触发准时器中止（中止 ID #7） 。mtime 和 mtimecmp 寄存器通常仅在机械模式下可用，除非 PMP 授予用户或治理员模式会见它们所在的内存映射区域的权限 。全局中止通常首先路由到 PLIC，然后使用外部中止进入 hart（中止 ID #11）中止操作 在特权模式 m 内，若是相关的全局中止使能 {ie} 清零，则在该特权模式下不会爆发任何中止，但更高特权模式下的待决启用中止将抢占目今执行 。若是设置了 {ie}，则在相同特权模式下处于更高中止级别的挂起启用中止将抢占目今执行并运行更高中止级别的中止处置惩罚程序 。当爆发中止或同步异常时，会修改特权模式以反应新的特权模式 。处置惩罚程序特权模式的全局中止使能位被扫除中止进入和退出当中止爆发时：? mstatus.MIE 的值被复制到mcause.MPIE 中，然后mstatus.MIE 被扫除，有用地禁用了中止 。? 中止前的特权模式在mstatus.MPP 中编码 。? 目今 pc 被复制到 mepc 寄存器中，然后将 pc 设置为 mtvec 指定的值此时，控制权移交给中止处置惩罚程序中的软件，并禁用中止 。执行 mret 指令时，会爆发以下情形：? 特权模式设置为在 mstatus.MPP 中编码的值 。? 全局中止使能 mstatus.MIE 设置为 mcause.MPIE 的值 。? pc 设置为mepc 的值 。此时，控制权交给软件 。中止控制和状态寄存器 Machine Status Register (mstatus)mstatus 寄存器跟踪并控制 hart 的目今操作状态，包括是否启用中止 。通过设置 mstatus 中的 MIE 位来启用中止 。在写入 mstatus.MIE=1 之前，建议先在 mie 中开启中止 。Machine Trap Vector (mtvec)mtvec 寄存器有两个主要功效：界说陷阱向量的基地点，以及设置 U54内核处置惩罚中止的模式 。关于 Direct 和 Vectored 模式，中止处置惩罚模式在 mtvec 寄存器的 MODE 字段中界说 。mtvec 寄存器在表 86 中形貌，mtvec.MODE 字段在表 87 中形貌 。Mode Direct在直接模式下操作时，所有中止和异常都会捕获到 mtvec.BASE 地点 。在陷阱处置惩罚程序内部，软件必需读取 mcause 寄存器以确定触发陷阱的缘故原由 。在直接模式下操作时，BASE 必需是 4 字节对齐的 。Mode Vectored在向量模式下运行时，中止将 pc 设置为 mtvec.BASE + 4 × 异常代码（mcause.EXCCODE） 。例如，若是爆发气械准时器中止，则将 pc 设置为 mtvec.BASE + 0x1C 。通常，陷阱向量表填充有跳转指令，以将控制转移到特定于中止的陷阱处置惩罚程序 。在向量中止模式下，BASE 必需是 256 字节对齐的 。所有机械外部中止（全局中止）都映射到异常代码 11 。因此，当启用中止向量时，pc 设置为任何全局中止的地点 mtvec.BASE + 0x2C 。Machine Interrupt Enable (mie)通过设置 mie 寄存器中的响应位来启用各其中止 。Machine Interrupt Pending (mip)机械中止挂起 (mip) 寄存器指示目今哪些中止处于挂起状态 。特权模式中止 U54内核支持有选择地将中止和异常定向到S模式 。该功效由中止和异常委托CSR处置惩罚：mideleg和medeleg 。S模式中止和异�？梢酝ü齭tvec、sip、sie 和 scause 治理 。在M模式下，软件还可以直接写入SIP寄存器，从而有用地向S模式发送中止 。这关于准时器和软件中止特殊有用，由于可能需要在M模式和S模式下处置惩罚这些中止 。Delegation Registers (mideleg and medeleg)默认情形下，所有的trap都在M模式下处置惩罚 。M模式下软件可以通过CSR 有选择地将中止和异常委托给S模式 。详细的映射如表 92 和表 93 。注重，外地中止可以委托给M模式 。Supervisor Status Register (sstatus)与M模式类似，S模式有一个寄存器，专门用于跟踪 hart 的目今状态，称为 sstatus 。sstatus 现实上是 mstatus 的受限视图，由于对 sstatus 所做的更改反应在 mstatus 中 。通过在 sstatus 中设置 SIE 位并在 sie 寄存器中启用所需的单其中止来启用中止 。Supervisor Interrupt Enable Register (sie)通过在 sie 寄存器中设置适当的位来启用治理员中止 。Supervisor Interrupt Pending (sip)S模式中止挂起 (sip) 寄存器指示目今哪些中止挂起 。Supervisor Cause Register (scause)当S模式下捕获陷阱时，将导致陷阱的事务的代码写入 cause 。当导致陷阱的事务是中止时，最高有用位
