上下文处理
我们已经知道,在发生中断的时候, CPU会跳到stvec.我们准备采用Direct模式,也就是只有一个中断处理程序, stvec直接跳到中断处理程序的入口点,那么需要我们对stvec寄存器做初始化.
上下文
中断的处理需要“放下当前的事情但之后还能回来接着之前往下做”，对于CPU来说，实际上只需要把原先的寄存器保存下来，做完其他事情把寄存器恢复回来就可以了。这些寄存器也被叫做CPU的context(上下文，情境)。
我们要用汇编实现上下文切换(context switch)机制，这包含两步：
保存CPU的寄存器（上下文）到内存中（栈上）
从内存中（栈上）恢复CPU的寄存器
通用寄存器的介绍见中文手册42页。
为了方便我们组织上下文的数据（几十个寄存器），我们定义一个结构体。
// kern/trap/trap.h
#ifndef __KERN_TRAP_TRAP_H__
#define __KERN_TRAP_TRAP_H__
#include <defs.h>
struct pushregs {
uintptr_t zero; // Hard-wired zero
uintptr_t ra; // Return address
uintptr_t sp; // Stack pointer
uintptr_t gp; // Global pointer
uintptr_t tp; // Thread pointer
uintptr_t t0; // Temporary
uintptr_t t1; // Temporary
uintptr_t t2; // Temporary
uintptr_t s0; // Saved register/frame pointer
uintptr_t s1; // Saved register
uintptr_t a0; // Function argument/return value
uintptr_t a1; // Function argument/return value
uintptr_t a2; // Function argument
uintptr_t a3; // Function argument
uintptr_t a4; // Function argument
uintptr_t a5; // Function argument
uintptr_t a6; // Function argument
uintptr_t a7; // Function argument
uintptr_t s2; // Saved register
uintptr_t s3; // Saved register
uintptr_t s4; // Saved register
uintptr_t s5; // Saved register
uintptr_t s6; // Saved register
uintptr_t s7; // Saved register
uintptr_t s8; // Saved register
uintptr_t s9; // Saved register
uintptr_t s10; // Saved register
uintptr_t s11; // Saved register
uintptr_t t3; // Temporary
uintptr_t t4; // Temporary
uintptr_t t5; // Temporary
uintptr_t t6; // Temporary
};
struct trapframe {
struct pushregs gpr;
uintptr_t status; //sstatus
uintptr_t epc; //sepc
uintptr_t badvaddr; //sbadvaddr
uintptr_t cause; //scause
};
void trap(struct trapframe *tf);C语言里面的结构体，是若干个变量在内存里直线排列。也就是说，一个trapFrame结构体占据36个uintptr_t的空间（在64位RISCV架构里我们定义uintptr_t为64位无符号整数），里面依次排列通用寄存器x0到x31,然后依次排列4个和中断相关的CSR, 我们希望中断处理程序能够利用这几个CSR的数值。
保存上下文
我们在理论课上也学到了保存上下文是用汇编语言实现的。首先我们定义一个汇编宏 SAVE_ALL, 用来保存所有寄存器到栈顶（实际上把一个trapFrame结构体放到了栈顶）。
# kern/trap/trapentry.S
#include <riscv.h>
.macro SAVE_ALL #定义汇编宏
csrw sscratch, sp #保存原先的栈顶指针到sscratch
addi sp, sp, -36 * REGBYTES #REGBYTES是riscv.h定义的常量，表示一个寄存器占据几个字节
#让栈顶指针向低地址空间延伸 36个寄存器的空间，可以放下一个trapFrame结构体。
#除了32个通用寄存器，我们还要保存4个和中断有关的CSR
#依次保存32个通用寄存器。但栈顶指针需要特殊处理。
#因为我们想在trapFrame里保存分配36个REGBYTES之前的sp
#也就是保存之前写到sscratch里的sp的值
STORE x0, 0*REGBYTES(sp)
STORE x1, 1*REGBYTES(sp)
STORE x3, 3*REGBYTES(sp)
STORE x4, 4*REGBYTES(sp)
STORE x5, 5*REGBYTES(sp)
STORE x6, 6*REGBYTES(sp)
STORE x7, 7*REGBYTES(sp)
