RISC-V学习2.pdf

title: RISC-V学习2
comments: true
date: 2023-08-07 19:22:24
layout:
updated:
categories:
tags:
lang:

坑

疑问

1. OS 02 内存管理，这里什么意思？？？

2. 为什么 栈指针sp要加上(hart id * 2^10),而且haerid，不就是0吗？这样的意义是什么？

3. C 内嵌 汇编语法

risc-v GCC内嵌汇编 - sureZ_ok - 博客园 (cnblogs.com)

• "r"(x) 输入变量，把x的值放入一个寄存器

• "=r"(sum) 输出变量，把sum的值放入一个寄存器，最终要输出

• "+r"(i) 既是输入，又是输出

%0 %1 %2，表示第一、第二、第三个寄存器

4. void (*start_routin)(void) 这个语法

void (*start_routin)(void) 是一个函数指针的声明。它表示一个指向不返回任何值（void）且不接受任何参数的函数。

在这个特定的上下文中，start_routin 是一个函数指针参数，用于指定任务的入口点。当调用 task_create 函数时，可以将一个函数的地址作为参数传递给 start_routin，这个函数就会成为新创建的任务的入口点。

例如，我们可以定义一个函数 void my_task(void)，然后将其地址作为参数传递给 task_create 函数：

c复制代码void my_task(void)
{
    // 任务的代码逻辑
}

int main(void)
{
    task_create(my_task);

    // 其他的代码逻辑
    return 0;
}

在上面的例子中，我们将 my_task 函数的地址传递给 task_create 函数，这样就创建了一个新的任务。当任务开始执行时，它会从 my_task 函数的入口点开始执行，执行完任务的代码逻辑后，任务会返回到 task_create 函数中，然后继续执行其他的代码逻辑。

总结来说，void (*start_routin)(void) 是一个函数指针类型的声明，用于指定任务的入口点，可以将一个函数的地址作为参数传递给该函数指针，从而创建一个新的任务。

5. mscratch记录当前处理哪一个上下文·

6. 第一个任务如何切换到第二个任务的？

7. start.S的1分支是什么意思？什么时候会跳到该分支

第5章 汇编和C的相互调用

• volatile: 不优化的关键字

• asm：汇编关键字

r相当于C语言里建议编译器的register关键字

第6章 RVOS 介绍

• Machine模式 访问物理地址

• User模式 物理内存保护

• Supervisor模式 支持虚拟地址

• 内存分配

• 多线程

• 任务互斥

• 软件定时器

第7章 hello RCVS

• 通过访问这些地址来访问这些元器件

ROM掉电，数据还在

• 0x8000是一个特殊的地址，内存的第一个指令必须在这

CSRs：

• 每一个模式都有一组自己的寄存器，这些寄存器叫 CSR寄存器

• 一上电就是machine模式

CSR指令：专门对这些寄存器的指令

CSRRW

• 该指令 是原子指令

• 两步操作，对值”零扩展“ （也就是不足补零）

CSRW

• 该指令：读CSR值，写入RD，再对CSR根据RS1 set Bit。

• set Bit:意思是，当RS1中某位为1，则CSR此位也写成1，其他位不变

csrr： 仅进行读操作

• wfi：休眠指令，如果仅用j 这个死循环会非常耗电

大写的.S文件支持预处理指令

UART硬件连接

UART特点

UART通信协议

1. 空闲位：当总线空闲时，这根线处于 高电平 '1'

2. 起始位：发送1个bit时间的 低电平'0'信号，表示开始传送字符

3. 数据位：起始位后，就是传输的数据，数据长度可以是5/6/7/8/9位，构成一个字符，一般8位，先放送最低位，最后发最高位

4. 校验位：串口校验分：

   • 无校验

   • 奇校验

   • 偶校验

   • mark parity：校验位始终为1

   • space parity：校验位始终为0

5. 停止位：结束时，可以是1位高电平、2位、1.5位

8个寄存器，UART0地址+reg偏移量，访问这8个寄存器

• 每个寄存器都有2个模式，读模式，写模式

NS16550a的初始化

• 设置波特率

外围设备要配波特率，

x是18432，我们要配这个a，使得y的结果合理

• 所以的板子频率都是18432MHZ或者73728MHZ

• 所以可移配的值都是16位，而Uart寄存器是8位，所以需要两个寄存器

为什么需要写LCR寄存器，因为DLL、DLM和读和写寄存器 复用了地址，

要么使人中断的效果，要不使用设置波特率的效果，功能只能2选1.

