以rt-smart在全志D1上的代碼為例，主要注釋了rt-smart在riscv64上的系統(tǒng)初始化和異常處理的代碼

啟動(dòng)

代碼路徑

libcpurisc-vt-headc906startup_gcc.S

/*

Copyright (c) 2006-2018, RT-Thread Development Team

SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

Change Logs:
Date Author Notes
2018/10/01 Bernard The first version
2018/12/27 Jesven Add SMP support
2020/6/12 Xim Port to QEMU and remove SMP support
/
#define ASSEMBLY
#define SSTATUS_FS 0x00006000U / initial state of FPU, clear to disable /
#include
.global _start
.section ".start", "ax"
_start:
j 1f
.word 0xdeadbeef
.align 3
.global g_wake_up
g_wake_up:
.dword 1
.dword 0
1:
csrw sie, 0 / 超級(jí)用戶模式中斷使能關(guān)閉 /
csrw sip, 0 / 超級(jí)用戶模式中斷等待關(guān)閉 /
la t0, trap_entry / 將trap_entry的地址放入t0寄存器 /
csrw stvec, t0 / 配置異常服務(wù)程序的入口地址 /
li x1, 0
/ .........../ / 初始化通用寄存器 /
li x31,0
/ set to disable FPU */
li t0, SSTATUS_FS / 將FS的bit位寫入t0寄存器 /
csrc sstatus, t0 / 清除sstatus中的FS bit，關(guān)閉浮點(diǎn)單元 /
li t0, 0x40000 / 當(dāng) SUM=1 時(shí)，超級(jí)用戶模式下，加載、存儲(chǔ)和取指令請(qǐng)求可以訪問標(biāo)記為用戶態(tài)的虛擬內(nèi)存空間 /
csrs sstatus, t0 / 置位sstatus中的SUM位 /
.option push
.option norelax
la gp, __global_pointer$
.option pop
// removed SMP support here
la sp, stack_start / 棧指針的值來自于鏈接腳本中的__stack_start /
li t0, STACKSIZE
add sp, sp, t0 / 棧自上到下增長(zhǎng) /
csrw sscratch, sp /*sscratch存儲(chǔ)棧頂?shù)牡刂?*/
j primary_cpu_entry / 跳轉(zhuǎn)到board中的C程序入口 /
//BSP的C入口
void primary_cpu_entry(void)
{
extern void entry(void);
//初始化BSS
init_bss();
//關(guān)中斷
rt_hw_interrupt_disable();
rt_assert_set_hook(__rt_assert_handler);
//啟動(dòng)RT-Thread Smart內(nèi)核
entry();
}

