MIPS处理器中TLB异常处理详解

"MIPS中TLB例外的处理-Lec02-胡伟武" MIPS处理器在执行指令时，可能会遇到TLB（Translation Lookaside Buffer，页表快存）异常，这些异常通常涉及到虚拟地址到物理地址转换的问题。以下是处理这些异常的详细步骤： 1. TLB Refill Exception (0x80000000) 当处理器尝试访问一个内存位置，但其对应的页表项在TLB中不存在时，会发生TLB refill异常。处理步骤如下： - (1) 获取badvaddr（无效地址），这是导致异常的虚拟地址。 - (2) 通过将badvaddr右移22位，得到页全局目录(PGD，Page Global Directory)的索引。 - (3) 获取上下文(context)，然后计算页表项偏移量：offset = context >> 1 & 0xff8，这涉及到将context右移1位并进行位掩码操作。 - (4) 加载页表项指针(pte table ptr)处的两个连续字节，即页表项。 - (5) 对加载的页表项进行右移6位，然后写入entrylo[01]寄存器，这两个寄存器包含了物理页的低16位和高16位。 - (6) 最后执行TLB写入指令(tlbwr)，更新TLB。 2. TLB Modified Exception (handle_mod) 当处理器尝试修改一个已缓存在TLB中的页时，会发生TLB modified异常。处理流程： - (1) 加载相应的页表项。 - (2) 如果设置了_PAGE_WRITE标志，设置ACCESSED、MODIFIED、VALID和DIRTY标志，然后重新加载TLB，使用tlbwi指令。 3. TLB Load Exception (handle_tlbl) 这种异常发生在尝试读取一个不在TLB中的页时。 - (1) 加载相应的页表项。 - (2) 如果页表项设置了_PAGE_PRESENT标志且允许读取(_PAGE_READ)，则设置ACCESSED和VALID标志。否则，执行DO_FAULT(0)来处理错误。 4. TLB Store Exception (handle_tlbs) 当尝试写入一个不在TLB中的页时，会发生TLB store异常。 - (1) 加载相应的页表项。 - (2) 如果页表项设置了_PAGE_PRESENT标志且允许写入(_PAGE_WRITE)，则设置ACCESSED、MODIFIED、VALID和DIRTY标志。否则，执行DO_FAULT(1)。 这些异常处理机制是MIPS处理器内存管理的关键部分，它们确保了虚拟地址到物理地址转换的正确性和效率。通过快速处理这些异常，处理器可以保持高效运行，并及时更新TLB以优化内存访问速度。在CPU设计中，理解并优化这类异常处理流程对于提升系统性能至关重要。