我们通过拨动一个开关来选择我们要的效果（设置LCR寄存器的第7位）

设置奇偶校验位

Uart寄存器，是8位的！！

Ns16550a 的读写

• 轮询：不断查看发送寄存器是否空闲，空闲就把数据放入该寄存器，当寄存器有值就会发出去

• 中断：当寄存器空闲了，串口设备就会提醒我们把东西放进去

THR寄存器：发送寄存器，把东西放进去，他就会放进去

LSR寄存器：我们可以通过访问他特殊的位，得到发送寄存器是否空闲

轮询方式的实现

• 不断的读LSR寄存器的值 ，同时 与操作不断这个寄存器第5位是否为1，不满足条件说明 发送寄存器不空闲

• 如果满足条件，就把一个字符写入

!!!巨重要

第8章 内存管理

Linked Script链接脚本语法

Entry命令：设置入口命令

设置模块和api

Memory命令

申请内存命令

1. 先申请一块rom内存（只读），这块内存起始地址 0，长度 256k

2. 再申请一块ram内存（可读写），起始地址0x40000000，长度4M

如果链接器发现哪些节没有设置放在哪块地址，会根据读写属性去默认放入

Section命令：

描述输入文件 如何映射到 目标文件，以及 目标setion 如何放入内存

.=0x10000 // .是当前指针位置，这里把当前指针位置设置为0x10000

.text:{*(.text)} // output section : input section,这里是在0x10000 所有输入文件的.text放入目标文件的.text

Provide命令

赋值命令，把后面的值赋给前面

这里定义了一些全局变量，word代表32为空间

.ld -> .S -> .c

4k对齐

定义Page的数据结构

page_token:用第一位表示自己是否被用掉

page_last:当好几个page被化成一块给用户时，用第二位表示自己是不是该块的 最后一个

Page的分配

Page的释放

物理内存保护和虚拟内存

练习

第9章 上下文切换和协作多任务

• 多任务：在单核上跑多个执行流，需要上下文切换

• 上下文切换：当一个hart要执行时，先把上一个hert在寄存器上所有的值存入栈中，这个hert再工作，再切回来时，再保存自己，恢复另一个hert的上下文

1. 协作式多任务：任务 工作一段时间后，主动把cpu让出来，缺点：程序员忘记写让了

2. 抢占式多任务

• ra：返回值地址寄存器， 但是在这里存放 该任务的当前执行命令的地址，如i

• mscratch寄存器：是一个 mechine模式的寄存器，一会指向a的上下文，一会指向b的上下文

• t6是最后一个被覆盖的通用寄存器

1. 定义上下文的结构体

2. 定义一个任务，定义他的 栈和上下文

3. 初始化一个任务：

   • ？

   • 初始化该任务的栈

   • 把任务的第一条指令的地址放入 上下文的ra中

把任务task0的上下文给schedule函数，switch_to就跳到了第一个任务

1. 内核->初始化sched->schedule任务->我们的任务

1. 直接定义1个任务栈数组 和 1个上下文数组

2. top表示有多少个任务，cur表示当前任务的下标

3. 通过 轮转 的方式实现上下文切换

4. task_yield 主动放弃任务

练习

第10章 trap和Exception

• 控制流

• 异常控制流 ECP，有异常和中断两种，统称Trap

mtvec

• base：这30位或62位放trap入口函数的基地址，保证4字节对齐，其实就相当 32位的地址后两位为0省去

• mode：设置控制入口函数地址的 配置方式，0 Direct 1Vectored 2以上----

• Direct方式：到函数里用 switch、case判断不同的异常

• Vector方式：tarp函数不是一个函数，base放的其实是一个函数数组的地址，根据不同异常对应不同下标的异常处理函数

切换到异常控制流时，pc的值会保存在epc中，回到正常控制流时，pc再通过epc恢复

mepc：

切换的异常执行流时，保存正常执行流的pc值以便恢复

mcause

保存异常或中断的原因

• 最高位为1，表示中断，0，表示异常

• 其他位表示具体的异常或中断的种类

mtval

存放异常的其他信息，mcause只是提供异常的种类，mtval的信息可以辅助进一步判断

mstatus

保存中断/异常和中断前的一些状态

• xIE：M/S/U的全局中断是否打开，1开 0闭， tarp发生时，xIE自动设0

• xPIE：保存trap发生前的xIE值

• xPP：保存trap发生前的权限级别

  • 没有UPP

  • SPP占1位

  • MPP占2位
    当trap发生时，模式只会由高到低，不会切换到更高的模式，也因此取名“trap”，“陷入”的意思。
    U模式之前只能是U模式，只有这一个可能，所以省略
    S模式之前可能是U模式转的，或还是U模式，2可能，占1bit
    M模式3中可能，占2bit

