risc-v vector.S解析

.align  和 .balign

.align  n  表示按照 2^n 字节对齐.

.balign  n  表示按照 n 字节对齐.

.section .text.vector_table // 将以下代码放入名为.text.vector_table的段
.align 2 // 要求该段起始地址按4字节（2^2）对齐，这是硬件常见要求.global vector_table // 声明vector_table为全局符号，链接器可知其地址
vector_table:j default_handler // 0x0: 复位向量（例如，CPU上电后第一条指令）j software_int_handler // 0x4: 软件中断处理程序入口j timer_int_handler // 0x8: 定时器中断处理程序入口j external_int_handler // 0xC: 外部中断处理程序入口// ... 其他异常和中断向量// 下面是各个中断/异常处理函数（也称为中断服务程序）
software_int_handler:// 处理软件中断的代码...mret // 从中断返回timer_int_handler:// 处理定时器中断的代码...mretexternal_int_handler:// 处理外部中断（如键盘、网络）的代码...mretdefault_handler:// 默认处理，比如遇到未定义异常时进入死循环j default_handler

.weak的作用：

为中断向量定义一个默认的处理函数，这个函数如果用户没有定义，则是用这个定义的weak函数，否则使用用户自己定义的函数。

譬如：

.weak  reserved_int_handler

​​情况一​​：如果用户在整个工程中​​没有​​在任何地方重新定义名为 reserved_int_handler的函数，那么链接器就会使用向量表中指定的那个默认的、弱的 reserved_int_handler函数。
•
​​情况二​​：如果用户​​重新定义​​了一个同名的函数（并且这个新定义是“强”的，即没有用 .weak声明），链接器则会​​优先使用用户提供的版本​​，并忽略弱的那个。这样，就实现了对特定中断的个性化处理 

j是强制跳转的意思，表示跳转到某个处理函数入口，如：

j reserved_int_handler  // 跳转到reserved_int_handler

下面是一段入口汇编代码：

# RISC-V 启动代码示例：entry.S
# 功能：系统启动入口点、异常处理框架和栈初始化.section .text.entry        # 将代码放入特定的入口段 [2](@ref)
.align 2                   # 按 4 字节对齐（2^2），满足 RISC-V 指令对齐要求 [3](@ref)# 程序全局入口点（由链接脚本指定为起始地址）
.global _start
_start:# 1. 设置栈指针（每个硬件线程一个栈）la sp, stack_top       # 加载栈顶地址到 sp 寄存器 [5](@ref)csrr a0, mhartid       # 读取当前硬件线程 ID (hartid) [3](@ref)addi a0, a0, 1         # 计算栈偏移：栈大小 = (hartid + 1) * 栈大小 [5](@ref)li a1, 4096            # 每个栈大小为 4KBmul a0, a0, a1add sp, sp, a0          # 调整栈指针指向当前 hart 的栈顶# 2. 设置异常向量表基地址（mtvec）la a0, trap_entry       # 加载异常处理入口点地址 [1](@ref)csrw mtvec, a0          # 写入 mtvec CSR，指定异常/中断处理程序地址 [3](@ref)# 3. 跳转到 C 主函数（如 main 或 kern_init）call kern_init          # 尾调用内核初始化函数 [2](@ref)j .                     # 防止返回，进入无限循环（安全兜底）# 异常处理入口点（所有异常和中断共用一个入口 [1](@ref)）
.align 2
.global trap_entry
trap_entry:# 保存上下文：将所有通用寄存器压栈 [1](@ref)addi sp, sp, -32 * 8    # 为 32 个寄存器预留栈空间（每个寄存器 8 字节）sd x1, 0(sp)            # 保存 x1 (ra)sd x2, 8(sp)            # 保存 x2 (sp)# ... 省略保存 x3-x31 的代码（实际需完整保存）sd x31, 248(sp)# 读取异常原因和返回地址 [1](@ref)csrr a0, mcause         # 将异常原因码存入 a0（作为参数）csrr a1, mepc           # 将异常返回地址存入 a1（作为参数）mv a2, sp               # 将当前栈指针作为第三个参数# 调用 C 语言异常处理函数 [1](@ref)call handle_trap# 恢复上下文（从栈中还原寄存器）ld x31, 248(sp)# ... 省略恢复 x3-x30 的代码ld x2, 8(sp)ld x1, 0(sp)addi sp, sp, 32 * 8     # 恢复栈指针# 返回到异常发生前的指令位置 [3](@ref)mret# 弱符号定义：默认的异常处理函数（避免链接错误） [1](@ref)
.weak handle_trap
handle_trap:j handle_trap           # 默认实现为死循环（安全兜底）# 栈空间分配（在 .bss 段中）
.section .bss
.align 12                   # 按 4KB 对齐栈空间
stack_bottom:.space 4096 * 4         # 为 4 个硬件线程分配栈空间（每个 4KB） [5](@ref)
stack_top:                  # 栈顶地址（由链接脚本定义或此处标号）

stack_top存储的是栈顶的地址（也是一个栈空间的数值最低的地址）， mhartid 指的是ID值（0-N），假设每个栈的大小都是4KB，有3个hartid，则分配给每个hart的栈空间的地址stack_top + *(n+1)*4k(其中 n的取值是0，1，2)。

譬如

hart0的栈空间为    0x9000 ~ 0x8FFF

hart1的栈空间为    0xA000 ~ 0x9FFF

hart2的栈空间为    0xB000 ~ 0xAFFF

举个例子：stack_top=0x800，此时要入栈s0, s1寄存器存储的值,

分配栈空间：

栈需要先向下生长8字节，用来存放s0和s1的值，通过对SP值减去分配的字节长来向下生长，SP值变成  0x800-0x8 = 0x7F8

进栈的时候：

首先s0进栈，则，s0存放在SP+0的地址，即0x7F8, 

接着s1进栈，则，s1存放在SP+4的地址，即0x7FC,

出栈的时候：

首先是s1出栈，即将0x7FC地址里的值加载到s1中，SP值不变

接着是s0出栈，即将0x7F8地址里的值加载到s0中，SP值不变

释放分配的空间：

将SP的值加上要释放的字节长度， SP = SP + 8, SP最后变成0x800

• SP指向哪里？SP始终指向栈空间最后一个（即最新）存入的有效数据的位置。在上面的例子里，存入s1后，SP就指向存放s1值的地址（0x7FF8）。

• 栈的生长方向：在RISC-V和大多数现代计算机体系结构中，栈在需要更多空间时是从高地址向低地址方向“生长”的。这就是为什么分配空间时是给SP减去一个数（addi sp, sp, -8）。

• 先进后出（LIFO）：你会发现，s1是先被保存进去的，但它是后被取出来的。这就是栈的“后进先出”特点，就像叠盘子，你最后放上去的那个盘子，总是最先被拿走。

• 内存安全：通过移动SP来分配和释放空间，确保了函数不会意外覆盖其他数据。只要SP在函数结束时被正确恢复，内存使用就是安全的。

.cfi_startproc 和 .cfi_undefined ra

.cfi_startproc 在定义的函数里面开始的地方，如：

_entry:

      .cfi_startproc  @ 在函数开头，标志函数的开始，并为生成函数的调用帧信息（CFI）做准备

      .cfi_undefined ra   @当前位置的ra（返回地址）寄存器的值还没有定义（无效）