从头开发一个RISC-V的操作系统(二)RISC-V 指令集架构介绍

文章目录

  • 前提
  • ISA的基本介绍
    • ISA是什么
    • CISC vs RISC
    • ISA的宽度
  • RISC-V指令集
    • RISC-V ISA的命名规范
    • 模块化的ISA
    • 通用寄存器
    • Hart
    • 特权级别
    • 内存管理与保护
    • 异常和中断

目标:通过这一个系列课程的学习,开发出一个简易的在RISC-V指令集架构上运行的操作系统。

前提

这个系列的大部分文章和知识来自于:[完结] 循序渐进,学习开发一个RISC-V上的操作系统 - 汪辰 - 2021春,以及相关的github地址。

在这个过程中,这个系列相当于是我的学习笔记,做个记录。

ISA的基本介绍

ISA是什么

指令集架构(ISA)是底层硬件电路向上层软件程序提供的一层接口规范。这样就为上层软件提供了一层抽象,让使用者不用操心具体的电路结构。

CISC vs RISC

复杂指令集(CISC):它针对特定的功能实现特定的指令,导致指令数目多,但生成的程序长度较短。
精简指令集(RISC):只定义常用指令,对复杂的功能采用常用指令组合进行实现。导致指令数目比较精简,但是生成的程序长度较长。‘

ISA的宽度

这块需要重点理解。
ISA(处理器)的宽度指的是CPU中通用寄存器 的宽度(bit数),这决定了寻址范围的大小,以及数据运算的能力。
举个例子:32位的CPU,它的通用寄存器的宽度为32bit。如果我们给内存中的每一个空间进行编号,那么我们最多可以有多少个编号呢?(也就是最多可以找到多个地址呢?)
答案应该是 2 32 2^{32} 232个编号。假如通用寄存器的宽度位2bit,最多可以有 2 2 = 4 2^2=4 22=4个编号,00,01,10,11。这里也就可以回答为什么32位的CPU的内存空间最大是4GB,因为CPU最多可以寻址的内存单元数量为2的32次方,即4,294,967,296个单元,同时由于内存寻址是以字节为单位的,因此32位寻址架构可以寻址的最大内存量为4GB(4,294,967,296字节)。

注:ISA的宽度和指令编码长度无关。

RISC-V指令集

RISC-V 代表这Berkeley所研发的第五代精简指令集,该项目2010年始于加州大学伯克利分校。

RISC-V ISA的命名规范

ISA的命名格式:RV[###][abc…xyz]
其中:RV用于表示RISC-V体系结构的前缀,即RISC-V的缩写;[xxx] {32,64,128},处理器的通用寄存器的宽度;[abc..xyz]标识该处理器支持的指令集模块集合。

模块化的ISA

RISC-V的ISA是模块的ISA,模块化ISA的概念是:由1个基本整数指令集+多个可选的扩展指令集组成。基础指令集是固定的,永远不会变。
在这里插入图片描述

通用寄存器

RISC-V的非特权规格书(Unprivileged Specification)定义了32个通用寄存器以及一个PC寄存器(无法访问),寄存器的宽度由ISA指令,RV32的寄存器宽度为32bit,RV64的寄存器宽度为64bit。
在这里插入图片描述

Hart

HART = Hardware Thread()
这个属于是RISC-V中自己建立的,我的理解就是我们所说的CPU中核的概念,一个CPU有几个核对应到RISC-V中就是有几个Hart。
在这里插入图片描述

特权级别

RISC-V的特权规格书(Privileged Specification)定义了三个特权级别。这个可以理解为CPU的三种状态。我们知道Linux操作系统中有用户态和内核态。当我们的程序运行在用户态时,对应的就是进入User态,当运行在内核态,对应的就是进入Supervisor态。如果这里不太理解,可参考视频中的P4节。

Machine(机器态)级别是最高的,所有的实现都需要支持。
在这里插入图片描述
不同特权级别下分别对应各自的一套Registers(CSR),用于控制和获取相应Level下的处理器工作状态。高级别的特权级别下可以访问低级别的CSR,例如Machine可以访问Supervisor/User的CSR,但反之不可以。RISC-V定义了专门用于操作CSR的指令,同时也定义了特定的指令用于在不同级别中进行切换。

