risc-v 上下文切换

RISC-V上下文切换汇编代码注释

发布于 2023-02-07 15:52:37 浏览：134 订阅该版

[tocm]

### 线程与线程间上下文切换

```c
/*
 * Copyright (c) 2006-2018, RT-Thread Development Team
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2018/10/28     Bernard      The unify RISC-V porting implementation
 * 2018/12/27     Jesven       Add SMP support
 * 2020/11/20     BalanceTWK   Add FPU support
 */

#include "cpuport.h"

.globl rt_hw_interrupt_disable  /* 关全局中断  */
rt_hw_interrupt_disable:
   //将mstatus寄存器与立即数0x1000(8UL)对应位为1的地方置0 将mststus的值保存至a0寄存器 
    csrrci a0, mstatus, 8
    ret	/* 一般返回 (return)*/

.globl rt_hw_interrupt_enable
rt_hw_interrupt_enable:
    csrw mstatus, a0       /* 将a0的值加载至mstatus寄存器 */
    ret

.globl rt_hw_context_switch_to /* 调度器启动后启动第一个任务 */
rt_hw_context_switch_to:
    LOAD sp, (a0)			/* 将第一个线程的线程栈加载至sp寄存器 */

LOAD a0,   2 * REGBYTES(sp) /* 加载初始化时预设的mstatus寄存器值 至a0寄存器 */
    csrw mstatus, a0 	/* 将a0寄存器的值写入mstatus寄存器  */
    j    rt_hw_context_switch_exit 
    /* 跳转至rt_hw_context_switch_exit函数 执行加载下文(将预设的栈中的内容加载至系统寄存器) */

.globl rt_hw_context_switch /* 线程间上下文切换函数 */
rt_hw_context_switch:
    /* saved from thread context
     *     x1/ra       -> sp(0)
     *     x1/ra       -> sp(1)
     *     mstatus.mie -> sp(2)
     *     x(i)        -> sp(i-4)
     */
#ifdef ARCH_RISCV_FPU         /* 若支持硬件浮点运算 则执行下述内容 */
    addi    sp, sp, -32 * FREGBYTES /* 从栈中开辟出空间  保存浮点寄存器 */

FSTORE  f0, 0 * FREGBYTES(sp)   /* 浮点寄存器保存开始 ...*/
    FSTORE  f1, 1 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f2, 2 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f3, 3 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f4, 4 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f5, 5 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f6, 6 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f7, 7 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f8, 8 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f9, 9 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f10, 10 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f11, 11 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f12, 12 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f13, 13 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f14, 14 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f15, 15 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f16, 16 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f17, 17 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f18, 18 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f19, 19 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f20, 20 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f21, 21 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f22, 22 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f23, 23 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f24, 24 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f25, 25 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f26, 26 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f27, 27 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f28, 28 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f29, 29 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f30, 30 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f31, 31 * FREGBYTES(sp)/* 浮点寄存器保存结束 */

#endif
    addi  sp,  sp, -32 * REGBYTES /* 从栈中开辟出空间  保存整数寄存器 */
    STORE sp,  (a0) /* 保存sp寄存器至 from线程栈*/

STORE x1,   0 * REGBYTES(sp) /* 保存x1寄存器至 from线程栈*/
    STORE x1,   1 * REGBYTES(sp) /* 保存x1寄存器至 from线程栈*/

csrr a0, mstatus /* 将mstatus寄存器的值保存至a0寄存器 */
    andi a0, a0, 8   /* 将a0寄存器中的值与0x1000相与 */
    beqz a0, save_mpie  /* 判断a0寄存器中的值是否等于0  等于0则跳转至 save_mpie*/
    li   a0, 0x80    /* 非0则将立即数0x80加载至a0寄存器 */
save_mpie:
    STORE a0,   2 * REGBYTES(sp)  /* 整数寄存器保存开始 ...*/

STORE x4,   4 * REGBYTES(sp)
    STORE x5,   5 * REGBYTES(sp)
    STORE x6,   6 * REGBYTES(sp)
    STORE x7,   7 * REGBYTES(sp)
    STORE x8,   8 * REGBYTES(sp)
    STORE x9,   9 * REGBYTES(sp)
    STORE x10, 10 * REGBYTES(sp)
    STORE x11, 11 * REGBYTES(sp)
    STORE x12, 12 * REGBYTES(sp)
    STORE x13, 13 * REGBYTES(sp)
