RISC-V h拓展

https://tinylab.org/riscv-kvm-virt-mode-switch/
https://tinylab.org/riscv-kvm-virt-trap/

特权模式

指令集中约定用虚拟化模式 V (virtualization mode) 来标记当前是否是在 Guest 系统中运行。V=1 表示当前确实运行在 Guest 系统中，V=0 则表示不运行在 Guest 中。

V	虚拟化（H-Level Arch.）	V	虚拟化特例	名义特权级	运行的程序
1	VU-mode	0	U-mode	U-0	Guest OS的应用程序
1	VS-mode			S-1	Guest OS
0	HS-mode	0	HS-mode	S-1	宿主OS / Hypervisor
0	M-mode	0	M-mode	M-3	opensbi

在上述表格中，虚拟化特例指 hart 所指示的应用程序以 U-mode 直接运行在一个运行于 HS-mode 的 OS 上。

名义特权级（Nominal Privilege）是在 S-mode 基础上的特权级约定，分为 U, S, M 三级，分别用 0，1，3 表示，各类指令集模拟器均以此标准实现。

相关CSR

mstatus寄存器

• MIE、SIE：当前中断使能
• SPIE、MPIE：(previous) 记录trap之前的中断使能
• SPP、MPP：记录trap之前的特权级别
• TSR（Trap SRet）：拦截supervisor异常返回指令sret。TSR=1，在S-mode下支持sret会导致illegal instruction exception。TSR=0，则允许S-mode下执行sret。

hstatus寄存器

• SPV（supervisor previous Virtualization）：sstatus.SPP 在 trap 时会被设置为 trap 对应的名义特权级，此时 hstatus.SPV 就会被设置为 trap 时的 V 值；当 V=0 时执行 sret 指令，SPV 置为 V。
• SPVP (Supervisor Previous Virtual Privilege)：V=1 时，行为与 sstatus.SPP 相同，即置为 trap 时的名义特权级；V=0 时，保持不变。
• GVA (Guest Virtual Address)：trap 到 HS-mode 时写入：对于写虚拟地址到 stval 的寄存器的 trap(breakpoint, address misaligned, access fault, page fault, or guest-page fault)，hstatus.GVA 置 1，对于其他 trap 置 0。

sstatus

sstatus 是 mstatus 的一个子集。

• SPP：用于标识 trap 进入 S-mode 之前 hart 所在的特权级：来自 U-mode 则置 0，否则为 1。
• trap 处理过程中 sstatus 的行为
  trap to S-mode: SPIE=SIE, SIE=0
  sret: SIE=SPIE, SPIE=1

vsstatus

和sstauts一样。
V=1 时，vsstatus 用于替代 sstatus，所以通常针对 sstatus 的操作会替换为 vsstatus。

中断处理流程

中断委托

从上图可知，正常情况下 trap 都会导致 hart 的控制转移至 M-mode，处理之后通过 mret 指令返回到原来的模式。

特殊情况下 trap 会经由 mdeleg 或 mideleg 委派从 HS-mode 或 VS-mode 转移至 HS-mode，或再经由 hedeleg 或 hideleg 委派从 VU-mode 转移至 VS-mode。

被委派至 HS-mode 和 VS-mode 的 trap 在处理完毕后，将通过 sret 指令返回至 trap 之前的模式。