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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_handlerecall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_regsecall_handler_regstip_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_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__am_irq_SEIP_handler实现第二级handler可参考tests/amtest/tests/intr.csimple_trap实现。