Trap相关寄存器 #

异常控制流（Exceptional Control Flow，简称 ECP）包括：exception和interrupt。

其中异常是在执行程序时触发的，比如当进行除0异常和缺页异常等，所以它也叫同步异常

RISC-V 把 ECP 统称为 Trap，Trap处理过程中涉及的寄存器如下：

mtvec #

mtvec 包含两部分：BASE和MDOE，其中BASE占MXLEN位，它的低2位和MODE重合。按照约定，BASE必须是4字节对齐的，所以它的低4位永远为0，其中低2位留给MODE使用。MODE的标记如下：

• MODE=0表示所有Trap进入Machine模式时， pc 的值会被设置为 BASE 字段中的地址。

• 当 MODE=1 时，所有进入Machine模式的异常中断都会导致 pc 被设置为 BASE 字段中的地址，加上中断原因编号的四倍。 例如，机器模式定时器（中断号为7）中断导致 pc 设置为 BASE+0x1c。

可以通过下面这段代码进行mtvec的初始化（MODE=0方式）：

void trap_init()
{
    reg_t MODE = 0xFFFFFFFF << 2; // 低两位设置为0
	w_mtvec((reg_t)trap_vector & MODE);
}
static inline void w_mtvec(reg_t x)
{
	asm volatile("csrw mtvec, %0" : : "r" (x));
}

在trap_init函数中trap_vector为中断处理函数的地址（其实就是一个函数名，函数名可以作为指针指向对应的函数），在trap_vector中定义出现Trap时的处理方式即可。

当Trap触发时，机器自动将pc值设置为mtvec，并在下一条指令执行对应的处理程序。在处理程序中，首先要做的是保存当前程序的上下文信息，以便Trap处理结束后恢复上下文。

mepc（Machine Exception Program Counter） #

当 Trap 发生时，pc 会被替换为 mtvec 设定的地址，同时 hart 会设置 mepc 为当前指令的下一条指令的地址，当我们需要退出 Trap 时可以调用特殊的 mret 指令，该指令会将 mepc 中的值恢复到 pc 中（实现返回的效果）。

mcause（Machine Cause） #

当 Trap 发生时，hart 会设置该寄存器通知我们 Trap 发生的原因。最高位为 1 时标识了当前 Trap 为 Interrupt，否则是 Exception。剩余的低MXLEN-1位用于标识具体的 Interrupt 或者 Exception 的种类。

硬件层面定义了Trap发生时对应的编号：

mtval（Machine Trap Value） #

当 Trap 发生时，除了通过 mcause 可以获取Trap种类 code 值外，hart 还提供了 mtval 来提供其他信息来辅助我们执行更进一步的操作。具体的辅助信息由特定的硬件实现定义，RISC-V 规范没有 定义具体的值。但规范定义了一些行为，譬如访问地址出错 时的地址信息、或者执行非法指令时的指令本身等。

mstatus（Machine Status） #

mstatus 寄存器跟踪并控制 hart 的当前运行状态，部分位的解释如下：

• xIE（x=M/S/U）： 分别用于打开（1）或者关闭（0） M/S/U 模式下的全局中断。当 trap 发生时， hart 会自动将 xIE 设置为 0。
• xPIE（x=M/S/U）：当 trap 发生时用于保存 trap 发生之前的 xIE 值。
• xPP（x=M/S）：当 trap 发生时用于保存 trap 发生之前的权限级别值。由于发生Trap时，并不会从高权级的Machine和Super态跳转到低权级的User态，所以没有UPP。
• 其他标志位涉及内存访问权限、虚拟内存控制等，暂不考虑。

上面介绍的寄存器和异常有关，另外还有两个寄存器mie和pie，它们中断有关：

**mie(Machine Interrupt Enable) **：打开（1）或者关闭（0）M/S/U 模式下对应的 External/Timer/Software 中断，下图为mie示意图：

**mip(Machine Interrupt Pending) **：获取当前 M/S/U 模式下对应的 External/Timer/Software 中断是否发生，下图为mip示意图：

Trap处理过程 #

中断处理过程和前面之前介绍的上下文切换过程是相近的，只是涉及到了更多的CSR寄存器：

当Trap发生时，根据设置的mtvec找到中断处理程序入口trap_vector，并在trap_vector进行具体的处理。在 lab8 中 由于指针非法访问出现过异常，由于没有设置Trap处理程序，导致程序在异常后不能顺利结束。