D13xRISC-V中断与异常处理机制解析vectors.S

说明：vectors.S 不存放中断向量表 ，向量表在 startup_gcc.S 的 __Vectors 段；本文件实现 异常/中断入口、上下文保存、软件分发 ISR 等底层逻辑。二者通过 mtvec / mtvt 在启动时关联。

---

1. 在启动链中的位置

    la      a0, Default_Handler
    ori     a0, a0, 3
    csrw    mtvec, a0
    la      a0, __Vectors
    csrw    mtvt, a0

CSR	指向	作用
mtvec	Default_Handler（低 2 位 = 3）	异常统一入口；模式 3 表示与 CLIC/向量扩展配合
mtvt	__Vectors	中断向量表：IRQn → 处理函数地址
sp 初值	g_top_irqstack	中断专用栈顶

__Vectors 中 0--15 多为 Default_Handler，7 为 Default_IRQHandler；16 起外设 IRQ 多为 Default_IRQHandler（见 startup_gcc.S）。

整体路径可概括为：
异常 mtvec
IRQ mtvt 表项
是
否
是 中断
否 同步异常
硬件 trap/IRQ
入口
Default_Handler
Default_IRQHandler
mcause低10位==24?
NMI_Handler → g_nmivector
trap
mcause最高位=1?
保存寄存器 → trap_c
g_irqvector 分发 ISR

---

2. BSS：栈与辅助变量（第 13--39 行）

.section .bss
    ...
g_base_irqstack:
    .space AIC_INTERRUPTSTACK_SIZE
g_top_irqstack:
    ...
g_trap_sp:
    .long 0
    ...
#ifdef KERNEL_BAREMETAL
g_base_normalstack / g_top_normalstack
#endif
irq_nested_level:
    .long 0

符号	含义
g_base_irqstack ~ g_top_irqstack	4KB（AIC_INTERRUPTSTACK_SIZE）中断栈；Reset_Handler 把 sp 设为 g_top_irqstack
g_trap_sp	异常上下文保存区指针（trap 里用 g_trap_sp - 132 作帧）
g_*_normalstack	仅 baremetal：普通任务栈
irq_nested_level	嵌套计数（本文件未改，可能供他处使用）

---

3. Default_IRQHandler：统一外设中断入口（第 47--163 行）

所有指向 Default_IRQHandler 的向量表项都会进入这里，再 按 mcause 软件查表 调用具体 ISR。

3.1 T-Head 硬件压栈：ipush / ipop

Default_IRQHandler:
#ifdef __riscv_xthead
    ipush
#else
    .long   0x0040000b
#endif

• 有 T-Head 扩展：用 ipush/ipop 由硬件保存/恢复部分上下文。
• 否则嵌入自定义指令编码 0x0040000b / 0x0050000b（与 E907 工具链约定一致）。

3.2 可选：栈回溯帧、FPU

• _ENABLE_BACK_TRACE_STACK_ + _NO_OMIT_FRAME_POINT_：在栈上建小帧，保存 s0、mepc，便于 C 侧回溯。
• ARCH_RISCV_FPU：保存/恢复 ft0--ft11、fa0--fa7 共 20 个浮点寄存器（调用约定中的 caller-saved 浮点部分）。

3.3 RT-Thread / FreeRTOS 钩子

#if defined(KERNEL_RTTHREAD)
    la      t0, rt_interrupt_enter
    jalr    t0
#elif defined(KERNEL_FREERTOS)
    la      t0, aicos_irq_enter

进入 ISR 前通知内核"进入中断"，退出时调用 rt_interrupt_leave / aicos_irq_exit，用于 中断嵌套计数、调度器临界区 等。

3.4 核心：软件向量分发

    csrr    t1, mcause
    andi    t1, t1, 0x3FF
    slli    t1, t1, 2
    la      t0, g_irqvector
    add     t0, t0, t1
    lw      t2, (t0)
    mv      a0, t1
    srli    a0, a0, 2          /* a0 = irq_num */
    la      t0, g_irqdata
    add     t0, t0, t1
    lw      a1, (t0)            /* a1 = irq_data */
    ...
    jalr    t2                  /* handler(irq_num, irq_data) */

逻辑：

1. mcause[9:0] → IRQ 编号（与 aic_soc.h 中 IRQn 一致，如 CORET_IRQn=7、DMA_IRQn=32）。
2. g_irqvector[irq_num] → 函数指针（aic_drv_irq.c 里 drv_irq_register 填充）。
3. g_irqdata[irq_num] → 第二个参数。
4. g_irqcnt[irq_num]++ → 统计中断次数（drv_irq_show 等可用）。

默认初始化（drv_irq_vectors_init）把 0...MAX_IRQn-1 设为 Default_Handler，CORET_IRQn 设为 SysTick_Handler；未注册的外设 IRQ 若仍进 Default_IRQHandler，会调到 Default_Handler → trap → 打印异常。

与 硬件向量表 的关系：表项地址固定为 Default_IRQHandler，真正驱动 ISR 在运行时通过 g_irqvector 切换 ，无需改 __Vectors。

