QEMU裸机开发之M模式中断设置
1. CSR寄存器操作
从本章节开始我们需要对CSR相关寄存器设置，所以将这些寄存器的读写访问封装成一些接口定义在“csr.h”中，这些接口基本都参考自xv6，如下所示。
2. 中断初始化
在可以使用中断和异常处理之前，需要进行一些设置，所以需要在“start.c”中添加中断初始化代码，如下所示。
#include "uart.h"
#include "csr.h"
// in kernel.ld.
extern char __stack_start[];
// in entry.S.
void machine_trap_entry(void);
static void machine_trap_init(void)
{
//this stack is used for machine_trap_entry in entry.S
mscratch_set((unsigned long)(__stack_start + 4096 * 2));
// set the machine-mode trap handler.
mtvec_set((unsigned long)machine_trap_entry);
// enable machine-mode interrupts.
mstatus_set(mstatus_get() | MSTATUS_MIE);
// enable machine-mode timer and soft interrupts.
mie_set(mie_get() | MIE_MTIE | MIE_MSIE);
}
void start(void)
{
printf("%s %d.\r\n", __func__, __LINE__);
machine_trap_init();
}
首先设置了m模式下的中断栈地址，“__stack_start”是定义在链接脚本中的，这个地址往上第二个4KB空间就是m模式中断和异常栈，RISCV架构不像arm那样每个模式都有自己的sp寄存器，所以先将栈地址保存在“mscratch”寄存器中，在实际发生中断和异常时，“mscratch”中保存的值会被软件取出并赋值给sp寄存器。
“mtvec_set”设置了中断和异常的处理地址，这个和arm架构后来提供的中断基址设置寄存器功能类似。通过“mstatus_set”使能了m模式的中断总使能位，类似arm中cpsr中的“F”位，这样cpu才能响应和处理中断。最后通过“mie_set”使能了定时器和核间中断，在本系列裸机学习中我们不关注中断控制器中断，所以这里只使能了这两个中断。
在初始化好了中断之后，我们还需要实现中断处理函数，这个在下一小节讲解。
3.中断处理
3.1 中断入口
在“entry.S”中，我们需要实现m模式中断和异常处理的入口，如下所示。
#
# machine-mode trap entry.
#
.globl machine_trap_entry
.align 4
machine_trap_entry:
# mscratch holds mmode trap stack address,
# swap current sp and mmode trap stack address
csrrw sp, mscratch, sp
// call the C trap handler in trap.c
call machine_trap
# restore old sp value
csrrw sp, mscratch, sp
mret
“machine_trap_entry”处理裸机也很简单，就是从“mscratch”中将事先保存的中断栈地址设置到sp寄存器中，然后调用c函数“machine_trap”进行具体的中断处理，结束后再恢复sp寄存器，最后通过“mret”指令退出中断处理函数。RISCV不像arm架构不会自动切换使用中断栈，所以这些工作都交给了软件开发者，另外这里简化了处理工作，在实际的系统中断处理函数中还需要保存通用寄存器等，这里为了说明中断基本处理原理，省去了这些操作。
3.2 中断C函数处理
m模式中断和异常c函数放在“trap.c”中，如下所示。
#include "uart.h"
// interrupts and exceptions from kernel code go here via machine_trap_entry.
void machine_trap(void)
{
printf("%s %d.\r\n", __func__, __LINE__);
}
这里目前只添加了一条打印，用于表明确实进入了中断处理。
4. 测试
由于需要触发中断才能测试中断处理是不是真的被执行了，所以本章节只是准备好这些设置和处理，在下一章节中，通过核间中断来一起验证和测试。
5. 工程源码
链接：https://pan.baidu.com/s/1TnTYr7mywdKj5bxpdmWnyA，提取码：q772，见lesson3。
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