处理器结构与操作系统相关(MIPS为例).ppt

1、See MIPS Run 周剑 2010 7,Contents,MIPS概述,1,协处理器0,2,异常处理,4,函数调用,5,MIPS概述,五级流水（四个时钟周期） IF取指 RD读寄存器 ALU算术运算 MEM访问内存 WB写回寄存器,要求: 1. 指令等长（32位） 2. 内存操作限制（load 2. 异常处理次序与指令次序一致； 3. 后续指令无效化：后续指令不影响寄存器的值和CPU；,异常处理,异常处理步骤,Mips CPU 设置EPC返回地址； 设置SR(EXL)位，进入内核态禁止中断； 设置Cause寄存器（地址异常设置BadVAddr寄存器）； 进入异常入口，软件处理； 软件处理

2、： 用k0和 k1索引一块内存，保存寄存器； 查询Cause寄存器确定异常种类； 构建异常处理环境：提供内存栈保存信息；(高级语言子程序) 处理异常； 从异常调用子程序返回到底层的异常处理程序；(内核态，关中断）； 异常返回(eret)；,异常处理,1. 全局中断使能位：SR(IE) 2. SR(EXL)(异常级)和SR(ERL)(错误级) 置位，则中断禁止 3. 中断屏蔽位SR(IM) 4. Cause寄存器中有8个中断位，一般5-6个为输入引脚驱动，剩下2个用于软件中断；查看Cause(IP)，判断活跃的中断。,中断资源,异常处理,中断处理过程,Cause(IP)&SR(IM)，确定活跃且

3、使能的中断 ； 通过一个优先级选择一个中断来处理； 保存SR(IM)老屏蔽位，可能在主异常处理保存了SR； 写SR(IM)，禁止优先级小于等于该中断的中断； 必要时保存中断上下文； SR(IE)置1，并且将SR(KSU)置于核心态以便清除SR(EXL)离开异常模式； 调用中断处理程序； 返回时禁止中断，以便恢复被中断任务的执行。,异常处理,软件中实现中断优先级,1. 软件中每个中断源都属于某个优先等级（IPL）； 2. CPU运行在最低优先级，任何中断允许； 3. CPU运行在最高优先级，任何中断禁止； 4. 任意IPL上，分配到该级和更低优先级的中断被禁止，而 更高优先级的使能，同一级的不同

4、中断先来先服务； 5. IPL和被运行代码相关：任意一段代码以固定IPL执行； 6. 如果不在最低优先级并且没有更高优先级中断活跃时，中断返回被中断的代码，如果在最低优先级可能会进行任务调度来实现CPU共享。,异常处理,原子性实现,原子操作可以通过禁止所有中断来实现，但禁止中断本身（对SR的R-M-W）不保证是原子的。 有三个方法修正： 中断处理例程返回前必须恢复被中断代码的SR； 用一个系统调用来禁止中断； MiPS 指令集中用load-linked和store-conditional指令来设置关键区 (MIPS中的信号量机制） ；,异常处理,启动注意点,1. CPU从非缓存区Kseg1的0

5、 xBFC00000取值； 2. SR保证三个态：CPU在内核态、中断禁止、SR(BEV)=1； 3. 高速缓存处于随机无意义状态； 4. TLB处于随机状态，初始化前不可访问；,异常处理,启动顺序,1. 跳到ROM空间：异常入口在0 xBFC00000；跳转是简单测试 2. 配置&CPU初始化：SR设置成有效状态，可从非缓存空间取值； 3. 内存初始化：在初始化部分RAM并对其进行完整性检查前，只能使用寄存器，可以将初始化缩小到一块能放下ROM中的程序的内存大小； 4. 状态跟踪：利用控制台端口(诊断寄存器)报告初始化过程的一些问题； 5. 现在可以分配栈，设置足够多的寄存器，以便调用C过程； 6. 初始化Cache，运行其他初始化代码；,函数调用,堆栈参数结构,1. 所有函数调用参数在堆栈里分配空间，但参数结构的前四个字通过寄存器传递（a0-a3）； 1. SP指向栈底； 2. 至少分配16个字节的参数空间； 3. 任何半字类型参数扩展成32位的对象传递，除了结构体中的参数（字节和半字紧缩成一个字存储）；,函数调用,寄存器传递参数,1. 任何位于参数结构开头16个字节的参数传递到a0a3中； 2. 除非第一个参数是浮点，否则不能在FP中传递浮点参数； 3. 整型或者指针型返回值放于v0($2)中，浮点返回到$f0中； 4. 返回数据结构太大，调