RISC-V架构：虚拟内存与异常处理详解

"本文档详细介绍了RISC-V架构中的虚拟内存系统，特别是基于页面的内存管理，以及中断和异常处理机制。此外，还涵盖了RISC-V的S模式，这是一种介于用户模式和机器模式之间的权限级别，提供了传统虚拟内存功能。" 在RISC-V架构中，虚拟内存系统采用分页机制，将内存划分为固定大小的页进行地址转换和内存保护。当分页启用时，大多数指令使用的地址都是虚拟地址，这些地址需要通过页表转换为物理地址。页表是一种高基数树结构，其叶节点包含关于虚拟页是否映射到物理页以及允许的访问类型和权限模式的信息。 S模式是RISC-V中的一个关键权限级别，它拥有控制状态寄存器（CSR），如sie（Supervisor Interrupt Enable）和sip（Supervisor Interrupt Pending），它们是mie和mip的子集，但只允许读写已被mideleg委托的中断位。同步异常可以通过medeleg CSR委托给S模式，但异常处理始终在相同或更高权限模式下进行，不会降级到用户模式。 异常处理在S模式下类似于M模式，涉及sepc（Supervisor Exception Program Counter）、stvec（Supervisor Trap Vector）、scause（Supervisor Cause）、sscratch（Supervisor Scratch）、stval（Supervisor Trap Value）和sstatus（Supervisor Status）等CSR。sret指令类似于mret，但作用于S模式的CSR。异常处理过程包括保存异常发生时的PC、设置异常类型和原因、屏蔽中断并保存当前权限模式。 S模式不直接处理时钟中断和软件中断，而是通过ecall指令请求M模式来设置定时器或发送处理器间中断，这是监管者二进制接口（Supervisor Binary Interface）的一部分。 整个文档还提到了RISC-V指令集的基本知识，如RV32I的基础整数指令集，以及相关的汇编语言、乘法和除法、浮点运算、原子操作和压缩指令等内容。这些构成了RISC-V指令集的全面概述，为理解和开发基于RISC-V的系统提供了坚实的基础。