龙芯杯CP0异常与缓存设计：寄存器需求与异常处理

本文主要讨论了在CP0（系统控制寄存器组）的设计与实现过程中，针对操作系统需求如Linux的系统控制寄存器设置，以及异常处理和缓存管理的相关知识。CP0作为系统的核心组成部分，对于支持操作系统功能至关重要。 首先，文章强调了CP0寄存器的设计需求，特别是在2018年第二届龙芯杯A03文档的指导下。CP0寄存器至少需要满足基本的功能，包括复位、读取和写入操作。其中，复位通常将寄存器设置为默认值，但某些位段可能有特定的初始值。读取操作分为硬件和软件两种方式，硬件读取通常用于系统控制，而软件通过指令执行来访问特定寄存器。 写入操作同样区分硬件和软件，硬件写入主要在异常或中断发生时，如异常处理寄存器，而软件写入则更为频繁，通过指令直接指定寄存器和写入值。不过，不是所有的位都能被软件写入，因此需要确保权限管理。 在异常处理方面，文档规定了需要处理的例外和中断类型，虽然硬件中断和时间中断也被要求实现，但在测试阶段并未检查这部分内容。异常和中断的优先级管理也是设计中的关键，确保系统的稳定性和响应速度。 关于缓存，系统存储地址分配遵循MIPS规范，将地址空间划分为不同的区域，其中kseg1区包含了主存储器RAM和板上硬件配置寄存器（confreg）。这种设计旨在优化内存访问效率，同时支持多设备的交互。在性能测试阶段，会关注虚地址映射和数据访问性能。 本文深入探讨了CP0在操作系统支持、异常处理和缓存管理中的核心作用，以及如何根据具体规范进行设计和实现，这对于理解和开发基于龙芯平台的嵌入式系统具有重要意义。