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Xv6实验二学习笔记

发表于 2.8k 3 分钟

当RISC-V计算机上电时，它会初始化自己并运行一个存储在只读内存中的引导加载程序。引导加载程序将xv6内核加载到内存中。然后，在机器模式下，中央处理器从_entry (kernel/entry.S:6)开始运行xv6。

_entry.S 入口

简述：完成多核cpu栈的分配并跳转到kernel/start.c执行start函数

entry.S
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    # qemu -kernel loads the kernel at 0x80000000
        # and causes each CPU to jump there.
        # kernel.ld causes the following code to
        # be placed at 0x80000000.
.section .text
_entry:
    # set up a stack for C.
        # stack0 is declared in start.c,
        # with a 4096-byte stack per CPU.
        # sp = stack0 + (hartid * 4096)
        la sp, stack0
        li a0, 1024*4
    csrr a1, mhartid
        addi a1, a1, 1
        mul a0, a0, a1
        add sp, sp, a0
    # jump to start() in start.c
        call start
spin:
        j spin

qemu -kernel 将内核加载到地址0x80000000处，并让每个CPU跳转到这里来执行。
kernel.ld 会将上述代码加载到0x800000000处，以供CPU跳转执行。（是否可以认为这里是入口）
我们将一行行解释这里的指令

la sp, stack0，stack0被定义在start.c中：char stack0[4096 * NCPU]，la可以理解成load address指令，这里即是将stack0的地址加载到sp寄存器上（问题1：sp寄存器一般不是指向栈顶吗，这里的栈顶怎么成了stack0[0]了）。
li a0, 1024*4，li可以理解成load imm（立即数）指令，即是将10244加载到a0寄存器，（说实话我没看到li la指令的区别，实际上是有的，还有比较大的区别，我们不细究，知道怎么使用就好，一个是地址，一个是立即数*）。
csrr a1, mhartid，csrr我们要详细介绍下：有兴趣可以看下这篇文章，下面我们摘取介绍下CSR

  • CSR 是支撑 RISC-V 特权指令集的一个重要概念。CSR 的全称为 控制与状态寄存器（control and status registers）。

  • 简单来说，CSR 是 CPU 中的一系列特殊的寄存器，这些寄存器能够反映和控制 CPU 当前的状态和执行机制。在 RISC-V 特权指令集手册 中定义的一些典型的 CSR 如下：

    • misa，反映 CPU 对于 RISC-V 指令集的支持情况，如 CPU 所支持的最长的位数（32 / 64 / 128）和 CPU 所支持的 RISC-V 扩展。
    • mstatus，包含很多与 CPU 执行机制有关的状态位，如 MIE 是否开启 M-mode 中断等。
    • mhartid，简单理解为当前cpu的id

  • 操作CSR寄存器的有以下几种指令（其中包括伪指令）

    • csrr，读取一个CSR寄存器值到通用寄存器。如：csrr t0, mstatus，读取mstatus的值到t0中。
    • csrw，将通用寄存器的值写入到CSR寄存器。如：csrw mstatus, t0, 将t0写入到mstatus中。
    • csrs，把CSR中指定的bit置1。如：csrsi mstatus, (1 << 2)，将mstatus的右起第3位置1。
    • csrc，把CSR中指定的bit置0。
    • csrrw，读取一个CSR的值到通用寄存器，然后把另一个值写入该CSR。如：csrrw t0, mstatus, t0，将mstatus的值与t0的值交换
    • csrrs，读取一个CSR的值到通用寄存器，然后把该CSR中指定的bit置1。
    • csrrc, 读取一个CSR的值到通用寄存器，然后把该CSR中指定的bit置0。

那么对于本行指令，就是将mhartid寄存器的值读取至a1中。
addi a1, a1, 1， a1 = a1 + 1
mul a0, a0, a1， a0 = a0 * a1，即 a0 = 1024*4*a1，这里我理解cpuid是从0开始递增的，所以对于cpu0来说，那么a0就等于1024*4
add sp, sp, a0，sp = sp + a0。

经过上述操作每个cpu分配到了一块栈，栈顶为stack0 + mhartid，大小为4096。

分配完栈后，便调用start(kernel/start.c:21)。

kernel/start的start函数

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void
start()
{
  // set M Previous Privilege mode to Supervisor, for mret.
  // 将机器模式改为管理模式
  unsigned long x = r_mstatus();
  x &= ~MSTATUS_MPP_MASK;
  x |= MSTATUS_MPP_S;
  w_mstatus(x);

  // set M Exception Program Counter to main, for mret.
  // requires gcc -mcmodel=medany
  // 将main地址写入mepc寄存器中（mepc寄存器用于做什么？）
  w_mepc((uint64)main);

  // disable paging for now.
  // 将satp寄存器设置为0，作用是禁用页表映射
  w_satp(0);

  // delegate all interrupts and exceptions to supervisor mode.
  w_medeleg(0xffff);
  w_mideleg(0xffff);
  w_sie(r_sie() | SIE_SEIE | SIE_STIE | SIE_SSIE);

  // ask for clock interrupts.
  timerinit();

  // keep each CPU's hartid in its tp register, for cpuid().
  int id = r_mhartid();
  w_tp(id);

  // switch to supervisor mode and jump to main().
  asm volatile("mret");
}
  1. 将机器模式切换到管理模式
  2. 将main函数入口写入到mepc(M Exception Program Counter)寄存器中，前程序计数器？
  3. w_satp(0); 禁用页表映射
  4. 将中断与异常代理到管理模式下
  5. 开启时钟中断
  6. 记录cpuid到tp寄存器中
  7. 调用mret，返回，弹出了mepc寄存器里main函数地址，开始执行main函数（具体的mret怎么执行还需要看下）。

main

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