---

4. trap：异常 vs 中断分流（第 173--321 行）

trap:
    addi    sp, sp, -4
    sw      t0, 0x0(sp)
    csrr    t0, mcause
    blt     t0, x0, .Lirq      /* MSB=1 → 中断 */
    ...
    /* 同步异常：保存 x1-x31、mepc、mstatus 到 132 字节帧 */
    la      a5, trap_c
    jalr    a5
    ...
    j       .                 /* 异常后死循环 */
.Lirq:
    ...
    j       Default_IRQHandler

RISC-V 约定：mcause 最高位为 1 表示中断，为 0 表示同步异常。

• 中断 ：恢复 t0、sp 后跳到 Default_IRQHandler（与向量表路径汇合）。
• 同步异常 （非法指令、访存错误、ecall 等）：
  • 在 g_trap_sp - 132（或 AIC_BACKTRACE_DEBUG 时用当前 sp）保存 GPR 帧；
  • 故意不保存 x5 （t0），最后把临时保存的 t0 写入帧偏移 16；
  • 调用 C 函数 trap_c(regs)（trap_c.c 打印 mcause/mtval/mepc 等）；
  • 若开启 AIC_BACKTRACE_DEBUG，还会 print_stack / print_back_trace；
  • 最后 j . 挂死（正常异常路径不会返回）。

g_trap_sp 在链接脚本或别处应指向一块 ≥132 字节的缓冲区；异常时复用该静态区域，避免在未知栈上写爆。

---

5. Default_Handler：mtvec 入口 + NMI（第 327--436 行）

Default_Handler:
    ...
    csrr    t0, mcause
    andi    t0, t0, 0x3FF
    li      t1, 24
    beq     t0, t1, .NMI_Handler
    ...
    j       trap

• 先到 Default_Handler 的 trap，多数是 未向量化的异常 或向量表里填的 Default_Handler。
• mcause & 0x3FF == 24 ：芯片上的 NMI 异常码 （与 aic_soc.h 里枚举名 NMI_EXPn = -2 的"逻辑编号"不同，硬件编码为 24）。
• NMI 路径：保存 callee-saved + 浮点（可选）→ jalr g_nmivector（默认 TIM4_NMIHandler）→ mret 返回。
• 非 NMI：j trap 走同步异常/中断判断。

向量表里未单独实现的外设 handler，通过宏弱符号别名到 Default_Handler：

    .macro  def_irq_handler handler_name
    .weak   \handler_name
    .globl  \handler_name
    .set    \handler_name, Default_Handler
    .endm

驱动可定义强符号 DMA_IRQHandler 等覆盖；当前 d13x 主要靠 drv_irq_register + g_irqvector，而不是 per-IRQ 汇编符号。

---

6. Baremetal 的 PendSV_Handler（第 453--461 行）

#ifdef KERNEL_BAREMETAL
PendSV_Handler:
    j       trap
#endif

startup_gcc.S 向量 3 指向 PendSV_Handler；baremetal 下直接进 trap，用于软件 PendSV/上下文切换类异常（无 RT-Thread 时简化处理）。

---

7. 与 aic_drv_irq.c / trap_c.c 的配合

组件	职责
drv_irq_vectors_init()	填充 g_irqvector/g_nmivector
drv_irq_register()	注册 void handler(uint32_t irq, void *data)
Default_IRQHandler	所有 CLIC 外设 IRQ 的汇编入口 + 分发
trap_c()	打印寄存器、可选回调、死循环

SysTick：g_irqvector[CORET_IRQn] = SysTick_Handler，仍经 Default_IRQHandler → mcause==7 → SysTick_Handler。

---

8. 设计要点小结

1. 两级模型 ：硬件 mtvt 表项多为 Default_IRQHandler；运行时 用 g_irqvector[] 做第二级分发，便于统一统计和 GPIO 扩展 IRQ（MAX_IRQ_ENTRY 可大于 MAX_IRQn）。
2. 异常与中断分离 ：mtvec → Default_Handler；中断在 trap 里根据 mcause 最高位再并入 Default_IRQHandler。
3. NMI 单独快速路径 ：异常码 24，不经过 trap_c，直接 g_nmivector + mret。
4. 栈与扩展 ：独立中断栈 + T-Head ipush/ipop；FPU/回溯为可编译选项。
5. 未使用宏 ：MSTATUS_PRV1 0x3880 在本文件中未引用，可能为历史遗留或其它文件使用。

---

9. 调试时可关注的点

• 外设中断不进驱动：查 drv_irq_enable、g_irqvector[irq] 是否仍为 Default_Handler。
• 进中断就 "CPU Exception"：可能同步异常或 NMI/未注册 IRQ 落到 trap/Default_Handler。
• mcause 与 aic_soc.h 的 IRQn 应对齐低 10 位；CORET_IRQn=7 对应 SysTick。
• 异常后挂死：trap 末尾 j . 与 trap_c 里 while(1) 属预期（需修根因后复位）。