RISC-V N: 用户态中断 #

version: 2021-05-26

新增 CSR #

ustatus #

UXLEN-1 5   4    3  1    0
┌────────┬──────┬──────┬─────┐
│  WPRI  │ UPIE │ WPRI │ UIE │
└────────┴──────┴──────┴─────┘
  UXLEN-5   1       3     1

ustatus 是一个 UXLEN 位长的读写寄存器，记录和控制硬件的工作状态。

用户态中断使能位 UIE 为零时阻止用户态中断的发生。为了向用户态陷入处理程序提供原子性， UIE 中的值在用户态中断被处理时复制到 UPIE 并被置为零。

UIE 和 UPIE 是 mstatus 和 sstatus 中对应位的镜像。在硬件实现中三者可以是同一寄存器。

指令 URET 用于从陷入状态返回用户态。URET 将 UPIE 复制回 UIE，然后将 UPIE 置位，最后将 uepc 拷贝至 pc。

用户态中断只能在用户态触发，所以不需要 UPP 位。

uip uie #

uip 和 uie 均为 UXLEN 位的读写寄存器，其中 uip 存储等待处理的中断信息， uie 存储相应的中断使能位。

| WPRI | UEIP | WPRI | UTIP | WPRI | USIP |

| WPRI | UEIE | WPRI | UTIE | WPRI | USIE |

定义三种中断：软件中断、时钟中断、外部中断。用户态软件中断通过置位当前的 hart 的 uip 的软件中断等待 (USIP) 来触发。清零该位可以取消等待中的软件中断。当 uie 中的 USIE 为零时，用户态软件中断被禁止。

ABI 应当提供一种向其他 hart 发送处理器间中断的机制，这最终将置位接收 hart 的 uip 寄存器的 USIP 位。

除了 USIP， uip 中的其他位在用户态是可读的。

如果 uip 寄存器中的 UTIP 位被置位，一个用户态定时器中断将进入待处理状态。当 uie 寄存器中的 UTIE 位被置零时，用户态定时器中断被禁用。ABI 应该提供一个机制来清除一个待定的定时器中断。

如果 uip 寄存器中的 UEIP 位被置位，一个用户态外部中断将进入待处理状态。当 uie 寄存器中的 UEIE 位被置位时，用户态外部中断被禁用。ABI 应该提供屏蔽、解除屏蔽和查询外部中断原因的机制。

uip 和 uie 寄存器是 mip 和 mie 寄存器的子集。读取 uip/uie 的任何字段，或者写入任何可写字段，都会对 mip/mie 的相应字段进行读取或写入。如果系统实现了 S 模式，uip 和 uie 寄存器也是 sip 和 sie 寄存器的子集。

sedeleg sideleg #

为提升中断和异常的处理性能，可以实现独立的读写寄存器 sedeleg 和 sideleg，设置其中的位将特定的中断和异常交由用户态陷入处理程序处理。

当一个陷入被委托给一个权限较低的模式 u 时，ucause 寄存器被写入陷阱的原因；uepc 寄存器被写入发生陷阱的指令的虚拟地址；utval 寄存器被写入一个特定的异常数据；mstatus 的 UPIE 字段被写入陷阱发生时 UIE 字段的值；mstatus 的 UIE 字段被清零。mcause/scause 和 mepc/sepc 寄存器以及 mstatus 的 MPP 和 MPIE 字段不被写入。

一个实现不应硬性规定任何委托位为一，也就是说，任何可以被委托的陷阱都必须支持不被委托。一个实现方案是选择可委托的陷入的子集。支持的可委托位可通过向每个比特位置写 1，然后读回 medeleg/sedeleg 或 mideleg/sideleg 中的值，看看哪些位上有 1。

目前，不支持触发低权限级的陷入

不会在用户态发生的应硬件恒零，如 ECall from S/H/M-mode

uscratch #

uscratch 寄存器是一个 UXLEN 位读/写寄存器。

uepc #

uepc 是 UXLEN 位读写寄存器。最低位（uepc[0]）恒零。次低位 uepc[1] 视实现的对齐需求而定。

uepc 是 WARL 寄存器，应能存储所有的合法物理/虚拟地址，但不需要能挣钱存储非法地址。实现可以先将非法地址转为其他非法地址再写入 uepc。

但陷入在用户态处理时，uepc 被写入中断或触发异常的指令的虚拟地址。此外，除了软件显式地写，否则 uepc 应永不被写。

ucause #

| Interrupt | Exception Code WLRL |

ucause 是 UXLEN 位长读写寄存器。

utvec #

| BASE[UXLEN-1 : 2] | MODE |

utvec 是 UXLEN 位长读写寄存器，存储陷入向量，包括向量基地址和向量模式。

BASE 是 WARL，可以存储任意合法的虚拟地址或物理地址，需要 4 字节对齐。特殊的模式可以有其他对齐标准。

utval #

存储内容待讨论

N 扩展指令 #

URET #