riscv Sstc(Supervisor Software Timer Extension)扩展介绍

RISC-V Sstc 扩展内容总结

Sstc（Supervisor Software Timer Extension）扩展为 RISC-V 特权架构引入了 S-mode 和 VS-mode 的直接定时器中断管理机制，减少对 M-mode 的依赖。以下是其核心新增内容及修改：

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一、新增 CSR 寄存器

1. stimecmp（Supervisor Timer Compare）
   • 功能：64 位寄存器，用于 S-mode 定时器中断比较。当 time ≥ stimecmp 时触发 STIP 中断。
   • RV32 支持：通过 stimecmp（低 32 位，CSR 编号 0x14D）和 stimecmph（高 32 位，0x15D）分两次访问。
   • 中断行为：
   ◦ STIP 中断在 mip 和 sip 中为只读，由硬件自动设置。
   ◦ 写入 stimecmp 大于当前 time 可清除中断。

2. vstimecmp（Virtual Supervisor Timer Compare）
   • 功能：用于 VS-mode（Hypervisor 扩展）的定时器比较，触发 VSTIP 中断。条件为 (time + htimedelta) ≥ vstimecmp。
   • RV32 支持：通过 vstimecmp（低 32 位，0x24D）和 vstimecmph（高 32 位，0x25D）分两次访问。
   • 中断行为：VSTIP 中断在 hip 中为只读，由硬件设置，写入 vstimecmp 大于 (time + htimedelta) 可清除。

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二、对现有寄存器的修改

1. mip 和 mie 寄存器
   • STIP/STIE 位：若 stimecmp 存在，mip.STIP 变为只读（硬件驱动），原 M-mode 写入功能失效。

2. sip 和 sie 寄存器
   • STIP/STIE 位：直接反映 stimecmp 触发的中断状态，由硬件控制。

3. hip 和 hie 寄存器
   • VSTIP/VSTIE 位：若 vstimecmp 存在，hip.VSTIP 是 hvip.VSTIP 和 vstimecmp 信号的逻辑或。

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三、权限控制与访问规则

1. mcounteren 寄存器
   • TM 位：控制 S/VS-mode 对 stimecmp 和 vstimecmp 的访问权限。若 TM=0，非 M-mode 访问会触发非法指令异常。

2. hcounteren 寄存器
   • TM 位：控制 VS-mode 对 vstimecmp 的访问权限。若 TM=0，VS-mode 访问会触发虚拟指令异常（需 mcounteren.TM=1）。

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四、环境配置寄存器支持

1. menvcfg 和 henvcfg
   • STCE 位（位 63 或 31）：
   ◦ menvcfg.STCE：启用 S-mode 的 stimecmp 和 VS-mode 的 vstimecmp。
   ◦ henvcfg.STCE：启用 VS-mode 的 vstimecmp。
   • 默认行为：若 STCE=0，访问 stimecmp/vstimecmp 会触发异常，中断逻辑回退到无 Sstc 扩展的状态。

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五、Hypervisor 扩展补充

1. VS-mode 定时器中断
   • 使用 vstimecmp 比较 (time + htimedelta) 触发 VSTIP 中断。
   • Hypervisor 可通过 SBI 调用兼容旧 VS-mode 软件，同时新软件可直接操作 vstimecmp。

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六、关键机制与注意事项

1. 中断清除方式：
   • 写入 stimecmp 或 vstimecmp 使其大于当前时间值以清除中断。

2. 虚假中断处理：
   • 若中断处理程序快速修改 stimecmp，可能因延迟导致虚假中断，需软件容忍。

3. 兼容性：
   • 保留 SBI 调用支持，确保旧 S/VS-mode 代码正常运行。
   • 新软件可直接操作 stimecmp/vstimecmp 提升性能。

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七、总结

Sstc 扩展通过 硬件级定时器中断委托，显著降低 S/VS-mode 对 M-mode 的依赖，减少上下文切换开销。其核心新增内容包括：
• 专用定时器比较寄存器（stimecmp/vstimecmp）。
• 中断状态与权限控制的硬件自动化。
• 环境配置寄存器（menvcfg/henvcfg）的启用机制。
• 对 Hypervisor 扩展的深度适配，支持虚拟化场景。

该扩展为实时系统和多任务环境提供了更高效的中断处理能力，同时保持向后兼容性。