# 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 {% hint style="info" %} 通用寄存器的介绍见中文手册42页。 {% endhint %} 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。 ```c // kern/trap/trap.h #ifndef __KERN_TRAP_TRAP_H__ #define __KERN_TRAP_TRAP_H__ #include 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 .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。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://nankai.gitbook.io/ucore-os-on-risc-v64/lab1/shang-xia-wen-chu-li.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.