Trap处理流程

1. tarp初始化

2. tarp的Top Half（这个是硬件自己的处理，不是我们写的）

3. Bottom half（这个是我们自己写的处理函数）

4. 返回

trap初始化

trap的top half（硬件自己做的）

1. mstatus的MIE值保存到MPIE，再设置MIE为0，中端被禁止

2. 设置mepc，若中断保存当前pc的下一条指令地址，若异常保存当前指令地址，再给一次机会。

3. 然后pc被设置mtvec的值（实际就是跳转）

4. 根据trap种类设置mcause，设置mtval附加信息

5. mstatus保存之前的权限模式到MPP中，再把hart的权限改为M（无论什么情况都切换M模式）

trap的bottomHalf

1. 保存当前控制流上下文

2. 调用trap handler，传参mepc、mcause

3. 恢复上下文

4. mret，恢复到trap之前的状态

退出Trap

1. 恢复权限等级（不同权限用不同指令 mret/sret/uret）

2. 恢复中断的禁用开启状态

3. pc从mepe恢复

第11章外部设备中断

中断分类

1. 本地中断

   • software interrupt

   • timer interrupt

2. 全局中断

   • externel interrupt外部中断

   每种中断又分为User模式、Supervisor模式、Machine模式

一个hart有3个引脚，对应3个中断

中断涉及的寄存器

mstatus寄存器：MIE，这是一个全局中断，这如果关了，所有中断都被禁止，是最高级的

mie、mip

mie：是用来写的

mip：是用来读的

中断处理过程

PLRC（中断控制器）

PLIC对一个 hart，只有一个引脚

中断源

ID范围（1~53）

• PLIC本身自己就是一个外设，有自己的中断源id

• PLIC也是想要映射到内存上，基地址是 0x0c000000

PLIC寄存器 Priority （优先级设置）

PLIC寄存器 Pending （描述某一路中断源是否发生中断）

• 可读可写

• 可以提供claim方式清除

PLIC寄存器 Enable（开启或关闭某个中断源）

• 每个hart有2个Enable寄存器

PLIC寄存器 Threshold（）

PLIC寄存器 Claim/Complete（）

• Claim和Complete是同一个寄存器，每个hart只有一个

• 对该寄存器进行读操作 被称为Claim，获取当前发生的最高级中断源ID，Claim成功后会清除Pending位

• 进行写时，称为Complete，通知PLIC对该路的中断已经结束

1. Priorities 设置某个中断源的优先级 Priorities

2. Enable 设置某个中断源在某个hart 的 中断启用

3. THreshold 设置某个hart的中断阈值，0时放所有中断进来

4. 进行中断处理程序

5. Claim 调用Claim后会返回中断源id，Pending会被关掉， 然后进行中断处理逻辑，

6. Complete 处理完再调用 Complete操作写这个寄存器，告诉PLIC这个中断处理完了。如果有其他中断在等着，就进行其他中断

通过中断实现Uart串口设备的输入

1. 主机输入一个c，UART通过中断通知PLIC，PLIC告诉hart，hart再用轮询的方式写出去

Uart中断处理-初始化

• 读取当前hartid

• 设置Priority优先级

• 设置Menable中断的开启

• 设置中断阈值MThreshold

• 先读mie在修改某一位来开启外部中断

• 修改mstatus_mie 来开启全局中断

注意：中断的启用是多级的

1. 最高级的 全局中断开关mstatus_mie

2. 次一级 对三种中断的开关mie

3. 设置中断阈值，如果中断优先级低于阈值mThreshold，则被过滤

4. 最后就是 某个中断源和某个hart 的是否启用中断

plic_claim()函数，读该中断的中断源id并返回

plic_complete()函数，写这个寄存器，通知PLIC中断已经处理完了

Uart中断处理-中断处理函数

• trap_handler()函数，处理trap

  • cause判断是中断还是异常

  • case_code判断那种中断，并跳转到对应的处理函数

• external_interrupt_handler()函数，处理外部中断

  • 读claim查看是哪个中断源，如果是uart转跳相应的函数

  • 处理完后写complete寄存器，告诉中断结束

1. uart初始化时，开启uart读的中断

2. 调用 uart_isr时，不停调用uart_getc()，并发送其返回值

3. uart_getc(),读LSR的与LSR_RX_READY的与，返回RHR寄存器的值

第12章 硬件的定时器中断

• 不是普通的设备发出，是CLINT发出

• CLINT负责两类中断，1个是软件中断，1个Timer中断

CLINT 编程接口-寄存器

• 基地址0x2000000

mtime寄存器

• 有的地方叫RTC（实时时钟），无论32位还是64位，都是64bit，

• 上电归零，始终按一个固定频率递增

• 内存映射地址：BASE+0xbff8

mtimecmp寄存器

• 每个hart都有个mtimecmp寄存器，这个寄存器是拿来与mtime比较的，如果mtime达到了mtimecmp就会发生一次中断并清除mtimecmp的值

• 定义一个 根据hartid 取相应的mtimecmp寄存器内存地址的宏

• 开启内核时，初始化调用time_init（）

• 在time_init（）调用time_load()

• time_load(),根据当前hartid取mtimecmp寄存器并写入 一个想设置的数+当前mtime的值。

mtimecmp寄存器作用

• mtime每次增加时都会与mtimecmo比较，如果mtime>=mtimecmp，产生一个timer中断，如果需要这个中断，要确保全局中断打开且mie.MTIE置1

• 当timer发生时，hart会设置mip.MTIP,如果你需要周期性触发这个中断，你需要程序中在中断完再次写入mtimecmp,清除mip.MTIP

总流程

定时器的应用

时钟节拍Tick

系统时钟

第13章 抢占式多任务

• 抢占式多任务：不是任务自己转跳，而是操作系统来控制任务的转跳

• 原理：通过系统定时器来中断当前任务，在处理中断过程中，转跳到其他任务。

设计

a