廊坊高端品牌网站建设,网站建设的内部风险分析,唐山网站提升排名,东莞网站建设中企动力技术支持本节内容增加了权限表示#xff0c;设置了三种权限。当 cpu 初始化时默认的权限为 Machine 模式。接下来实现这三种特权模式#xff0c;随后实现 sret 和 mret 指令。
RISC-V定义了三种特权等级#xff0c;分别是用户态#xff08;User Mode#xff09;、监管态#xff…本节内容增加了权限表示设置了三种权限。当 cpu 初始化时默认的权限为 Machine 模式。接下来实现这三种特权模式随后实现 sret 和 mret 指令。
RISC-V定义了三种特权等级分别是用户态User Mode、监管态Supervisor Mode、和机器态Machine Mode。这三种特权等级对应着不同的操作系统和应用场景提供了不同级别的访问权限。
1. 权限表示
定义下面三个参数来表示不同的权限级别。
// 使用 uint64_t 定义 Mode 类型
using Mode uint64_t;// 定义 User 模式二进制表示为 00
constexpr Mode User 0b00;// 定义 Supervisor 模式二进制表示为 01
constexpr Mode Supervisor 0b01;// 定义 Machine 模式二进制表示为 11
constexpr Mode Machine 0b11;在 CPU 类中增加表示权限的成员变量并修改构造函数最初的级别为 Machine 模式。
class Cpu {
public://...Mode mode;//... Cpu(const std::vectoruint8_t code): pc(DRAM_BASE),bus(code),csr() // 初始化 Csr{regs.fill(0); // 初始化寄存器为0regs[2] DRAM_END; // 设置堆栈指针寄存器的初始值mode Machine;}
}2. FENCE / SFENCE.VMA
在RISC-VRV中FENCEFence和SFENCE.VMAStore Fence Virtual Memory Atomic是两个不同的指令它们用于控制内存访问和同步。下面是它们的主要区别 FENCEFence 它是一个轻量级的同步指令它确保在 FENCE 之前和之后的指令不会重排序保证了程序的顺序一致性。FENCE 没有特定的参数因此它执行的同步操作是通用的对所有处理器和内存操作都生效。 SFENCE.VMAStore Fence Virtual Memory Atomic SFENCE.VMA 指令是用于确保内存中原子操作的完成并对虚拟内存进行同步的指令。它通常与原子指令如原子加载-存储指令一起使用以确保在 SFENCE.VMA 之前的原子操作完成后再执行 SFENCE.VMA 之后的指令。这个指令在多核或多处理器系统中确保对共享内存的原子访问的顺序性。
总体而言FENCE 主要用于轻量级的指令序列同步而 SFENCE.VMA 更专注于保障对虚拟内存中原子操作的完成和同步。在实际使用中程序员需要根据具体情况选择使用哪个指令以满足程序的同步和顺序一致性需求。
此处的 FENCE 和 SFENCE.VMA 都暂时简化处理直接跳过。
std::optionaluint64_t executeSFENCE_VMA(Cpu cpu, uint32_t inst) {// 此时模拟器没有实现虚拟内存或者页表// 暂时该指令不需要执行任何操作。// 更新程序计数器return cpu.update_pc();
}std::optionaluint64_t executeFence(Cpu cpu, uint32_t inst) {return cpu.update_pc();
}3. SRETSupervisor Return:
SRET 指令用于从 Supervisor 模式返回到先前的特权级别。在执行异常处理程序时如果发生了从用户态到 Supervisor 模式的特权级别切换那么 SRET 会将程序计数器PC和一些相关的状态从 sepc 和 sstatus 寄存器中恢复从而返回到用户态。以下是一个示例
# Exception or interrupt handler in Supervisor mode
exception_handler:# ... (处理异常的代码)# 返回到用户态sret在上述示例中当异常处理完成后SRET 指令被用来将控制权返回到先前的用户态。
4. MRETMachine Return:
MRET 指令类似于 SRET但用于从 Machine 模式返回到先前的特权级别。在执行异常处理程序时如果发生了从用户态到 Machine 模式的特权级别切换MRET 会将程序计数器PC和一些相关的状态从 mepc 和 mstatus 寄存器中恢复从而返回到用户态。以下是一个示例
# Exception or interrupt handler in Machine mode
exception_handler:# ... (处理异常的代码)# 返回到用户态mret在这个示例中当异常处理完成后MRET 指令被用来将控制权返回到先前的用户态。
总体而言SRET 和 MRET 是在异常处理或中断处理过程中用于恢复先前特权级别的重要指令。这样的特权级别切换机制使得 RISC-V 处理器可以有效地处理不同特权级别下的异常和中断保持系统的稳定性和安全性。
6. 实现
先编写单元测试然后增肌对应指令的实现逻辑例如 sret 代码如下。
std::optionaluint64_t executeSRET(Cpu cpu, uint32_t inst) {// 从 CSR 寄存器加载 sstatus 的值uint64_t sstatus cpu.csr.load(SSTATUS);// 根据 SPP 位设置权限级别SPP 位是 sstatus 的第 8 位cpu.mode (sstatus MASK_SPP) 8;// SPIE 位是 sstatus 的第 5 位uint64_t spie (sstatus MASK_SPIE) 5;// 将 SIE 位设置为 SPIE 位的值SIE 位是 sstatus 的第 1 位sstatus (sstatus ~MASK_SIE) | (spie 1);// 将 SPIE 位设置为 1sstatus | MASK_SPIE;// 将 SPP 位设置为最低权限模式U-modesstatus ~MASK_SPP;// 将修改后的 sstatus 值存回 sstatus 寄存器cpu.csr.store(SSTATUS, sstatus);// 将程序计数器PC设置为 sepc 寄存器的值// 当 IALIGN32 时sepc[1] 位在读取时被屏蔽使其看起来像是 0。这种屏蔽也发生在 SRET 指令的隐式读取中uint64_t new_pc cpu.csr.load(SEPC) ~0b11;// 返回新的程序计数器PC的值return new_pc;
}mret 指令的解析代码没有列出来完整代码可以参考该分支https://github.com/weijiew/crvemu/tree/lab6-pm 文章汇总「从零实现模拟器、操作系统、数据库、编译器…」https://okaitserrj.feishu.cn/docx/R4tCdkEbsoFGnuxbho4cgW2Yntc
