一、核心术语定义
表格
| 术语 | 定义 |
|---|---|
| Exception(异常) | 运行时与当前指令直接相关的异常情况,例如非法指令、地址错误。 |
| Interrupt(中断) | 来自外部的异步事件,可能导致控制流意外跳转,例如外设中断、定时器中断。 |
| Trap(陷阱) | 由异常或中断引发的,控制流跳转到陷阱处理程序的行为。 |
补充:这里对 "exception" 和 "trap" 的定义与 IEEE-754 浮点标准兼容。
二、Trap对软件的四种影响类型
根据软件的可见性和执行环境的处理方式,陷阱分为四类:
1. Contained Trap(容器内陷阱)
- 特点:陷阱对软件是可见的,由当前执行环境处理。
- 例子 :用户态程序执行
ECALL系统调用,控制流跳转到同一 Hart 上的监管态处理程序;中断处理程序也在同一 Hart 上运行。 - 软件视角:软件知道陷阱发生了,并主动或被动地处理它。
2. Requested Trap(请求式陷阱)
- 特点:这是一种同步异常,是软件向执行环境发出的显式请求。
- 例子:系统调用。执行环境处理请求后,程序可能继续运行,也可能被终止(如进程退出)。
- 软件视角:软件主动发起请求,执行环境按需响应。
3. Invisible Trap(透明陷阱)
- 特点:陷阱由执行环境透明处理,软件完全感知不到。
- 例子 :
- 模拟缺失的指令(如软件实现的指令集扩展);
- 处理虚拟内存的页缺失;
- 多道程序中为其他任务处理中断。
- 软件视角:程序正常运行,不知道发生了陷阱。
4. Fatal Trap(致命陷阱)
- 特点:表示致命错误,导致执行环境终止执行。
- 例子:虚拟内存页保护检查失败、看门狗定时器超时。
- 软件视角:程序被终止,无法继续执行。
三、陷阱类型特征对照表
表格
| 陷阱类型 | 程序是否终止 | 软件是否知晓 | 执行环境是否处理 |
|---|---|---|---|
| Contained | No | No | Yes |
| Requested | No¹ | No | Yes |
| Invisible | No | Yes | Yes |
| Fatal | Yes | Yes² | Yes |
注:
Requested Trap的终止是可选的(由请求决定)。Fatal Trap的终止对软件是可见的。
四、其他关键说明
- 陷阱的精确性 :执行环境定义陷阱是否被精确处理。
Contained和Requested陷阱可能被软件观察为不精确;Invisible陷阱定义上无法被软件判断为精确或不精确;Fatal陷阱也可能被软件观察为不精确。 - 非特权指令的文档范围 :由于本文档描述的是非特权指令,陷阱很少被提及。处理
Contained陷阱的架构方法在特权架构手册中定义。仅为引起Requested陷阱的非特权指令(如ECALL)会在此处说明。 - 指令编码 :未定义的指令编码可能导致
Fatal Trap。
一句话总结
本节清晰界定了 RISC-V 中异常、中断和陷阱的概念,并根据软件可见性和处理方式将陷阱分为四类,其中Contained、Requested、Invisible和Fatal分别描述了陷阱对程序执行的不同影响。