STORE x8, 8*REGBYTES(sp)
STORE x9, 9*REGBYTES(sp)
STORE x10, 10*REGBYTES(sp)
STORE x11, 11*REGBYTES(sp)
STORE x12, 12*REGBYTES(sp)
STORE x13, 13*REGBYTES(sp)
STORE x14, 14*REGBYTES(sp)
STORE x15, 15*REGBYTES(sp)
STORE x16, 16*REGBYTES(sp)
STORE x17, 17*REGBYTES(sp)
STORE x18, 18*REGBYTES(sp)
STORE x19, 19*REGBYTES(sp)
STORE x20, 20*REGBYTES(sp)
STORE x21, 21*REGBYTES(sp)
STORE x22, 22*REGBYTES(sp)
STORE x23, 23*REGBYTES(sp)
STORE x24, 24*REGBYTES(sp)
STORE x25, 25*REGBYTES(sp)
STORE x26, 26*REGBYTES(sp)
STORE x27, 27*REGBYTES(sp)
STORE x28, 28*REGBYTES(sp)
STORE x29, 29*REGBYTES(sp)
STORE x30, 30*REGBYTES(sp)
STORE x31, 31*REGBYTES(sp)
# RISCV不能直接从CSR写到内存, 需要csrr把CSR读取到通用寄存器，再从通用寄存器STORE到内存
csrrw s0, sscratch, x0
csrr s1, sstatus
csrr s2, sepc
csrr s3, sbadaddr
csrr s4, scause
STORE s0, 2*REGBYTES(sp)
STORE s1, 32*REGBYTES(sp)
STORE s2, 33*REGBYTES(sp)
STORE s3, 34*REGBYTES(sp)
STORE s4, 35*REGBYTES(sp)
.endm #汇编宏定义结束恢复上下文
然后是恢复上下文的汇编宏，恢复的顺序和当时保存的顺序反过来，先加载两个CSR, 再加载通用寄存器。
# kern/trap/trapentry.S
.macro RESTORE_ALL
LOAD s1, 32*REGBYTES(sp)
LOAD s2, 33*REGBYTES(sp)
# 注意之前保存的几个CSR并不都需要恢复
csrw sstatus, s1
csrw sepc, s2
# 恢复sp之外的通用寄存器，这时候还需要根据sp来确定其他寄存器数值保存的位置
LOAD x1, 1*REGBYTES(sp)
LOAD x3, 3*REGBYTES(sp)
LOAD x4, 4*REGBYTES(sp)
LOAD x5, 5*REGBYTES(sp)
LOAD x6, 6*REGBYTES(sp)
LOAD x7, 7*REGBYTES(sp)
LOAD x8, 8*REGBYTES(sp)
LOAD x9, 9*REGBYTES(sp)
LOAD x10, 10*REGBYTES(sp)
LOAD x11, 11*REGBYTES(sp)
LOAD x12, 12*REGBYTES(sp)
LOAD x13, 13*REGBYTES(sp)
LOAD x14, 14*REGBYTES(sp)
LOAD x15, 15*REGBYTES(sp)
LOAD x16, 16*REGBYTES(sp)
LOAD x17, 17*REGBYTES(sp)
LOAD x18, 18*REGBYTES(sp)
LOAD x19, 19*REGBYTES(sp)
LOAD x20, 20*REGBYTES(sp)
LOAD x21, 21*REGBYTES(sp)
LOAD x22, 22*REGBYTES(sp)
LOAD x23, 23*REGBYTES(sp)
LOAD x24, 24*REGBYTES(sp)
LOAD x25, 25*REGBYTES(sp)
LOAD x26, 26*REGBYTES(sp)
LOAD x27, 27*REGBYTES(sp)
LOAD x28, 28*REGBYTES(sp)
LOAD x29, 29*REGBYTES(sp)
LOAD x30, 30*REGBYTES(sp)
LOAD x31, 31*REGBYTES(sp)
# 最后恢复sp
LOAD x2, 2*REGBYTES(sp)
.endm中断入口
真正的入口点就是去调用这两个宏定义
.globl __alltraps
.align(2) #中断入口点 __alltraps必须四字节对齐
__alltraps:
SAVE_ALL #保存上下文
move a0, sp #传递参数。
#按照RISCV calling convention, a0寄存器传递参数给接下来调用的函数trap。
#trap是trap.c里面的一个C语言函数，也就是我们的中断处理程序
jal trap
#trap函数指向完之后，会回到这里向下继续执行__trapret里面的内容，RESTORE_ALL,sret
.globl __trapret
__trapret:
RESTORE_ALL
# return from supervisor call
sret我们可以看到，trapentry.S这个中断入口点的作用是保存和恢复上下文，并把上下文包装成结构体送到trap函数那里去。下面我们就去看看trap函数里面做些什么。
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