    STORE x14, 14 * REGBYTES(sp)
    STORE x15, 15 * REGBYTES(sp)
    STORE x16, 16 * REGBYTES(sp)
    STORE x17, 17 * REGBYTES(sp)
    STORE x18, 18 * REGBYTES(sp)
    STORE x19, 19 * REGBYTES(sp)
    STORE x20, 20 * REGBYTES(sp)
    STORE x21, 21 * REGBYTES(sp)
    STORE x22, 22 * REGBYTES(sp)
    STORE x23, 23 * REGBYTES(sp)
    STORE x24, 24 * REGBYTES(sp)
    STORE x25, 25 * REGBYTES(sp)
    STORE x26, 26 * REGBYTES(sp)
    STORE x27, 27 * REGBYTES(sp)
    STORE x28, 28 * REGBYTES(sp)
    STORE x29, 29 * REGBYTES(sp)
    STORE x30, 30 * REGBYTES(sp)
    STORE x31, 31 * REGBYTES(sp) /* 整数寄存器保存结束 */

LOAD sp,  (a1)    /* 加载to线程栈至sp */
    j rt_hw_context_switch_exit /* 跳转至rt_hw_context_switch_exit函数 执行加载下文  */

.global rt_hw_context_switch_exit/* 加载下文函数  */
rt_hw_context_switch_exit:
    /* resw ra to mepc */
    LOAD a0,   0 * REGBYTES(sp) /* 将to线程的栈加载至a0寄存器  */
    csrw mepc, a0   /* 将to线程的pc加载至mepc 退出后自动将mepc寄存器的值更新值系统pc寄存器  */

LOAD x1,   1 * REGBYTES(sp)/* 加载ra寄存器的值至x1寄存器 */

li    t0, 0x00007800/* 加载立即数0x00007800至t0(临时寄存器)  */
    csrw  mstatus, t0 /* 将t0寄存器中的值写入mstatus寄存器*/
    LOAD a0,   2 * REGBYTES(sp)/* 加载保存的mstatus的值 */
    csrs mstatus, a0/* 将mstatus中与a0寄存器对应位为1的地方置0 */

LOAD x4,   4 * REGBYTES(sp) /* 恢复整数寄存器  */
    LOAD x5,   5 * REGBYTES(sp)
    LOAD x6,   6 * REGBYTES(sp)
    LOAD x7,   7 * REGBYTES(sp)
    LOAD x8,   8 * REGBYTES(sp)
    LOAD x9,   9 * REGBYTES(sp)
    LOAD x10, 10 * REGBYTES(sp)
    LOAD x11, 11 * REGBYTES(sp)
    LOAD x12, 12 * REGBYTES(sp)
    LOAD x13, 13 * REGBYTES(sp)
    LOAD x14, 14 * REGBYTES(sp)
    LOAD x15, 15 * REGBYTES(sp)
    LOAD x16, 16 * REGBYTES(sp)
    LOAD x17, 17 * REGBYTES(sp)
    LOAD x18, 18 * REGBYTES(sp)
    LOAD x19, 19 * REGBYTES(sp)
    LOAD x20, 20 * REGBYTES(sp)
    LOAD x21, 21 * REGBYTES(sp)
    LOAD x22, 22 * REGBYTES(sp)
    LOAD x23, 23 * REGBYTES(sp)
    LOAD x24, 24 * REGBYTES(sp)
    LOAD x25, 25 * REGBYTES(sp)
    LOAD x26, 26 * REGBYTES(sp)
    LOAD x27, 27 * REGBYTES(sp)
    LOAD x28, 28 * REGBYTES(sp)
    LOAD x29, 29 * REGBYTES(sp)
    LOAD x30, 30 * REGBYTES(sp)
    LOAD x31, 31 * REGBYTES(sp)

addi sp,  sp, 32 * REGBYTES

#ifdef ARCH_RISCV_FPU
    FLOAD   f0, 0 * FREGBYTES(sp) /* 恢复浮点寄存器  */
    FLOAD   f1, 1 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f2, 2 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f3, 3 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f4, 4 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f5, 5 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f6, 6 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f7, 7 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f8, 8 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f9, 9 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f10, 10 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f11, 11 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f12, 12 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f13, 13 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f14, 14 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f15, 15 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f16, 16 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f17, 17 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f18, 18 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f19, 19 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f20, 20 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f21, 21 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f22, 22 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f23, 23 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f24, 24 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f25, 25 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f26, 26 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f27, 27 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f28, 28 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f29, 29 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f30, 30 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f31, 31 * FREGBYTES(sp)

addi    sp, sp, 32 * FREGBYTES
#endif

mret

