RISC-V SiFive U54内核——CLINT中断控制器

2024-06-29 10:22:17

目录

内核本地中断（CLINT）
CLINT 优先级和抢占
CLINT向量表
CLINT 中断源
CLINT中断属性
CLINT内存映射
相关寄存器
- MSIP Registers
- Timer Registers
特权模式委托

RISC-V SiFive U54内核的有两个中断控制器：CLINT和PLIC。CLINT用于本地中断（软件中断和定时器中断），PLIC用于全局中断。

下面对CLINT进行详细说明。

内核本地中断（CLINT）

下图为CLINT示意图，CLINT通过固定的中断号和优先级，可将软件中断或定时器中断直接发送给指定的hart，该过程没有仲裁。

CLINT 占地面积小，可直接向 hart 提供软件、定时器和外部中断。 CLINT 块还保存与软件和定时器中断相关的内存映射控制和状态寄存器。

CLINT 优先级和抢占

CLINT 具有固定的优先级方案，但不支持给定特权级别内的嵌套中断（抢占）。然而，较高的特权级别可能会抢占较低的特权级别。 CLINT 提供两种操作模式，直接模式和向量模式。

在直接模式下，所有中断和异常都会捕获到 mtvec.BASE。

在向量模式下，异常trap到 mtvec.BASE，但中断将直接跳转到它们的向量表索引。

CLINT向量表

CLINT向量表如下：

CLINT 向量表填充有跳转指令，因为硬件首先跳转到向量表中的索引，然后再跳转到处理程序。所有异常类型都trap到表中的第一个条目是 mtvec.BASE。

下面是CLINT 向量表的示例：

CLINT 中断源

下图是CLINT 中断 ID：

CLINT中断属性

为了帮助提高保存和恢复上下文的效率，可以将中断属性应用于用于中断处理的函数。

void __attribute__((interrupt))
software_handler (void) {
// handler code
}

此属性将保存和恢复处理程序中使用的寄存器，并在处理程序的末尾插入一条 mret 指令。

CLINT内存映射

下图是U54 内核上 CLINT 的内存映射：

注意，在 CLINT 内存映射中没有用于特定中断的启用位，因为这些中断的启用位于每个中断的 mie CSR 和 mstatus.mie CSR 位中，它全局启用所有机器中断.

相关寄存器

MSIP Registers

机器模式软件中断是通过写入内存映射控制寄存器 msip 来生成的。

msip 寄存器是一个 32 位宽的 WARL 寄存器，其中高 31 位绑定为 0。最低有效位反映在 mip CSR 的 MSIP 位中。 msip 寄存器中的其他位被硬连线为零。复位时，每个 msip 寄存器都清零。

软件中断对于多 hart 系统中的处理器间通信最有用，因为 harts 可能会写入彼此的 msip 位以影响处理器间中断。

软件中断其实更多的用于多核之间，也就是所谓的核间通信。

Timer Registers

与timer有关的寄存器主要是两个：mtime和mtimecmp

mtime 是一个 64 位读写寄存器，包含从 rtc_toggle 信号计数的周期数。

只要 mtime 大于或等于 mtimecmp 寄存器中的值，定时器中断就会挂起。定时器中断反映在 mip 寄存器的 mtip 位中。

复位时，mtime 清零。 mtimecmp 不会重置。

特权模式委托

默认情况下，所有中断都会陷入机器模式，包括定时器和软件中断。

为了让定时器和软件中断直接进入管理员模式，定时器中断和软件中断必须首先委托给管理员模式。

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