淺析riscv中的plic與eclic

1.PLIC中斷處理

2.sifive中斷的編程模型

3.關(guān)于eclic

4.關(guān)于jalmnxti

1.PLIC中斷處理

在RISC V體系架構(gòu)中，對(duì)中斷有著一些定義，下面來分析一下這種定義的實(shí)現(xiàn)策略。

在riscv中一共定義了三種狀態(tài)中斷，對(duì)于hart層面，hart包含local中斷源和global中斷源。而local中斷只有Timer和Software中斷兩種，而global中斷則稱為external interrupts。只有g(shù)lobal中斷源可以被PLIC core響應(yīng)，通常為I/O device。

一般來說，timer和software是通過CLINT(CORE LOCAL INTERRUPT)，而外部中斷通過PLIC處理。

可以看一下蜂鳥處理器的處理流程，另外sifive的E31的中斷也有如下的處理。

2.sifive中斷的編程模型

中斷處理過程有如下的流程

首先mstatus的MIE域被拷貝到mstatus的MPIE，然后mstatus的MIE域被清除。此時(shí)全局中斷disable。

程序當(dāng)前的pc值被拷貝到mepc寄存器中，然后pc值會(huì)根據(jù)mtvec的值設(shè)置其值。如果向量中斷被使能，pc值會(huì)變成mtvec.BASE+4xexception處的代碼。

從mstatus.MPP中取出特權(quán)模式的狀態(tài)

接下來就是處理中斷具體的函數(shù)實(shí)現(xiàn)

將特權(quán)模式的狀態(tài)設(shè)置到mstatus.MPP

將mstatus.MPIE的數(shù)據(jù)拷貝到mstatus.MIE中

從mepc中取值放到pc中

最后執(zhí)行eret恢復(fù)到程序正常運(yùn)行的狀態(tài)。

對(duì)于CLINT來說，有Software Interrupt和Timer Interrupt，可以直接在寄存器中控制。

而PLIC實(shí)際上可以理解為arm的中斷控制器，存在其map地址。

由于PLIC的使用是針對(duì)外部中斷的，所以可以單獨(dú)設(shè)置每個(gè)中斷。可以設(shè)置如下的值：

中斷的優(yōu)先級(jí)priotity

中斷掛起位pending

中斷使能enables

中斷閾值priority Thresholds

由于PLIC的實(shí)現(xiàn)是獨(dú)立于hart的IP設(shè)計(jì)，所以其設(shè)計(jì)和布局也不一定完全一致。

3.關(guān)于eclic

eclic的設(shè)計(jì)是芯來科技設(shè)計(jì)的一種中斷處理方式。

eclic目前也是眾多芯來科技core采用的中斷控制器，也包括gd32vf103系列的芯片。

3號(hào)中斷是內(nèi)核TIMER單元生成的軟件中斷。

7號(hào)中斷是內(nèi)核TIMER單元生成的計(jì)時(shí)器中斷。

而從19~4095中斷號(hào)都是外部中斷，其中斷的編號(hào)與中斷的優(yōu)先級(jí)其實(shí)沒有關(guān)系。

而對(duì)于ECLIC的寄存器布局，可見上圖。

cliccfg是中斷全局配置寄存器，可以結(jié)合clicintctl[i]配置

clicinfo也是全局寄存器中的數(shù)據(jù)，對(duì)于使用上來說，是只讀的

mth中斷的閾值級(jí)別寄存器

clicintip[i]是中斷等待寄存器，也相當(dāng)于pending寄存器

clicintie[i]為中斷使能寄存器

clicintattr[i]為中斷的屬性，可以設(shè)置中斷的上升沿觸發(fā)或者下降沿觸發(fā)，同時(shí)也可以設(shè)置中斷從處理是向量中斷還是非向量中斷。

clicintctl[i] 設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)級(jí)別和優(yōu)先級(jí)，需要配合cliccfg設(shè)置閾。

4.關(guān)于jalmnxti

這個(gè)也是eclic為了減少中斷延時(shí)，加速中斷咬尾的自定義指令。

該指令是配合eclic處理機(jī)制設(shè)計(jì)的，其指令功能比較多

開啟中斷使能，處理下一個(gè)中斷

返回下一個(gè)中斷入口地址

跳轉(zhuǎn)至中斷handler

中斷處理后返回

由于csrrw ra， CSR_JALMNXTI， ra一條指令可以達(dá)到JAL（Jump and Link）的效果，同時(shí)硬件上更新Link寄存器作為該指令的PC作為函數(shù)調(diào)用的返回值，因此從中斷服務(wù)程序返回后，又會(huì)重新回到csrrw ra， CSR_JALMNXTI， ra指令再次執(zhí)行，可以重新判斷是否有中斷pending，如果有則跳轉(zhuǎn)到中斷處理函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)中斷的咬尾處理，如果沒有中斷等待，則jalmnxti實(shí)際上并不會(huì)做任何事情。

原文標(biāo)題：淺析riscv中的plic與eclic

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