freertos portASM.S之freertos_risc_v_trap_handler函数解析

源码

1. 源码复制：

   .func
   freertos_risc_v_trap_handler:
     addi sp, sp, -portCONTEXT_SIZE
     store_x x1, 1 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x5, 2 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x6, 3 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x7, 4 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x8, 5 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x9, 6 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x10, 7 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x11, 8 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x12, 9 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x13, 10 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x14, 11 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x15, 12 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x16, 13 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x17, 14 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x18, 15 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x19, 16 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x20, 17 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x21, 18 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x22, 19 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x23, 20 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x24, 21 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x25, 22 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x26, 23 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x27, 24 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x28, 25 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x29, 26 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x30, 27 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x31, 28 * portWORD_SIZE( sp )
   
     /* 读取异常(中断)号 */
     csrr a1, mcause
     /* 计算偏移地址: id * 4 */
     slli a1, a1, 2
     la a0, vector_table
     add a1, a0, a1
     /* 读取异常(中断)处理函数地址 */
     lw a1, 0(a1)
     /* 跳转到异常(中断)处理函数 */
     jalr ra, 0(a1)
   
     load_x  x1, 1 * portWORD_SIZE( sp )     /* ra */
     load_x  x5, 2 * portWORD_SIZE( sp )     /* t0 */
     load_x  x6, 3 * portWORD_SIZE( sp )     /* t1 */
     load_x  x7, 4 * portWORD_SIZE( sp )     /* t2 */
     load_x  x8, 5 * portWORD_SIZE( sp )     /* s0/fp */
     load_x  x9, 6 * portWORD_SIZE( sp )     /* s1 */
     load_x  x10, 7 * portWORD_SIZE( sp )    /* a0 */
     load_x  x11, 8 * portWORD_SIZE( sp )    /* a1 */
     load_x  x12, 9 * portWORD_SIZE( sp )    /* a2 */
     load_x  x13, 10 * portWORD_SIZE( sp )   /* a3 */
     load_x  x14, 11 * portWORD_SIZE( sp )   /* a4 */
     load_x  x15, 12 * portWORD_SIZE( sp )   /* a5 */
     load_x  x16, 13 * portWORD_SIZE( sp )   /* a6 */
     load_x  x17, 14 * portWORD_SIZE( sp )   /* a7 */
     load_x  x18, 15 * portWORD_SIZE( sp )   /* s2 */
     load_x  x19, 16 * portWORD_SIZE( sp )   /* s3 */
     load_x  x20, 17 * portWORD_SIZE( sp )   /* s4 */
     load_x  x21, 18 * portWORD_SIZE( sp )   /* s5 */
     load_x  x22, 19 * portWORD_SIZE( sp )   /* s6 */
     load_x  x23, 20 * portWORD_SIZE( sp )   /* s7 */
     load_x  x24, 21 * portWORD_SIZE( sp )   /* s8 */
     load_x  x25, 22 * portWORD_SIZE( sp )   /* s9 */
     load_x  x26, 23 * portWORD_SIZE( sp )   /* s10 */
     load_x  x27, 24 * portWORD_SIZE( sp )   /* s11 */
     load_x  x28, 25 * portWORD_SIZE( sp )   /* t3 */
     load_x  x29, 26 * portWORD_SIZE( sp )   /* t4 */
     load_x  x30, 27 * portWORD_SIZE( sp )   /* t5 */
     load_x  x31, 28 * portWORD_SIZE( sp )   /* t6 */
     addi sp, sp, portCONTEXT_SIZE
   
     mret
     .endfunc

   这段代码是一个用于FreeRTOS操作系统在RISC-V架构上的陷阱（trap）处理程序。它的作用是保存当前的CPU上下文，确定陷阱类型（异常或中断），然后跳转到对应的处理程序。处理完成后，再恢复CPU上下文并返回。

代码分析

1. 保存上下文：

   • 将当前CPU寄存器的内容保存到堆栈中，以便在处理完陷阱后能够恢复原状态。

     addi sp, sp, -portCONTEXT_SIZE
     store_x x1, 1 * portWORD_SIZE( sp )
     store_x x5, 2 * portWORD_SIZE( sp )
     ...
     store_x x31, 28 * portWORD_SIZE( sp )

   这里的portCONTEXT_SIZE定义了要保存的上下文大小，store_x指令将寄存器内容保存到堆栈中对应的位置。

2. 读取异常（中断）号：

   • 从mcause寄存器中读取异常或中断号。

     csrr a1, mcause

3. 计算处理程序地址：

   • 通过移位操作计算偏移地址，并从向量表中读取相应的处理程序地址。

     slli a1, a1, 2
     la a0, vector_table
     add a1, a0, a1
     lw a1, 0(a1)

   • 左移两位得到vector_table的index的原因是：A shift left can remove the interrupt bit and scale the exception codes to index into a trap vector table.
     

4. 跳转到处理程序：

   • 使用jalr指令跳转到计算出的处理程序地址，保存返回地址到ra寄存器。

     jalr ra, 0(a1)

5. 恢复上下文：

   • 从堆栈中恢复寄存器内容，以恢复原来的CPU状态。

     load_x  x1, 1 * portWORD_SIZE( sp )     /* ra */
     load_x  x5, 2 * portWORD_SIZE( sp )     /* t0 */
     ...
     load_x  x31, 28 * portWORD_SIZE( sp )   /* t6 */
     addi sp, sp, portCONTEXT_SIZE

6. 返回到异常前的地址：

   • 使用mret指令返回到异常发生前的地址。

     mret

关键点解释

• 保存和恢复上下文：在进入陷阱处理程序时，需要保存当前的寄存器状态，以便处理完成后可以恢复原状态。这通过调整堆栈指针和将寄存器内容存储到堆栈中实现。
• 异常和中断处理：mcause寄存器保存了引发陷阱的原因码，通过读取该寄存器并计算相应的向量表偏移，可以跳转到正确的处理程序。
• 向量表：vector_table是一个存储异常和中断处理程序地址的表，通过异常或中断号索引到具体的处理程序。
• 返回指令：mret指令用于从陷阱处理程序返回到正常的执行流。

总结

这段代码展示了一个典型的陷阱处理程序的结构，包括保存和恢复上下文、读取和处理陷阱原因，以及跳转到特定的处理程序。它通过有序的步骤确保在陷阱处理期间不会丢失任何CPU状态，并能正确处理和恢复异常和中断。