mirror of
https://github.com/MPSU/APS.git
synced 2025-09-15 17:20:10 +00:00
9739429d6e
* СП. Обновление предисловия * СП. Обновление введения * СП. Обновление лаб * СП. Обновление доп материалов * СП. Введение * СП. Введение * СП. ЛР№4, 15 * СП. Базовые конструкции Verilog * Update Implementation steps.md * СП. ЛР 4,5,7,8,14 * СП. ЛР№8 * Синхронизация правок * СП. Финал * Исправление ссылки на рисунок * Обновление схемы * Синхронизация правок * Добавление белого фона .drawio-изображениям * ЛР2. Исправление нумерации рисунка
44 lines
6.3 KiB
Markdown
44 lines
6.3 KiB
Markdown
# О регистрах контроля и статуса
|
||
|
||
Для поддержания работы операционной системы, виртуализации, системы прерывания (но не ограничиваясь ими), в архитектуре RISC-V предусмотрено использование группы регистров, под общим названием **регистры контроля и статуса** (**Control and Status Registers**, **CSR**), обеспечивающих управление элементами процессора и доступ к статусной информации о системе. С помощью этих регистров реализуются привилегированные режимы работы процессора, хранение указателей на различные программные стеки, статус различных подсистем, регистры для обеспечения перехватов и многое другое.
|
||
|
||
Все регистры имеют уникальные 12-битные адреса, а их роли определены в спецификации на архитектуру RISC-V. В _Таблице 1_ приводится фрагмент спецификации привилегированной архитектуры[[1, стр. 17]](https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/20240411/priv-isa-asciidoc.pdf), иллюстрирующая некоторые из регистров. В левом столбце указан 12-битный адрес. Далее указывается в каком режиме, что можно делать с этим регистром. После идёт название, а в правом столбике описание.
|
||
|
||
В этой таблице можно увидеть регистры для сохранения адреса возврата из перехвата, адрес вектора прерывания, регистры причины (cause), регистры настройки безопасности и защиты памяти. И это далеко не полный список регистров, предоставляемых стандартом (который помимо прочего, оставляет место в адресном пространстве для ваших собственных регистров).
|
||
|
||
|
||
|
||
_Таблица 1. Регистры контроля и статуса машинного (наивысшего) уровня привилегий._
|
||
|
||
Для работы с CS-регистрами используются специальные **SYSTEM**-инструкции I-типа (с опкодом `1110011`), хранящие в 12-битном поле **imm** адрес регистра, к которому будет осуществлён доступ и адреса в регистровом файле откуда будет считан или куда будет записан один из CS-регистров.
|
||
|
||
| opcode | func3 | Тип | Инструкция | Описание | Операция |
|
||
|--------|-------|-----|---------------------|---------------------------|-----------------------------|
|
||
|1110011 | 000 | I | mret | Возврат из перехвата | PC = mepc |
|
||
|1110011 | 001 | I | csrrw rd, csr, rs1 | Чтение и Запись CSR | rd = csr, csr = rs1 |
|
||
|1110011 | 010 | I | csrrs rd, csr, rs1 | Чтение и Установка бит CSR| rd = csr, csr = csr \| rs1 |
|
||
|1110011 | 011 | I | csrrc rd, csr, rs1 | Чтение и Очистка бит CSR | rd = csr, csr = csr & ~rs1 |
|
||
|1110011 | 101 | I | csrrwi rd, csr, rs1 | Чтение и Запись CSR | rd = csr, csr = imm |
|
||
|1110011 | 110 | I | csrrsi rd, csr, rs1 | Чтение и Установка бит CSR| rd = csr, csr = csr \| imm |
|
||
|1110011 | 111 | I | csrrci rd, csr, rs1 | Чтение и Очистка бит CSR | rd = csr, csr = csr & ~imm |
|
||
|
||
_Таблица 2. Список инструкций для работы с регистрами контроля и статуса._
|
||
|
||
> [!IMPORTANT]
|
||
> Обратите внимание на инструкции `csrrwi`, `csrrsi`, `csrrci`. Эти инструкции используют 19-15 биты в качестве беззнаковой константы (несмотря на то, что согласно способу кодирования инструкций I-типа, эти биты должны интерпретироваться как `rs1`). Данная 5-битная константа — единственная, которая расширяется нулями.
|
||
|
||
Для удобства программирования на языке ассемблера RISC-V существуют псевдоинструкции для работы с CSR.
|
||
|
||
| Псевдоинструкция | Инструкция RISC-V | Описание | Операция |
|
||
|------------------|--------------------|-------------|-----------|
|
||
| csrr rd, csr | csrrs rd, csr, x0 | Чтение CSR | rd = csr |
|
||
| csrw csr, rs1 | csrrw x0, csr, rs1 | Запись CSR | csr = rs1 |
|
||
|
||
_Таблица 3. Псевдоинструкции для работы с регистрами контроля и статуса._
|
||
|
||
Операция логического ИЛИ нулевого регистра регистрового файла с содержимым регистра из блока CSR не меняет его содержимого, поэтому при использовании инструкции `csrr` происходит только операция чтения. Подобным образом реализована псевдоинструкция `csrw`.
|
||
|
||
|
||
## Список использованной литературы
|
||
|
||
1. [The RISC-V Instruction Set Manual Volume II: Privileged Architecture, Document Version 20240411, Editors Andrew Waterman and Krste Asanović, RISC-V Foundation, April 2024](https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/20240411/priv-isa-asciidoc.pdf). |