intended/correct 处理中断和使用 WFI risc-v cpu 指令的方法是什么？

Question

我是裸机编程的新手，以前从未对中断感到厌烦，但我一直在 RISC-V FE310-G002 SOC 供电的开发板上学习。

我一直在阅读有关 RISC-V WFI（等待中断）指令和手册，听起来您不能依靠它来真正让核心休眠。相反，它只是建议可以暂停系统的执行，并且该指令应该更像 NOP 一样对待。但是，这对我来说似乎毫无用处。考虑以下 ASM 程序片段：

wfi_loop:
WFI
J wfi_loop

必须这样做，因为不能依赖 WFI。但是，在中断处理程序发出 MRET 时，您仍然会陷入循环。所以你必须让它成为一个全局变量的条件，该变量的值在中断处理程序中更新。这看起来很乱。

此外，如果您的实现确实遵循 WFI 指令并且在执行 WFI 指令之前触发了中断，则整个内核将停止，直到触发其他中断，因为它将 return 在 WFI 指令之前。

当没有工作要做时，似乎该指令的唯一正确用法是在内核调度程序内部。但即便如此，我认为您也不会想要从中断处理程序 return 进入此类代码，而是从头开始重新启动调度程序算法。但这也会成为一个问题，因为您将不得不以某种方式回滚堆栈等....

我脑子里一直在想这个，但我似乎想不出一个安全的用法。也许，如果您以原子方式，使用 CSRRS 启用中断，然后立即像这样调用 WFI：

CSRRSI zero, mie, 0x80
wfi_loop:
WFI
J wfi_loop
NOP
NOP

然后确保在从中断处理程序调用 MRET 之前将 mepc 寄存器递增 8 个字节。在 returning 之前，还必须在中断处理程序内部的 mie 寄存器中再次禁用中断。该解决方案只有在 WFI、J 和 NOP 都被编码为 4 字节指令时才是安全的，无论是否使用压缩指令。它还取决于程序计数器在被 CSRRSI 指令启用后可能触发中断之前达到 WFI 指令。然后，这将允许在代码中的安全位置触发中断，并以中断等待它的循环的方式return。

我想我只是想了解我可以从硬件中得到什么行为，因此，如何正确地从中断中调用和 return 并使用 WFI 指令？

Answer 1

So you would have to make it conditional against a global variable whose value is updated in the interrupt handler.

无论 wfi 的实现如何，你都必须这样做，因为你不知道是什么事件导致了哈特醒来。
您可能在执行 wfi 时启用了 n 个中断，并且可能已引发其中任何一个中断。

wfi 是一个优化，它会在发生某些事情之前节省电量。正如您所指出的，OS 调度程序可能会发现自己处于没有线程可调度的状态（例如，它们都在等待 IO 或者只是有 none），在这种情况下它必须做类似的事情（所有必要的可见性和原子性语义）：

while ( ! is_there_a_schedulable_thread());

那只是等待。
但是调度程序可以使用：

而不是旋转一个紧密的循环（这可能会损害性能和功率）

while ( ! is_there_a_schedulable_thread())
{
  __wfi();
}

在最坏的情况下，它就像紧密循环一样，在最好的情况下，它会暂停 hart 直到发生外部中断（这意味着可能已完成 IO，因此线程可能会空闲运行）。

即使在没有线程的情况下，每 x 微秒唤醒一次（由于定时器中断）也比浪费功率循环要好。

wfi 如果您碰巧在中断处理程序上进行了所有工作（例如，当按下按钮或类似操作时），那么对于嵌入式编程也很有用。
在这种情况下，main 函数将永远循环，就像调度程序一样，但没有退出条件。
wfi 指令将大大提高电池寿命。

你不能在任何地方使用 wfi，否则你可能会发现自己正在等待一个从未发生过的中断（事实上，这是一个特权指令）。

将其视为与硬件协调的优化。

特别是，它并不是设计为确保触发中断的方法：

void wait_for_int(int int_num)
{
   //Leave only interrupt int_num enabled
   enable_only_int(int_num);
   __wfi();
   restore_interrupts();
}

如果 RISC-V 的特定实现，它可以这样使用，但正如您从 pseudo-code 中看到的那样，它并不是那么方便。
禁用除一个中断之外的所有中断通常是 OS 无法承受的。
不过，嵌入式应用程序可以。

Answer 2

应该有一个 task/thread/process 用于空闲，它应该看起来像您的第一段代码。

由于空闲线程设置为具有最低优先级，如果空闲线程是运行ning，这意味着没有其他线程可以运行或者所有其他线程都是已屏蔽。

当中断发生并解除对其他线程的阻塞时，中断服务例程应该恢复被阻塞的线程而不是被中断的空闲线程。

请注意，在 IO 上阻塞的线程本身也会被中断 — 它通过自己使用 ecall 被中断。该异常是对 IO 的请求并导致此线程阻塞 — 在 IO 请求得到满足之前无法恢复。

因此，在 IO 上阻塞的线程就像被中断一样被挂起 — 时钟中断或 IO 中断能够恢复与立即被中断的进程不同的进程，这将发生在空闲进程正在运行ning 并且进程正在等待的某些事件发生的情况。

我所做的是使用 scratch csr 指向当前运行ning process/thread 的上下文块。在中断时，我保存了（开始）服务中断所需的最少数量的寄存器。如果中断导致其他 process/thread 变为运行able，那么当从中断中恢复时，我会检查进程优先级，并且可能会选择上下文切换而不是恢复被中断的任何内容。如果我恢复被打断的东西，那是快速恢复。为了切换上下文，我完成了保存中断线程的 CPU 上下文，然后恢复另一个 process/thread，切换 scratch 寄存器。

（对于嵌套中断，我不允许在恢复时进行上下文切换，但在保存当前上下文后的中断中，我确实将 scratch csr 设置为 [=34 之前的上下文块中断堆栈=] 更高优先级的中断。此外，作为一个非常小的优化，我们可以假设自定义写入的空闲线程除了它的 pc saved/restored 之外不需要任何东西。）

intended/correct 处理中断和使用 WFI risc-v cpu 指令的方法是什么？

What is intended/correct way to handle interrupts and use the WFI risc-v cpu instruction?

assembly

interrupt

interrupt-handling

riscv

riscv32