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异常处理与Handler注册
异常处理流程
RISC-V异常处理模型概述
RISC-V处理器的异常在默认情况下一律陷入到machine态,machine态软件视情况决定直接处理或转交supervisor态处理。为减少整体trap次数以提升常见中断异常的处理速度,RISC-V还提供了中断和异常代理功能。符合代理条件的异常可不经machine态直接转交supervisor态处理。
AM在该异常处理模型下的实现细节
AM在RISC-V处理器上运行时,复位在machine态,在完成machine态的异常handler设置及异常代理、CLINT、PMP等必须在machine态完成的初始化设置后,进入supervisor态并设置supervisor态的异常handler。
machine态的异常handler实际仅处理时钟中断和非法指令两种异常。时钟中断异常在machine态利用更新mtimecmp csr的方式清除后,machine态handler会主动设置supervisor态的外部中断异常以便supervisor态软件得知中断触发并处理。考虑到supervisor态无法主动清除machine态所设置的supervisor态外部中断异常信号,为其在machine态提供了一个利用非法指令清除外部中断信号的方法。machine态handler在检测到非法指令异常时,会将supervisor态外部异常信号清空并返回触发异常指令的下一条指令执行。
supervisor态是AM用户接触最多的状态。为兼顾通用性及各功能处理由自身产生的各项异常需求,AM在supervisor态提供了分两层的运行时动态注册异常handler功能。
具体地,supervisor态异常handler在保存现场后会进入C语言__am_irq_handle
函数,该函数根据scause寄存器最高位判断异常是否为中断并分别进入异常和中断handler表中对应cause所注册的异常handler。用户可使用irq_handler_reg
函数注册相应handler。该级handler是可由用户主动注册的第一级handler。在默认情况下,时钟中断handler被注册为__am_irq_STIP_handler
,外部中断handler被注册为__am_irq_SEIP_handler
,ecall异常handler被注册为__am_irq_SECALL_handler
,其他类型异常handler被注册为__am_irq_default_handler
。
考虑到amtest中大量测试需要主动触发外部中断、ecall异常并自行对异常做进一步的处理,SEIP、SECALL、STIP三个handler还进一步提供了自定义handler注册机制。用户可使用custom_handler_reg
函数按照异常编号进行自定义handler注册或直接调用seip_handler_reg
、secall_handler_reg
及stip_handler_reg
函数注册相应handler。这类handler一旦注册,将会在默认handler执行结束后被调用。这一级handler是可由用户主动注册的第二级handler。
handler注册示例与说明
test/amtest
目录下的测试充分利用了上述机制,可用于参考。
main.c中在调用每个具体测试前,首先使用CTE宏完成中断机制初始化,而后利用REEH、RCEH、RTEH等宏分别调用外部中断、ecall异常和时钟中断的自定义handler注册,最终再调用测试本身。
此外,src/nemu/isa/riscv/cte.c
中_cte_init
函数对irq_handler_reg
函数的调用可用作该函数用法参考。
handler实现需求
第一级handler执行前,supervisor态软件并未对该异常做任何具体处理,一切与此异常处理具体相关的操作都要在该handler内实现完毕,通常包括清除中断信号(以避免重复进入该异常的处理)、设置相关event、设置特权态csr等。第二级handler执行前,supervisor态软件往往已对该异常进行了必要处理并生成了该异常具体原因(event),二级handler一般仅需要根据该event信息修改部分全局变量值、进行某些输出等操作。
第一级handler可参考src/nemu/isa/riscv/cte.c
中__am_irq_SEIP_handler
实现,第二级handler可参考tests/amtest/tests/intr.c
中simple_trap
实现。