RISC-V trap handler内部触发异常的重入问题该如何处理？

核心思路 #

利用mstatus寄存器的MPP位判断trap触发前的特权级，区分**普通trap（从S/U模式进入）和嵌套trap（从M模式的trap handler内部进入）**两种场景，分别采用不同的上下文指针寻址逻辑。

具体实现步骤 #

前置初始化 #

每个硬件线程（hart）预先分配独立的机器模式trap上下文内存块，系统初始化阶段将该内存块的首地址写入CSR_MSCRATCH寄存器。

Trap入口处理 #

• 第一步执行交换指令：csrrw tp, CSR_MSCRATCH, tp，完成tp与mscratch的值互换
• 第二步读取mstatus寄存器，提取MPP字段判断trap来源：
  • 若MPP不等于机器模式（普通trap场景）：此时tp寄存器已经是trap上下文首地址，直接按原有逻辑通过tp访问上下文即可
  • 若MPP等于机器模式（嵌套trap场景）：此时tp寄存器存储的是低特权级的原始tp值，CSR_MSCRATCH寄存器中存储的才是trap上下文首地址，执行csrr t0, CSR_MSCRATCH将上下文地址读取到临时寄存器，后续通过该寄存器访问上下文
• 第三步将当前tp值（无论哪种场景都存储的是低特权级原始tp）存入trap上下文的预留字段，避免数据丢失

Trap出口处理 #

• 从trap上下文预留字段读取原始tp值，写回tp寄存器
• 执行csrw CSR_MSCRATCH, <trap上下文首地址>，将上下文指针恢复到CSR_MSCRATCH，保证下一次trap进入逻辑正常

无空闲寄存器的兼容处理 #

如果入口处没有空闲寄存器可以用来读取mstatus，可以预先在trap上下文的首地址位置预留一个临时存储字段：

1. 执行完csrrw tp, CSR_MSCRATCH, tp后，先将当前tp值写入CSR_MSCRATCH指向的上下文首地址预留字段
2. 复用tp作为临时寄存器读取mstatus完成MPP判断
3. 从预留字段读回原始tp值，再执行后续上下文保存逻辑

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bitsnbytes