为什么RISC-V ISA中地址空间的空位永远不可访问？

原文出自《The RISC-V Instruction Set Manual Volume I: Unprivileged ISA》1.4 小节 Memory 部分

核心定义 #

首先明确表述中的 Vacant locations（空闲位置） 指物理地址空间中，没有被硬件映射到任何可访问资源的地址区间，可访问资源包括但不限于：

• 片上/片外物理内存（SRAM、DRAM 等）
• 内存映射 I/O 外设寄存器
• boot ROM、调试接口等硬件预留的可访问区间

规则的具体含义 #

• 任何对空闲地址的访问行为（取指、读操作、写操作、原子操作）都必须触发标准异常，不会出现静默失败、返回随机值等未定义行为：
  • 取指访问空闲地址：触发指令访问错误异常
  • 加载指令访问空闲地址：触发加载访问错误异常
  • 存储/原子操作访问空闲地址：触发存储/AMO 访问错误异常
• 该规则不受特权级限制，无论处于 U/S/M 任何特权模式，访问空闲地址都会触发对应异常，不存在高特权级绕过该限制的可能
• 该规则为硬件强制要求，符合 RISC-V 规范的实现必须支持，不需要任何软件配置生效

常见混淆点说明 #

注意不要将该规则和 MMU 页错误混淆：

• 页错误是虚拟地址翻译阶段触发的异常，原因包括页表项不存在、访问权限不匹配等，针对的是虚拟地址到物理地址的翻译过程
• 本规则针对的是最终翻译得到的物理地址本身，哪怕 MMU 翻译成功，只要对应物理地址属于空闲范围，仍然会触发访问错误异常

实现层面的补充 #

不同 RISC-V 硬件实现的地址映射范围差异很大：比如低功耗微控制器可能只实现了 32 位地址空间中不到 100MB 的可访问区间，其余所有地址都属于空闲位置；而应用级处理器可能实现了超过 40 位的可访问物理地址区间，未实现的高位地址范围都属于空闲位置。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ahmad sedigh