```

### 线程与中断间上下文切换

```c
#include "cpuport.h"

.section .isr_vector, "ax"
    .global irq_handler_trap
    .align 2
irq_handler_trap: /* 中断执行过程中的上下文切换 */
#ifdef ARCH_RISCV_FPU
    addi    sp, sp, -32 * FREGBYTES  /* 从栈中开辟出空间  保存浮点寄存器 */
    FSTORE  f0, 0 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f1, 1 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f2, 2 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f3, 3 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f4, 4 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f5, 5 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f6, 6 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f7, 7 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f8, 8 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f9, 9 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f10, 10 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f11, 11 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f12, 12 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f13, 13 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f14, 14 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f15, 15 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f16, 16 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f17, 17 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f18, 18 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f19, 19 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f20, 20 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f21, 21 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f22, 22 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f23, 23 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f24, 24 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f25, 25 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f26, 26 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f27, 27 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f28, 28 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f29, 29 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f30, 30 * FREGBYTES(sp)
    FSTORE  f31, 31 * FREGBYTES(sp)
#endif
    /* save all from thread context */
    addi sp, sp, -32 * REGBYTES    /* 从栈中开辟出空间  保存整数寄存器 */

STORE x1,   1 * REGBYTES(sp)   // ra
    li    t0,   0x80               /* 将立即数0x10000000加载至t0寄存器  */
    STORE t0,   2 * REGBYTES(sp)   /* 将t0寄存器的值保存至  from线程栈 */

STORE x4,   4 * REGBYTES(sp)   // tp - thread pointer
    STORE x5,   5 * REGBYTES(sp)   // t0
    STORE x6,   6 * REGBYTES(sp)   // t1
    STORE x7,   7 * REGBYTES(sp)   // t2
    STORE x8,   8 * REGBYTES(sp)   // s0/fp
    STORE x9,   9 * REGBYTES(sp)   // s1
    STORE x10, 10 * REGBYTES(sp)   // a0
    STORE x11, 11 * REGBYTES(sp)   // a1
    STORE x12, 12 * REGBYTES(sp)   // a2
    STORE x13, 13 * REGBYTES(sp)   // a3
    STORE x14, 14 * REGBYTES(sp)   // a4
    STORE x15, 15 * REGBYTES(sp)   // a5
    STORE x16, 16 * REGBYTES(sp)   // a6
    STORE x17, 17 * REGBYTES(sp)   // a7
    STORE x18, 18 * REGBYTES(sp)   // s2
    STORE x19, 19 * REGBYTES(sp)   // s3
    STORE x20, 20 * REGBYTES(sp)   // s4
    STORE x21, 21 * REGBYTES(sp)   // s5
    STORE x22, 22 * REGBYTES(sp)   // s6
    STORE x23, 23 * REGBYTES(sp)   // s7
    STORE x24, 24 * REGBYTES(sp)   // s8
    STORE x25, 25 * REGBYTES(sp)   // s9
    STORE x26, 26 * REGBYTES(sp)   // s10
    STORE x27, 27 * REGBYTES(sp)   // s11
    STORE x28, 28 * REGBYTES(sp)   // t3
    STORE x29, 29 * REGBYTES(sp)   // t4
    STORE x30, 30 * REGBYTES(sp)   // t5
    STORE x31, 31 * REGBYTES(sp)   // t6

/* 将sp寄存器的值保存值mscratch mscratch在机器模式下可快速交换数据  */
    csrw  mscratch, sp

/* 切换至中断栈 */
    la sp, _stack

/* 进入中断  */
    call  rt_interrupt_enter
    /* 将线程栈加载为入口参数 0*/
    csrr  a0, mscratch
    call  trap_entry /* 调用中断处理函数 */
    call  rt_interrupt_leave /* 退出中断  */

/* 切换至线程栈 */
    csrr  sp, mscratch

/* 判断是否在中断处理过程中触发了调度 */
    la    s0, rt_thread_switch_interrupt_flag /* 将rt_thread_switch_interrupt_flag的地址加载至s0 */
    lw    s2, 0(s0)	/* 将s0地址处的值加载至s2寄存器 */
    beqz  s2, spurious_interrupt /* 判断s2寄存器中的值是否为0 等于0则不进行线程栈的切换 */
    /* clear switch interrupt flag */
    sw    zero, 0(s0) /* 将s0寄存器的值清零 */