scause 设置为 1，最低有用位体现中止号，使用与 sip 中的位置相同的编码 。例如，S模式准时器中止导致 cause 被设置为 0x8000_0000_0000_0005 。scause 也用于指示同步异常的缘故原由，在这种情形下，scause 的最高有用位设置为 0 。有关同步异常代码的列表，请拜见表 98 。Supervisor Trap Vector (stvec)默认情形下，所有中止都会捕获到 stvec 寄存器中界说的单个地点 。由中止处置惩罚程序读取缘故原由并做出响应的反应 。RISC?V 和 U54 内核还支持选择性地启用中止向量的能力 。当启用向量时，在 sie 中界说的每其中止都会陷入到它自己的特定中止处置惩罚程序中 。当 stvec 寄存器的 MODE 字段设置为 1 时，向量中止被启用 。若是向量中止被禁用 (stvec.MODE=0)，所有中止都会陷入 stvec.BASE 地点 。若是启用矢量中止 (stvec.MODE=1)，中止将 pc 设置为 stvec.BASE + 4 × 异常代码 (scause.EXCCODE) 。例如，若是爆发治理准时器中止，则 pc 设置为 stvec.BASE + 0x14 。通常，陷阱向量表中填充有跳转指令，以将控制转移到特定于中止的陷阱处置惩罚程序 。在向量中止模式下，BASE 必需是 128 字节对齐的 。所有主管外部中止（全局中止）都映射到异常代码 9 。因此，当启用中止向量时，pc 被设置为任何全局中止的地点 stvec.BASE + 0x24 。Delegated Interrupt Handling接受委派陷阱后，会爆发以下情形：sstatus.SIE 的值被复制到 sstatus.SPIE，然后 sstatus.SIE 被扫除，有用地禁用中止 。目今pc被复制到sepc寄存器中，然后pc被设置为stvec的值 。在启用矢量中止的情形下，pc 设置为 stvec.BASE + 4 × 异常代码 (scause.EXCCODE) 。中止前的特权模式编码在 sstatus.SPP 中此时，控制权移交给中止处置惩罚程序中的软件，中止被禁用 �？梢酝ü允缴柚� sstatus.SIE 或执行 SRET 指令退来由置程序来重新启用中止 。执行 SRET 指令时，会爆发以下情形：特权模式设置为 sstatus.SPP 中编码的值status.SPIE 的值被复制到 status.SIE
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pc 设置为 sepc 的值
此时，控制权交给了软件
中止延迟
U54内核的中止延迟为四个 external_source_for_core_N_clock 周期，盘算方法是从向 hart 发送中止信号随处置惩罚程序的第一个指令获取所需的周期数 。
通过 PLIC 路由的全局中止会导致三个时钟周期的特殊延迟，其中 PLIC 由时钟计时 。这意味着全局中止的总延迟（以周期为单位）为：4 + 3 × (external_source_for_core_N_clock Hz ÷ clock Hz) 。这是最佳情形下的循环计数，并假定处置惩罚程序已缓存 。它没有思量来自外围源的特殊延迟
不可屏障中止
rnmi（可恢复不可屏障中止）中止信号是 hart 的电平敏感输入 。不可屏障中止比 hart 上的任何其他中止或异常具有更高的优先级，并且不可被软件禁用 。详细来说，它们不会通过扫除 mstatus.mie 寄存器来禁用 。
Handler Addresses
NMI 有一个关联的异常陷阱处置惩罚程序地点 。该地点由外部输入信号设置 。
RNMI CSRs
这些 M 模式 CSR 启用可恢复非屏障中止 (RNMI) 。
mnscratch CSR 拥有一个 64 位读写寄存器，它使 NMI 陷阱处置惩罚程序能够生涯和恢复被中止的上下文 。
mnepc CSR 是一个 64 位读写寄存器，在进入 NMI 陷阱处置惩罚程序时，它生涯接受中止的指令的 PC 。mnepc 的最低位硬连线为零 。
mncause CSR 包括 NMI 的缘故原由，第 63 位设置为 1，并且 NMI 缘故原由编码在最低有用位中，若是不支持 NMI 缘故原由，则为零 。mncause 的低位，界说为 exception_code，如下：
mnstatus CSR 包括一个两位字段，在进入陷阱处置惩罚程序时，它包括以与 mstatus.mpp 相同的方法编码的中止上下文的特权模式
MNRET Instruction
此仅 M 模式指令使用 mnepc 和 mnstatus 中的值划分返回中止上下文的程序计数器和特权模式 。该指令还设置内部 rnmie 状态位 。
编码与 MRET 相同，除了第 30 位设置（即 funct7=0111000） 。例如：
.word 0x70200073 // opcode for MNRET (return from RNMI)
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RNMI Operation
当检测到RNMI中止时，将中止的PC写入mnepc CSR，RNMI的类型写入mncause CSR，中止上下文的特权模式写入mnstatus CSR 。内部微系统结构状态位 rnmie 被扫除以指示处置惩罚器处于 RNMI 处置惩罚程序中并且不可接受新的 RNMI 中止 。扫除时，内部 rnmie 位还会禁用所有其他中止
这些中止被称为不可屏障的，由于软件无法屏障中止 。可是，为了准确操作，必需推迟统一中止的其他实例，直随处置惩罚程序完成，因此内部状态位
RNMI 处置惩罚程序可以使用 MNRET 指令（在第 7.11.3 节中形貌）恢回复始执行，该指令从 mnepc 恢复 PC，从 mnstatus 恢复特权模式，并设置内部 rnmie 状态位，重新启用其他中止 。
若是hart在rnmie位清零时遇到异常，则将异常状态写入mepc和mcause，mstatus.mpp设置为M-mode，hart跳转到RNMI异常处置惩罚程序地点 。
RNMI 处置惩罚程序中的陷阱只有在处置惩罚程序正在效劳爆发在机械模式之外的中止时爆发时才华恢复 。
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