1.8 例外情况

04-例外情况 — Comprehensive Rust

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译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/bare-metal/aps/exceptions.html

1.8 例外情况

AArch64定义了一个异常向量表，有16个条目，分别对应4种类型 4 种状态的异常（同步、IRQ、FIQ、SError）（当前 EL 带有 SP0、 当前 EL 使用 SPx，较低 EL 使用 AArch64，较低 EL 使用 AArch32）。我们 在汇编中实现此功能以将易失性寄存器保存到堆栈中 调用 Rust 代码：

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// Copyright 2023 Google LLC
// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
use log::error;
use smccc::Hvc;
use smccc::psci::system_off;

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn sync_current(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("sync_current");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn irq_current(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("irq_current");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn fiq_current(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("fiq_current");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn serror_current(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("serror_current");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn sync_lower(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("sync_lower");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn irq_lower(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("irq_lower");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn fiq_lower(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("fiq_lower");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn serror_lower(_elr: u64, _spsr: u64) {
    error!("serror_lower");
    system_off::<Hvc>().unwrap();
}
  • EL是例外级别；今天下午我们所有的例子都在 EL1 中运行。
  • 为简单起见，我们不区分当前 EL 的 SP0 和 SPx 异常，或者在 AArch32 和 AArch64 之间（对于较低的 EL 异常）。
  • 对于这个例子，我们只是记录异常并断电，正如我们所预料的那样 其中任何一个都会真正发生。
  • 我们或多或少可以想到异常处理程序和我们的主执行上下文 就像不同的线程一样。 Send和Sync 将控制我们可以分享的内容 它们之间，就像线程一样。例如，如果我们想分享一些 异常处理程序和程序其余部分之间的值，它是Send但不是Sync，然后我们需要将它包裹在类似Mutex并把 它处于静态。

异常向量的汇编代码：

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/**
 * 将易失性寄存器保存到堆栈上。目前这需要
 * 14条指令，因此可以用在18条异常处理程序中
 * 留下指示。
 *
 * 返回时，x0 和 x1 被初始化为 elr_el2 和 spsr_el2
 * 分别可以用作第一个和第二个参数
 * 后续呼叫的。
 */
.macro save_volatile_to_stack
	/* 保留堆栈空间并保存寄存器 x0-x18、x29 和 x30。 */
	stp x0, x1, [sp, #-(8 * 24)]!
	stp x2, x3, [sp, #8 * 2]
	stp x4, x5, [sp, #8 * 4]
	stp x6, x7, [sp, #8 * 6]
	stp x8, x9, [sp, #8 * 8]
	stp x10, x11, [sp, #8 * 10]
	stp x12, x13, [sp, #8 * 12]
	stp x14, x15, [sp, #8 * 14]
	stp x16, x17, [sp, #8 * 16]
	str x18, [sp, #8 * 18]
	stp x29, x30, [sp, #8 * 20]

	/*
	 * 保存 elr_el1 和 spsr_el1。这样我们就可以嵌套
	 * 例外，但仍然可以放松。
	 */
	mrs x0, elr_el1
	mrs x1, spsr_el1
	stp x0, x1, [sp, #8 * 22]
.endm

/**
 * 从堆栈中恢复易失性寄存器。目前这个
 * 需要 14 条指令，因此可以在异常处理程序中使用
 * 同时还剩下 18 条指令；如果搭配
 * save_volatile_to_stack，还有4条指令可供使用。
 */
.macro restore_volatile_from_stack
	/* 恢复寄存器 x2-x18、x29 和 x30。 */
	ldp x2, x3, [sp, #8 * 2]
	ldp x4, x5, [sp, #8 * 4]
	ldp x6, x7, [sp, #8 * 6]
	ldp x8, x9, [sp, #8 * 8]
	ldp x10, x11, [sp, #8 * 10]
	ldp x12, x13, [sp, #8 * 12]
	ldp x14, x15, [sp, #8 * 14]
	ldp x16, x17, [sp, #8 * 16]
	ldr x18, [sp, #8 * 18]
	ldp x29, x30, [sp, #8 * 20]

	/*
	 * 恢复寄存器 elr_el1 和 spsr_el1，使用 x0 和 x1 作为暂存。
	 */
	ldp x0, x1, [sp, #8 * 22]
	msr elr_el1, x0
	msr spsr_el1, x1

	/* 恢复x0和x1，并释放堆栈空间。 */
	ldp x0, x1, [sp], #8 * 24
.endm

/**
 * 这是当前 EL 发生的异常的通用处理程序。它节省了
 * 易失性寄存器到堆栈，调用 Rust 处理程序，恢复易失性
 * 注册，然后返回。
 *
 * 如果我们不关心的话，这也适用于从较低 EL 获取的异常
 * 非易失性寄存器。
 *
 * 保存状态并跳转到 Rust 处理程序需要 15 条指令，并且
 * 恢复和返回也需要15条指令，所以我们可以拟合整个
 * 处理程序的指令数量为 30 条，低于 32 条的限制。
 */
.macro current_exception handler:req
	save_volatile_to_stack
	bl \handler
	restore_volatile_from_stack
	eret
.endm

.section .text.vector_table_el1, "ax"
.global vector_table_el1
.balign 0x800
vector_table_el1:
sync_cur_sp0:
	current_exception sync_current

.balign 0x80
irq_cur_sp0:
	current_exception irq_current

.balign 0x80
fiq_cur_sp0:
	current_exception fiq_current

.balign 0x80
serr_cur_sp0:
	current_exception serror_current

.balign 0x80
sync_cur_spx:
	current_exception sync_current

.balign 0x80
irq_cur_spx:
	current_exception irq_current

.balign 0x80
fiq_cur_spx:
	current_exception fiq_current

.balign 0x80
serr_cur_spx:
	current_exception serror_current

.balign 0x80
sync_lower_64:
	current_exception sync_lower

.balign 0x80
irq_lower_64:
	current_exception irq_lower

.balign 0x80
fiq_lower_64:
	current_exception fiq_lower

.balign 0x80
serr_lower_64:
	current_exception serror_lower

.balign 0x80
sync_lower_32:
	current_exception sync_lower

.balign 0x80
irq_lower_32:
	current_exception irq_lower

.balign 0x80
fiq_lower_32:
	current_exception fiq_lower

.balign 0x80
serr_lower_32:
	current_exception serror_lower
最后修改 August 11, 2026: 更新 (70a5af133)