csrr  a0, mepc /* 将mepc的值保存至a0寄存器  */
    STORE a0, 0 * REGBYTES(sp)/* 将a0寄存器的值写入线程栈中 */

la    s0, rt_interrupt_from_thread/* 将rt_interrupt_from_thread的地址加载至s0寄存器 */
    LOAD  s1, 0(s0)/* 将from线程的线程栈加载至s1寄存器 */
    STORE sp, 0(s1)/* 将sp寄存器的值存储至from线程栈 */

la    s0, rt_interrupt_to_thread /* 将rt_interrupt_to_thread的地址加载至s0寄存器 */
    LOAD  s1, 0(s0)/* 将to线程的线程栈加载至s1寄存器 */
    LOAD  sp, 0(s1)/* 将s1寄存器中的值加载至sp寄存器 */

LOAD  a0,  0 * REGBYTES(sp) /* 将to线程栈的pc加载至a0寄存器 */
    csrw  mepc, a0/* 将a0寄存器的值写入mepc寄存器 */

spurious_interrupt:
    LOAD  x1,   1 * REGBYTES(sp)    // ra  /* 加载ra寄存器值至x1  */
    /* Remain in M-mode after mret  */
    li    t0, 0x00001800   /* 加载立即数0x00001800至t0寄存器  */
    csrs  mstatus, t0      /* 将t0寄存器中为1的位置与mstatus寄存器中对应的位置置1*/
    LOAD  t0,   2 * REGBYTES(sp) /* 加载保存的mstatus寄存器的值至t0*/
    csrs  mstatus, t0      /* 将t0寄存器中为1的位置与mstatus寄存器中对应的位置置1*/

LOAD  x4,   4 * REGBYTES(sp)    // tp  /* 恢复整数寄存器值 */
    LOAD  x5,   5 * REGBYTES(sp)    // t0
    LOAD  x6,   6 * REGBYTES(sp)    // t1
    LOAD  x7,   7 * REGBYTES(sp)    // t2
    LOAD  x8,   8 * REGBYTES(sp)    // s0/fp
    LOAD  x9,   9 * REGBYTES(sp)    // s1
    LOAD  x10, 10 * REGBYTES(sp)    // a0
    LOAD  x11, 11 * REGBYTES(sp)    // a1
    LOAD  x12, 12 * REGBYTES(sp)    // a2
    LOAD  x13, 13 * REGBYTES(sp)    // a3
    LOAD  x14, 14 * REGBYTES(sp)    // a4
    LOAD  x15, 15 * REGBYTES(sp)    // a5
    LOAD  x16, 16 * REGBYTES(sp)    // a6
    LOAD  x17, 17 * REGBYTES(sp)    // a7
    LOAD  x18, 18 * REGBYTES(sp)    // s2
    LOAD  x19, 19 * REGBYTES(sp)    // s3
    LOAD  x20, 20 * REGBYTES(sp)    // s4
    LOAD  x21, 21 * REGBYTES(sp)    // s5
    LOAD  x22, 22 * REGBYTES(sp)    // s6
    LOAD  x23, 23 * REGBYTES(sp)    // s7
    LOAD  x24, 24 * REGBYTES(sp)    // s8
    LOAD  x25, 25 * REGBYTES(sp)    // s9
    LOAD  x26, 26 * REGBYTES(sp)    // s10
    LOAD  x27, 27 * REGBYTES(sp)    // s11
    LOAD  x28, 28 * REGBYTES(sp)    // t3
    LOAD  x29, 29 * REGBYTES(sp)    // t4
    LOAD  x30, 30 * REGBYTES(sp)    // t5
    LOAD  x31, 31 * REGBYTES(sp)    // t6 /* 恢复整数寄存器值结束 */

addi  sp, sp, 32 * REGBYTES     /* 移动栈指针 */

#ifdef ARCH_RISCV_FPU
    FLOAD   f0, 0 * FREGBYTES(sp)      /* 恢复浮点寄存器值 */
    FLOAD   f1, 1 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f2, 2 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f3, 3 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f4, 4 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f5, 5 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f6, 6 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f7, 7 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f8, 8 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f9, 9 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f10, 10 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f11, 11 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f12, 12 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f13, 13 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f14, 14 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f15, 15 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f16, 16 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f17, 17 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f18, 18 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f19, 19 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f20, 20 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f21, 21 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f22, 22 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f23, 23 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f24, 24 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f25, 25 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f26, 26 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f27, 27 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f28, 28 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f29, 29 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f30, 30 * FREGBYTES(sp)
    FLOAD   f31, 31 * FREGBYTES(sp) /* 恢复浮点寄存器值结束 */

addi    sp, sp, 32 * FREGBYTES /* 移动栈指针 */
#endif
    mret

```

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