異常處理

異常處理流程圖

異常處理上半部分

/ libcpurisc-vt-headc906interrupt_gcc.S /
#define ASSEMBLY
#include "cpuport.h"
#include "encoding.h"
#include "stackframe.h"
.section .text.entry
.align 2
.global trap_entry
.extern __stack_cpu0
.extern get_current_thread_kernel_stack_top
trap_entry: / 異常處理函數(shù)的入口 /
//backup sp
csrrw sp, sscratch, sp / 將當(dāng)前棧與sscratch做交換 /
//load interrupt stack
la sp, __stack_cpu0 / sp指向cpu0的中斷棧的棧頂 /
//backup context
SAVE_ALL / CPU寄存器入棧，使能浮點(diǎn)的情況下浮點(diǎn)相關(guān)的寄存器也要入棧 并且要保存sstatus中浮點(diǎn)的運(yùn)算狀態(tài) /
RESTORE_SYS_GP / gp操作不用了解 /
//check syscall
csrr t0, scause / 讀取scaue到t0 /
li t1, 8 //environment call from u-mode / 用戶模式環(huán)境調(diào)用異常 /
beq t0, t1, syscall_entry / 如果是系統(tǒng)調(diào)用則跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù)，這個(gè)函數(shù)最終會(huì)調(diào)用sret /
csrr a0, scause / 讀取scause到a0，機(jī)器模式異常事件向量寄存器（MCAUSE）用于保存觸發(fā)異常的異常事件向量號(hào)，用于在異常服務(wù)程序中處理對(duì)應(yīng)事件 /
csrrc a1, stval, zero / 讀取stval到a1，發(fā)生異常或者中斷，且在機(jī)器模式響應(yīng)時(shí)，處理器會(huì)更新 pc 到 MEPC，并根據(jù)異常類型更新 MTVAL /
csrr a2, sepc / 讀取sepc到a2， 超級(jí)用戶模式異常保留程序計(jì)數(shù)器（SEPC）用于存儲(chǔ)程序從異常服務(wù)程序退出時(shí)的程序計(jì)數(shù)器值（即
PC 值） /
mv a3, sp / 讀取sp的值到a3 /
/* scause, stval, sepc, sp /
call handle_trap / 進(jìn)行中斷處理 /
中斷處理
/ libcpurisc-vt-headc906trap.c /
/ Trap entry /
void handle_trap(rt_size_t scause,rt_size_t stval,rt_size_t sepc,struct rt_hw_stack_frame sp)
{
/
SCAUSE
bit63 Interrupt-中斷標(biāo)記位
當(dāng) Interrupt 位為 0 時(shí)，表示觸發(fā)異常的來源不是中斷， Exception Code 按照異常解析。當(dāng) Interrupt 位為 1 時(shí)，表示觸發(fā)異常的來源是中斷， Exception Code 按照中斷解析。該位會(huì)被 reset 置為 1’ b0。
bit04 Exception Code-異常向量號(hào)位
在處理器響應(yīng)異常或中斷時(shí)，該域會(huì)被更新為對(duì)應(yīng)異常號(hào)，具體請(qǐng)參考 表 3.9 異常和中斷向量分
配。該位會(huì)被 reset 置為 5’ b0。
*/
/ 我理解這里是想獲取Exception Code，但是Exception Code是bit0 ~ bit4，這里用__MASK(5UL)更合適吧 /
rt_size_t id = __MASKVALUE(scause,__MASK(63UL));
const char msg;
/ supervisor external interrupt */
/*如果scause的bit63是1，scause的bit04是9超級(jí)用戶模式外部中斷 /
if ((SCAUSE_INTERRUPT & scause) && SCAUSE_S_EXTERNAL_INTR == (scause & 0xff))
{
rt_interrupt_enter();
plic_handle_irq();
rt_interrupt_leave();
return;
} / 如果scause的bit63是1，scause的bit0~4是超級(jí)用戶模式計(jì)時(shí)器中斷 /
else if ((SCAUSE_INTERRUPT | SCAUSE_S_TIMER_INTR) == scause)
{
/* supervisor timer /
rt_interrupt_enter();
tick_isr();
rt_interrupt_leave();
return;
} / 其他中斷 /
else if (SCAUSE_INTERRUPT & scause)
{
if(id < sizeof(Interrupt_Name) / sizeof(const char ))
{
msg = Interrupt_Name[id];
}
else
{
msg = "Unknown Interrupt";
}
LOG_E("Unhandled Interrupt %ld:%sn",id,msg);
}
else / 異常處理 /
{
#ifdef RT_USING_USERSPACE
/ page fault 缺頁異常處理 /
if (id == EP_LOAD_PAGE_FAULT ||
id == EP_STORE_PAGE_FAULT)
{
arch_expand_user_stack((void *)stval);
return;
}
#endif / 其他異常處理，走到這里后打印一些必要信息，最終會(huì)走到while(1),進(jìn)入死循環(huán) /
if(id < sizeof(Exception_Name) / sizeof(const char *))
{
msg = Exception_Name[id];
}
else
{
msg = "Unknown Exception";
}
rt_kprintf("Unhandled Exception %ld:%sn",id,msg);
}
rt_kprintf("scause:0x%p,stval:0x%p,sepc:0x%pn",scause,stval,sepc);
dump_regs(sp);
while(1);
}

在rt-smart中任務(wù)切換有三個(gè)相關(guān)的線程函數(shù)

rt_hw_context_switch_to()：沒有來源線程，切換到目標(biāo)線程，在調(diào)度器啟動(dòng)第一個(gè)線程的時(shí)候 被調(diào)用
rt_hw_context_switch()：在線程環(huán)境下，從當(dāng)前線程切換到目標(biāo)線程
rt_hw_context_switch_interrupt ()：在中斷環(huán)境下，從當(dāng)前線程切換到目標(biāo)線程。
rt_hw_context_switch_interrupt ()會(huì)將rt_thread_switch_interrupt_flag置為1，真正的線程切換動(dòng)作在異常處理函數(shù)中完成。

