5、RISC-V架构下的PLIC控制器及外部中断处理

        这一章的中断处理，讲的是处理外部中断。在中断处理中涉及到外设PLIC外部中断控制器。以及用于开启全局中断的CSR状态寄存器mstatus和mie。

一、mstatus和mie状态寄存器

        MCU的全局中断开关由mstatus中的第3位MIE控制，为1使能全局中断。

        在全局中断开启的情况下，可以通过mie寄存器更加细粒度的控制中断的使能。 中断共分类三种类型，分别是：外部中断、定时器中断、软件中断。分别用E、T、S来表示。mie寄存器如下图所示，想要开启外部中断，需要使第11位MEIE的值为1。

在代码中体现如下：

    csrr t0, mstatus
    ori t0, t0, 0x8
    csrw mstatus, t0

    csrr t0, mie
    li t1, 0x800
    or t0, t0, t1
    csrw mie, t0

 二、PLIC平台级中断控制器（外部中断控制器）

        PLIC控制中断的大体流程是：

        1、PLIC的Gateway根据当下有没有正在处理的中断，决定要不要处理下一个优先级最高的中断请求。

         2、响应某个中断请求后，判断中断优先级若为0，则不处理。

        3、若判断该类型中断请求未使能，不处理。

        4、若中断优先级小于设置阈值，不处理。

        5、设置pending位，示意MCU中断的到来。

        更具体的流程可查看：PLIC基础知识

        PLIC外设需要了解四个寄存器分别是中断优先级控制寄存器（地址:0x0c000000）、中断使能寄存器（地址:0x0c002000）、优先级阈值寄存器（地址:0x0c200000）、中断claim_complete寄存器（地址：0x0c200004）。

        我们需要通过基地址（通常为0x0c000000）以及偏移地址设置这些寄存器的值。通常优先级设置为除0外的任何值，中断使能需打开，优先级阈值设置为0。设置代码如下：

void PLIC_SetPriority(uint32_t source, uint32_t priority)
{
    volatile uint32_t *priority_reg = (uint32_t *)((PLIC_BASE) + PLIC_PRIORITY_OFFSET + \
                    + (source << PLIC_PRIORITY_SHIFT_PER_SOURCE));

    *priority_reg = priority;
}

void PLIC_EnableInterrupt(uint32_t source)
{
    volatile uint32_t *enable_reg = (uint32_t *)((PLIC_BASE) + PLIC_ENABLE_OFFSET + \
                     + (source >> 5) * 4);

    uint32_t current = *enable_reg;
    current = current | (1<<(source&0x1F));
    *enable_reg = current;
}

void PLIC_DisableInterrupt(uint32_t source)
{
    volatile uint32_t *enable_reg = (uint32_t *)((PLIC_BASE) + PLIC_ENABLE_OFFSET + (source >> 5) * 4);

    uint32_t current = *enable_reg;
    current = current & (~(1<<(source&0x1F)));
    *enable_reg = current;
}

void inline PLIC_SetThreshold(uint32_t thresh)
{
    volatile uint32_t *thresh_reg = (uint32_t *)((PLIC_BASE) + PLIC_THRESHOLD_OFFSET);

    *thresh_reg = thresh;
}

        PLIC通知MCU中断到来后，会在claim_complete寄存器指示中断类型。用户需要读取这个寄存器的值表示正在处理中断。处理完成后，需要把对应类型值（中断请求号）写入该寄存器，表示完成中断处理。以便PLIC可以处理下一个中断。对应写入读取代码如下：
 

uint32_t PLIC_ClaimInterrupt(void)
{
    volatile uint32_t *claim_reg = (uint32_t *)((PLIC_BASE) + PLIC_CLAIM_OFFSET);

    return (*claim_reg);
}

void PLIC_CompleteInterrupt(uint32_t source)
{
    volatile uint32_t *complete_reg = (uint32_t *)((PLIC_BASE) + PLIC_CLAIM_OFFSET);

    *complete_reg = source;
}

      PLIC寄存器的详细信息请查看：RISC-V SiFive U54内核——PLIC平台级中断控制器

三、中断处理 

        在中断到来时，程序会跳转到共用的处理函数入口，进行trap处理。我们需要根据claim_complete寄存器中指示的中断类型分别做出不同的响应。最后记得把中断号写回寄存器。

int read_external_irq()
{
	return PLIC_ClaimInterrupt();
}
void external_interrupt_handler()
{
	int irq=read_external_irq();
	if(irq == UART1_IRQ){
		printf("UART1 INTERUPPT\n");
		uart_isr();
	}
	else if(irq==GPIO){
		printf("GPIO INTERUPPT\n");
	}
	else{
		printf("unexpected interrupt irq = %d\n",irq);
	}
	PLIC_CompleteInterrupt(irq);
}

reg_t trap_handler(reg_t epc,reg_t cause){
    reg_t return_pc = epc;
    reg_t cause_code = cause & MCAUSE_MASK_ECODE;
	Uart_puts("traps!\n");
    if(cause & MCAUSE_MASK_INTERRUPT){
        switch (cause_code)
        {
        case 3:
            Uart_puts("software interruption!\n");
            break;
        
        case 7:
			Uart_puts("timer interruption!\n");
			break;
		case 11:
			Uart_puts("external interruption!\n");
			external_interrupt_handler();
			break;
		default:
			printf("Unknown async exception! Code = %ld\n", cause_code);
			break;
        }
    }else {
		/* Synchronous trap - exception */
		printf("Sync exceptions! Code = %ld\n", cause_code);
		panic("OOPS! What can I do!");
		return_pc += 4;
	}
    return return_pc;
}