内存管理与保护

物理内存保护

虚拟内存:启用虚拟内存需要支持Supervisor Level。物理内存和虚拟内存之间的映射实际上是通过硬件实现的,我们称之为MMU(内存管理单元)

异常和中断

异常(Exception),当遇到异常指令时,CPU会执行一段异常处理程序。处理完毕后,它会再次执行这条异常指令,然后继续向下执行。主动触发

中断(Interrupt),当遇到中断时,CPU会执行中断程序,处理完毕后,它会从中断指令的下一条指令开始执行。被动触发
在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/515434.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

JavaSE-11笔记【多线程2(+2024新)】

文章目录 6.线程安全6.1 线程安全问题6.2 线程同步机制6.3 关于线程同步的面试题6.3.1 版本16.3.2 版本26.3.3 版本36.3.4 版本4 7.死锁7.1 多线程卖票问题 8.线程通信8.1 wait()和sleep的区别?8.2 两个线程交替输出8.3 三个线程交替输出8.4 线程通信-生产者和消费者…

硬件了解 笔记 2

CPU 内存控制器:负责读写数据 代理系统和平台IO:与主板上的芯片组通信,并管理PC中其他组件之间的数据流 主板:巨大的印刷电路板 Chipset:芯片组,位于散热器下方,直接连接到CPU的系统代理部分 …

应急响应-网站入侵篡改指南Webshell内存马查杀漏洞排查时间分析

知识点 网站入侵篡改防范应对指南 主要需了解:异常特征,处置流程,分析报告等 主要需了解:日志存储,Webshell检测,分析思路等掌握 中间件日志存储,日志格式内容介绍(IP,UA头,访问方…

KV260 BOOT.BIN更新 ubuntu22.04 netplan修改IP

KV260 2022.2设置 BOOT.BIN升级 KV260开发板需要先更新BOOT.BIN到2022.2版本,命令如下: sudo xmutil bootfw_update -i “BOOT-k26-starter-kit-202305_2022.2.bin” 注意BOOT.BIN应包含全目录。下面是更新到2022.1 FW的示例,非更新到2022.…

IPSec VPN

IP Security,IP安全 1、特点 L3的VPN 缺:不支持组播、配置复杂、延迟增加、资源消耗较多 优:具备访问控制、密码学四个维度、抗重放打击 2、组件 ①安全协议 1)验证头技术(AH) IP协议号51 提供数据完整性检查,身份验证,抗重放攻击 无法做数据的机密性 AH的完…

【异常错误】 Expected to have finished reduction in the prior iteration before star、find_unused_parameters

运行代码时出现了错误: RuntimeError: Expected to have finished reduction in the prior iteration before starting a new one. This error indicates that your module has parameters that were not used in producing loss. You can enable unused parameter …

【Django学习笔记(四)】JavaScript 语言介绍

JavaScript 语言介绍 前言正文1、JavaScript 小案例2、代码位置2.1 在当前 HTML 文件中2.2 在其他 js 文件中 3、代码注释3.1 HTML的注释3.2 CSS的注释3.3 Javascript的注释 4、变量 & 输出4.1 字符串4.2 数组4.3 对象(python里的字典) 5、条件语句6、函数7、DOM7.1 根据 I…

【树上倍增】【内向基环树】【 图论 】2836. 在传球游戏中最大化函数值

本文涉及知识点 树上倍增 内向基环树 图论 LeetCode2836. 在传球游戏中最大化函数值 给你一个长度为 n 下标从 0 开始的整数数组 receiver 和一个整数 k 。 总共有 n 名玩家,玩家 编号 互不相同,且为 [0, n - 1] 中的整数。这些玩家玩一个传球游戏&am…

ideaSSM图书借阅管理系统VS开发mysql数据库web结构java编程计算机网页源码maven项目

一、源码特点 SSM 图书借阅管理系统是一套完善的信息管理系统,结合SSM框架和bootstrap完成本系统,对理解JSP java编程开发语言有帮助系统采用SSM框架(MVC模式开发),系统具有完整的源代码 和数据库,系统主…

