RISC-V架构——物理内存保护机制设置函数（pmp_set、pmp_get）解析

1、物理内存保护机制

参考博客：《RISC-V架构——物理内存属性和物理内存保护》；

2、pmp_set函数源码

int pmp_set(unsigned int n, unsigned long prot, unsigned long addr,
	    unsigned long log2len)
{
	int pmpcfg_csr, pmpcfg_shift, pmpaddr_csr;
	unsigned long cfgmask, pmpcfg;
	unsigned long addrmask, pmpaddr;

	/* check parameters */
	if (n >= PMP_COUNT || log2len > __riscv_xlen || log2len < PMP_SHIFT)
		return SBI_EINVAL;

	/* 计算配置项所在pmpcfg是哪一个，已经配置项在pmpcfg中的偏移量 */
#if __riscv_xlen == 32
	pmpcfg_csr   = CSR_PMPCFG0 + (n >> 2);
	pmpcfg_shift = (n & 3) << 3;
#elif __riscv_xlen == 64
	pmpcfg_csr   = (CSR_PMPCFG0 + (n >> 2)) & ~1;
	pmpcfg_shift = (n & 7) << 3;
#else
# error "Unexpected __riscv_xlen"
#endif
	pmpaddr_csr = CSR_PMPADDR0 + n;

	//清除配置项里地址匹配模式
	prot &= ~PMP_A;	
	//如果是要设置的物理内存是4个字节则用NA4模式，否则用NAPOT模式
	prot |= (log2len == PMP_SHIFT) ? PMP_A_NA4 : PMP_A_NAPOT;	
	cfgmask = ~(0xffUL << pmpcfg_shift);
	//读取出对于pmpcfg寄存器的值，并且将对应表项清零
	pmpcfg	= (csr_read_num(pmpcfg_csr) & cfgmask);
	//设置对应表项
	pmpcfg |= ((prot << pmpcfg_shift) & ~cfgmask);

	/* 配置pmp地址寄存器，如果要设置的物理地址范围是4字节 */
	if (log2len == PMP_SHIFT) {	
		pmpaddr = (addr >> PMP_SHIFT);
	} else {	
		if (log2len == __riscv_xlen) {	//__riscv_xlen是寄存器的位宽，相等则是要设置整个物理地址空间
			pmpaddr = -1UL;
		} else {
			addrmask = (1UL << (log2len - PMP_SHIFT)) - 1;	
			pmpaddr	 = ((addr >> PMP_SHIFT) & ~addrmask); //将要设置的物理地址范围左移2位，然后低（log2len - 2）位清0
			pmpaddr |= (addrmask >> 1);	//设置pmp地址寄存器，此时pmpaddr寄存器的值，最低位开始有（log2len - 3）个1
		}
	}

	/* 设置pmp表项和pmp地址寄存器 */
	csr_write_num(pmpaddr_csr, pmpaddr);
	csr_write_num(pmpcfg_csr, pmpcfg);

	return 0;
}

3、pmp_set函数分析

3.1、函数传参分析

3.2、pmp配置表项设置

3.3、pmp地址寄存器的值计算

4、pmp_get函数源码

int pmp_get(unsigned int n, unsigned long *prot_out, unsigned long *addr_out,
	    unsigned long *log2len)
{
	int pmpcfg_csr, pmpcfg_shift, pmpaddr_csr;
	unsigned long cfgmask, pmpcfg, prot;
	unsigned long t1, addr, len;

	/* check parameters */
	if (n >= PMP_COUNT || !prot_out || !addr_out || !log2len)
		return SBI_EINVAL;
	*prot_out = *addr_out = *log2len = 0;

	/* calculate PMP register and offset */
#if __riscv_xlen == 32
	pmpcfg_csr   = CSR_PMPCFG0 + (n >> 2);
	pmpcfg_shift = (n & 3) << 3;
#elif __riscv_xlen == 64
	pmpcfg_csr   = (CSR_PMPCFG0 + (n >> 2)) & ~1;
	pmpcfg_shift = (n & 7) << 3;
#else
# error "Unexpected __riscv_xlen"
#endif
	pmpaddr_csr = CSR_PMPADDR0 + n;

	/* decode PMP config */
	cfgmask = (0xffUL << pmpcfg_shift);
	pmpcfg	= csr_read_num(pmpcfg_csr) & cfgmask;
	prot	= pmpcfg >> pmpcfg_shift;

	/* decode PMP address */
	if ((prot & PMP_A) == PMP_A_NAPOT) {
		addr = csr_read_num(pmpaddr_csr);
		if (addr == -1UL) {
			addr	= 0;
			len	= __riscv_xlen;
		} else {
			t1	= ctz(~addr);
			addr	= (addr & ~((1UL << t1) - 1)) << PMP_SHIFT;
			len	= (t1 + PMP_SHIFT + 1);
		}
	} else {
		addr	= csr_read_num(pmpaddr_csr) << PMP_SHIFT;
		len	= PMP_SHIFT;
	}

	/* return details */
	*prot_out    = prot;
	*addr_out    = addr;
	*log2len     = len;

	return 0;
}

pmp_get函数就是pmp_set函数的逆过程，解析出当前设置过哪些物理地址范围保护；

注意事项

pmp_set函数和pmp_get函数时摘抄自opensbi，还严格按照RISC-V规范编写的，但实际芯片在设计时并不会严格按照RISC-V规定的物理内存保护机制去设计，上面的代码移植到特定芯片平台时可能是要经过适配才行。就我遇到的情况，平头哥的玄铁C906就不能直接使用上面的函数来设置和获取物理内存保护。