RISC-V Machine Mode 和 User Mode 相互切换

皋陶

RISC-V Machine Mode 和 User Mode 相互切换

原文出处：https://github.com/nucleisys/Bum ... ob/master/Bumblebee 内核指令架构手册.pdf

Machine Mode 到 User Mode 的切换

在 Machine Mode 下可以直接执行 mret 指令。

Machine Mode 切换到 User Mode 只能通过从执行 mret 指令发生。

由于如第 2.2.3 节中所述,Machine Mode 可能处于四种不同的状态下,分别介绍如下:

• 如果是在正常机器模式下,执行 mret 指令的硬件行为与异常处理模式下执行 mret 指令的行为相同,请参见第 3.5 节了解其详情。
  
  • 因此,如果在正常机器模式下,希望从 Machine Mode 切换到 User Mode,那么需要软件先修改 mstatus 的 MPP 域的值,然后执行 mret 指令达到模式切换的效果。典型的程序代码片段如下所示:
    
    

1. /* Switch Machine sub-mode to User mode */
   
2. // MSTATUS_MPP 的值为 0x00001800,即对应 mstatus 的 MPP 位域,请参、
   
3. // 见第 7.4.7 节了解 mstatus 的位域详情。
   
4. li t0, MSTATUS_MPP
   
5. 
   
6. // 将 mstatus 寄存器的 MPP 位域清为 0
   
7. csrc mstatus, t0
   
8. 
   
9. // 将后面的标签 1 所在的 PC 地址赋值给 t0
   
10. la t0, 1f
    
11. 
    
12. // 将 t0 的值赋值给 CSR 寄存器 mepc
    
13. csrw mepc, t0
    
14. 
    
15. // 执行 mret 指令,则会将模式切换到 User Mode,并且从前的标签 1 处开始执行
    
16. // 程序(标签 1 即为 mret 的下一条指令的位置)
    
17. mret
    
18. 
    
19. // 标签 1 的位置
    
20. 1:

复制代码

• 如果是在异常处理模式下,执行 mret 指令的硬件行为,请参见第 3.5 节了解其详情。

  
  
  • 通常来说,mret 指令用于从异常处理模式下退出至进入异常之前的模式。
  • 如果明确希望从 Machine Mode 退出至 User Mode(或者正常机器模式),那么需要软件先修改 mstatus 的 MPP 域的值,然后执行 mret 指令达到模式切换的效果。
    
    

• 如果是在中断处理模式下,执行 mret 指令的硬件行为,请参见第 5.7 节了解其详情。

  
  
  • 通常来说,mret 指令用于从中断处理模式下退出至进入中断之前的模式。
  • 如果明确希望从 Machine Mode 退出至 User Mode(或者正常机器模式),那么需要软件先修改 mstatus 的 MPP 域的值,然后执行 mret 指令达到模式切换的效果。
    
    

• 如果是在 NMI 处理模式下,执行 mret 指令的硬件行为,请参见第 4.4 节了解其详情。

  
  
  • 通常来说,mret 指令用于从 NMI 处理模式下退出至正常机器模式。
  • 如果明确希望从 Machine Mode 退出至 User Mode(或者正常机器模式),那么需要软件先修改 mstatus 的 MPP 域的值,然后执行 mret 指令达到模式切换的效果。
    
    

注意:

• 如果在 User Mode 下直接执行 mret 指令会产生非法指令(Illegal Instruction)异常。
  
  

User Mode 到 Machine Mode 的切换

Bumblebee 内核从 User Mode 切换到 Machine Mode 只能通过异常、响应中断或者 NMI 的方式发生:

• 响应异常进入异常处理模式。请参见第 3.4 节了解其详情。
  
  • 注意:软件可以通过调用 ecall 指令强行进入 ecall 异常处理函数。
    
    
• 响应中断进入中断处理模式。请参见第 5.6 节了解其详情。
• 响应 NMI 进入 NMI 处理模式。请参见第 4.3 节了解其详情。
  
  

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