【爬虫+数据清洗+数据分析+可视化】“淄博烧烤”现象热评舆情python数据分析大屏

一、开发背景 您好,我是马哥小迷弟132 ,一枚10年程序猿。 自从2023.3月以来,"淄博烧烤"现象持续占领热搜流量,体现了后疫情时代众多网友对人间烟火气的美好向往,本现象级事件存在一定的数据分析实践意义。…

Java零基础入门-java8新特性(上篇)

一、本期教学目标 java8有哪些新特性什么是函数式接口什么是Lambda表达式掌握Stream ApiStream和Collect集合区别Stream创建方式Stream操作三步骤 二、概述 上几期,我们是完整的学完了java异常类的学习及实战演示、以及学习了线程进程等基础概念,而这一…

Cache多核之间的一致性MESI

快速链接: 【精选】ARMv8/ARMv9架构入门到精通-[目录] 👈👈👈 思考: 1、为什么要学习MESI协议? 哪里用到了?你确定真的用到了? 2、MESI只是一个协议,总得依赖一个硬件去执行该协议吧&#xff0c…

电商技术揭秘一:电商架构设计与核心技术

文章目录 引言一、电商平台架构概述1.1 架构设计原则与架构类型选择1.2 传统电商平台架构与现代化架构趋势分析 二、高并发处理与负载均衡2.1 高并发访问特点分析与挑战2.2 负载均衡原理与算法选择 三、分布式数据库与缓存技术3.1 分布式数据库设计与一致性考量3.2 缓存策略与缓…

C++实现二叉搜索树的增删查改(非递归玩法)

文章目录 一、二叉搜索树的概念结构和时间复杂度二、二叉搜索树的插入三、二叉搜索树的查找四、二叉搜索树的删除(最麻烦,情况最多,一一分析)3.1首先我们按照一般情况下写,不考虑特殊情况下4.1.1左为空的情况&#xff…

分享:搭建企微知识库简单易学步骤

说起企微知识库,可能有些人还不太清楚,为什么现在很懂企业选择搭建企微知识库?其实,企微知识库就是一个装满了企业的各种知识、经验和资料的载体。目的是为了方便员工随时查找和学习、有助于知识的传承和共享、加强团队协作和沟通…

自然语言处理: 第二十一章大模型基底之llama2

文章地址: LLaMA:OpenandEfficient Foundation Language Models 项目地址: meta-llama/llama: Inference code for Llama models (github.com) 前言 在LLaMa1的基础之上有兴趣的可以看看我上一篇博客自然语言处理: 第二十一章大模型基底之llama1。Meta 又继续推出了LLaMa2&a…

windows安装OpenUSD

一、下载OpenUSD git clone https://github.com/PixarAnimationStudios/OpenUSDOpenUSD,原名USD(Universal Scene Description,通用场景描述),是由皮克斯动画工作室开发的一种开放数据格式。OpenUSD主要用于在虚拟世界…

AI论文速读 |【综述】 时序分析基础模型:教程与综述

论文标题:Foundation Models for Time Series Analysis: A Tutorial and Survey 作者: Yuxuan Liang(梁宇轩), Haomin Wen(温浩珉), Yuqi Nie(PatchTST一作), Yushan Jiang, Ming J…

机器学习全攻略:概念、流程、分类与行业应用案例集锦

目录 1.引言 2.从零开始认识机器学习:基本概念与重要术语 3.五步走:掌握机器学习项目执行的完整流程 3.1.问题定义与数据收集 3.2.数据预处理与特征工程 3.3.模型选择与训练 3.4.模型评估与优化 3.5.模型部署与监控 4.深入了解各类机器学习方法…

计算机网络—TCP协议详解:特性、应用(2)

🎬慕斯主页:修仙—别有洞天 ♈️今日夜电波:マリンブルーの庭園—ずっと真夜中でいいのに。 0:34━━━━━━️💟──────── 3:34 🔄 ◀️…