修改了 陷入处理的 trap.S 汇编, 使其可以切换地址空间

ch4/os/src/trap/trap.S

@@ -4,19 +4,22 @@
 .macro SAVE_GP n
     sd x\n, \n*8(sp)    # 将寄存器 x_n 的值保存到栈空间中
 .endm
+
 .macro LOAD_GP n
     ld x\n, \n*8(sp)    # 从栈空间中加载寄存器 x_n 的值
 .endm
+
 .section .text        # 进入 .text 段
 .globl __alltraps     # 声明全局符号 __alltraps
 .globl __restore      # 声明全局符号 __restore
 .align 2               # 对齐到 2^2 = 4 字节
 
 __alltraps:           # __alltraps 符号的实现
-    csrrw sp, sscratch, sp   # 交换 sp 和 sscratch 寄存器的值
+    # 交换 sp 和 sscratch 寄存器的值
-    # 现在 sp 指向内核栈，sscratch 指向用户栈
+    # sscratch在陷入之前是用户空间 次高的页, 是trap context
-    # 在内核栈上分配一个 TrapContext
+    # 这里和sp交换之后, sscratch变成了用户栈顶, sp变成了trap context的位置
-    addi sp, sp, -34*8      # 分配 34*8 字节的空间
+    csrrw sp, sscratch, sp
+
     # 保存通用寄存器
     sd x1, 1*8(sp)          # 保存寄存器 x1 的值  (这一步是为了跳过x0寄存器, 方便下面循环)
     # 跳过 sp(x2)，后面会再次保存
@@ -25,36 +28,57 @@ __alltraps:           # __alltraps 符号的实现
     # 保存 x5~x31
     .set n, 5               # 定义变量 n 的初始值为 5
     .rept 27                # 循环 27 次
-        SAVE_GP %n          # 保存寄存器 x_n 的值到栈空间中
+        SAVE_GP %n          # 保存寄存器 x_n 的值到trap context中
         .set n, n+1         # 将 n 加 1
     .endr                   # 结束指令块
-    # 我们可以自由使用 t0/t1/t2，因为它们已保存在内核栈上
+
+    # 我们可以自由使用 t0/t1/t2，因为它们已保存在 trap context中
+    # 保存CSR寄存器
     csrr t0, sstatus        # 读取 sstatus 寄存器的值
     csrr t1, sepc           # 读取 sepc 寄存器的值
-    sd t0, 32*8(sp)         # 保存 sstatus 寄存器的值到栈空间中
+    sd t0, 32*8(sp)         # 保存 sstatus 寄存器的值到trap context中
-    sd t1, 33*8(sp)         # 保存 sepc 寄存器的值到栈空间中
+    sd t1, 33*8(sp)         # 保存 sepc 寄存器的值到trap context中
-    # 从 sscratch 中读取用户栈，并将其保存到内核栈中
+
+    # 从 sscratch 中读取用户栈，并将其保存到trap context中
     csrr t2, sscratch       # 读取 sscratch 寄存器的值
-    sd t2, 2*8(sp)          # 保存用户栈的地址到内核栈 trap context中
+    sd t2, 2*8(sp)          # 保存用户栈的地址到 trap context中
-    # 设置 trap_handler(cx: &mut TrapContext) 的输入参数
+
-    mv a0, sp               # 将 TrapContext 的地址赋值给 a0
+    # 以上 通过用户空间 就保存了所有的寄存器, 他们保存在 用户空间的次高虚拟页
-    call trap_handler       # 调用 trap_handler 分发函数
+    # 下面开始恢复 用户空间和 内核栈 并跳转到处理函数, 这是在内核初始化该应用的时候, 设置好的
+
+    # 等下需要加载内核的地址空间, 它是 KERNEL_SPACE.exclusive_access().token(), 他保存在了trap context中
+    ld t0, 34*8(sp)
+
+    # 等下jmp 到我们自己的trap 处理函数 他是 trap_handler as usize(这里直接as usize 转为地址, 还可以跳转到这个地址, 是因为我们是在切换内存空间之后jmp的)
+    ld t1, 36*8(sp)
+
+    # 切换栈, 上面 sp 是 trap context, 现在换成 trap context内保存的 用户内核栈
+    ld sp, 35*8(sp)
+
+    # 切换页表
+    csrw satp, t0
+    sfence.vma
+
+    # 防止编译期使用相对位置call, 这时候, 已经进入内核的地址空间了, 防止编译器在链接的时候, 对call进行相对位置偏移call, 那肯定是不对的
+    jr t1
 
 __restore:                  # __restore 符号的实现
-    # case1: 开始运行应用程序
+    # 这个是有 trap_return 调用的, 调用的时候把 trap_cx_ptr(每个用户程序都统一的地址TRAP_CONTEXT), 和 user_satp传进来
-    # case2: 从处理完中断后返回 U 级别
+
+    # 恢复用户地址空间
+    csrw satp, a1
+    sfence.vma
 
-    # 注释, 栈顶已经由 switch 恢复了
+    # sscratch当做临时寄存器 保存是用户空间 次高的页, 也就是是trap context
-    # mv sp, a0               # 将 a0 中保存的内核栈地址赋值给 sp  这个首次进入是在内核进入首次进入sp 这里会被修改为KERNEL_STACK_SIZE, 被接管
+    csrw sscratch, a0
+    # 把trap context 也copy到sp中, 下面会进行恢复
+    mv sp, a0
 
     # 恢复 sstatus/sepc
-    ld t0, 32*8(sp)         # 从栈空间中读取 sstatus 寄存器的值
+    ld t0, 32*8(sp)         # 从trap context中读取 sstatus 寄存器的值
-    ld t1, 33*8(sp)         # 从栈空间中读取 sepc 寄存器的值
+    ld t1, 33*8(sp)         # 从trap context中读取 sepc 寄存器的值
-    ld t2, 2*8(sp)          # 从栈空间中读取用户栈的栈顶地址
     csrw sstatus, t0        # 恢复 sstatus 寄存器的值
     csrw sepc, t1           # 恢复 sepc 寄存器的值
-    csrw sscratch, t2       # 将栈指针 用户栈 的值 临时保存到 sscratch 寄存器中
-    # 现在 sp 指向内核栈，sscratch 指向用户栈
 
     # 恢复通用寄存器，除了 sp/tp 以外的寄存器
     # 跳过x0
@@ -68,8 +92,6 @@ __restore:                  # __restore 符号的实现
         .set n, n+1        # 将 n 加 1
     .endr                   # 结束指令块
 
-    # 现在 sp 指向内核栈，sscratch 指向用户栈, 释放内核栈中的中的 TrapContext, 陷入已经执行完成, 即将返回用户态 不需要这个上下文了
+    # 恢复用户栈, 他在 trap context 中
-    addi sp, sp, 34*8       # 释放 sizeof<TrapContext>
+    ld sp, 2*8(sp)
-
-    csrrw sp, sscratch, sp  # 交换 sp内核栈 和 sscratch用户栈 寄存器的值, 交换之后sscratch保存的是内核栈顶, sp是用户栈 USER_STACK(栈底) 的栈顶
     sret                    # 返回指令, 根据sstatus(陷入/异常之前的特权级) 和 sepc(陷入/异常 之前的pc)返回