異常處理下半部分

/* need to switch new thread 查詢線程切換的flag是否被置位為1*/
la s0, rt_thread_switch_interrupt_flag / 讀取rt_thread_switch_interrupt_flag /
lw s2, 0(s0)
beqz s2, spurious_interrupt / rt_thread_switch_interrupt_flag如果為0那么直接跳轉(zhuǎn)到spurious_interrupt進(jìn)行寄存器恢復(fù)，并調(diào)用sret回到異常之前的狀態(tài) /
sw zero, 0(s0) / rt_thread_switch_interrupt_flag = 0 /
.global rt_hw_context_switch_interrupt_do
rt_hw_context_switch_interrupt_do:
//swap to thread kernel stack
csrr t0, sstatus / 讀取sstatus到t0 /
andi t0, t0, 0x100 / bit8 超級(jí)用戶模式保留特權(quán)狀態(tài)位 /
/*
該位用于保存處理器在降級(jí)到超級(jí)用戶模式進(jìn)入異常服務(wù)程序前的特權(quán)狀態(tài)。
? 當(dāng) SPP 為 2’ b00 時(shí)，表示處理器進(jìn)入異常服務(wù)程序前處于用戶模式；
? 當(dāng) SPP 為 2’ b01 時(shí)，表示處理器進(jìn)入異常服務(wù)程序前處于超級(jí)用戶模式；
該位會(huì)被 reset 置 2’ b01。
/
beqz t0, __restore_sp_from_tcb_interrupt / 如果是內(nèi)核態(tài)發(fā)生異常 /
__restore_sp_from_sscratch_interrupt:
csrr t0, sscratch / 獲取發(fā)生異常時(shí)的上下文數(shù)據(jù) /
j __move_stack_context_interrupt / 如果是用戶態(tài)發(fā)生異常 /
/ 獲取當(dāng)前線程的棧頂位置存到t0中 /
__restore_sp_from_tcb_interrupt:
la s0, rt_interrupt_from_thread
LOAD a0, 0(s0)
jal rt_thread_sp_to_thread
jal get_thread_kernel_stack_top
mv t0, a0
__move_stack_context_interrupt:
mv t1, sp//src / 當(dāng)前棧，當(dāng)前棧存儲(chǔ)的是發(fā)生異常時(shí)的通用寄存器信息 /
mv sp, t0//switch stack / 將發(fā)生異常時(shí)的棧的值寫回到sp寄存器 */
addi sp, sp, -CTX_REG_NR * REGBYTES / 棧指針向下移動(dòng)CTX_REG_NR * REGBYTES /
//copy context
li s0, CTX_REG_NR//cnt / 需要恢復(fù)的寄存器的個(gè)數(shù)加載到s0 /
mv t2, sp//dst / 棧指針加載到t2 /
/ 總結(jié)就是，當(dāng)前CPU的中斷棧存儲(chǔ)了當(dāng)前線程的通用寄存器的信息，如果發(fā)生任務(wù)切換，需要把這些信息拷貝到線程的棧里 /
copy_context_loop_interrupt:
LOAD t0, 0(t1) / t1的值放到t0 /
STORE t0, 0(t2) / t0的值放到t2 /
addi s0, s0, -1 / 要恢復(fù)的寄存器個(gè)數(shù)-1 /
addi t1, t1, 8 / t1的地址加8 /
addi t2, t2, 8 / t2的地址加8 /
bnez s0, copy_context_loop_interrupt / 如果s0不為0就重復(fù)拷貝 /
la s0, rt_interrupt_from_thread
LOAD s1, 0(s0)
STORE sp, 0(s1) / 更新from線程的sp指針 /
la s0, rt_interrupt_to_thread
LOAD s1, 0(s0)
LOAD sp, 0(s1) / 恢復(fù)to線程的sp /
#ifdef RT_USING_USERSPACE
mv a0, s1
jal rt_thread_sp_to_thread
jal lwp_mmu_switch / 切換mmu，函數(shù)內(nèi)部會(huì)判斷from線程和to線程是不是在同一個(gè)lwp中，不是的話就會(huì)切換MMU /
#endif
spurious_interrupt:
RESTORE_ALL / 恢復(fù)寄存器 /
sret / 超級(jí)用戶模式異常返回指令 /