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RISC-V SBI 概述

Groot 创作于 2024/01/05

Corrector: TinyCorrect v0.2-rc1 - [spaces tables autocorrect] Author: groot gr00t@foxmail.com Date: 2023/06/12 Revisor: Falcon falcon@tinylab.org Project: RISC-V Linux 内核剖析 Proposal: RISC-V Linux 内核 SBI 调用技术分析 Sponsor: PLCT Lab, ISCAS

前言

当今计算机体系结构中,RISC-V 架构无疑成为了备受关注的新星,在国内外的学界和工业领域都有着广泛的应用与研究。而其中的 Supervisor Binary Interface (SBI) 作为 RISC-V 执行环境接口(Execute Environment Interface, EEI)之一,为 RISC-V 架构在操作系统内核等方面的应用提供了重要的技术支持。

本文首先介绍了 SBI 的概念、作用和实现方法,重点分析了在 OpenSBI 的事件调用过程和 Linux 下层 SBI Implementation 如果进行交互。旨在帮助读者理解 SBI 在 RISC-V 架构中的重要地位及其中的实现细节,提高 RISC-V 应用开发者的技术水平和实践能力。

软件版本信息

软件版本
Linuxv6.4-rc5
Opensbiv1.2
QEMU8.0.2

RISCV-V SBI

什么是 SBI?

SBI 全称 Supervisor Binary Interface,是 RISC-V 执行环境接口(Execute Environment Interface, EEI)之一,目的是使处于 Supervisor-mode (S-mode 或者 VS-mode) 的程序能够很方便地移植到实现不同扩展指令集的 RISC-V 架构的处理器上。提供 SBI 接口给监管模式软件的更高特权软件被称为 SBI 实现或监管执行环境(Supervisor Execution Environment, SEE)。

为什么要有 SBI

sbi

如果没有 SBI(如上图右侧),针对实现的扩展指令集不同的 RISC-V 微架构,可能要采用不同的方式才能够使操作系统内核触发 M-mode 的动作。而有了 SBI 之后,只要在扩展指令集不同的 RISC-V 微架构中实现统一的向上的 SBI 接口,上层的操作系统就可以不再关注具体的微架构细节,而是专注实现 SBI 接口提供的功能即可,大大提升了处于 Supervisor-mode 的程序的可移植性。 这其实就是计算机中的一个很重要的哲学——抽象。通过将底层的具体实现屏蔽,向上提供统一的接口,使上层应用不需关注过多底层细节,大大简化了程序的开发难度。 通俗地,我们将 SBI 比作手机充电器接口。曾经市场上可能有非常多种类的充电器接口,如果 A 的手机接口和 B 的手机接口不一样,那么他们没办法互相使用对方的充电器,但是如果我们将充电器接口全部统一为 type-c 接口,这种尴尬的场景就不会再发生了,大大的方便了用户。

SBI 的作用

sbi2

SBI 的第一个作用我们开头已经讲过了(图一左)。 除此之外,如上图所示,SBI 也可能在 Hypervisor-mode(HS-mode)下作为虚拟机管理程序实现。 从更高一级的特权模式来看,SBI Implementation 为 supervisor-mode 软件分配物理执行单元(HARTs)。 因此,从 SBI Implementation 的角度来看,S-mode 的 HART 被称为虚拟 HART(图一)。而如果实现是一个虚拟机管理程序(图二),那么虚拟 HART 则表示 VS-mode 的虚拟 HART。

SBI Spec

如何获取 SBI Spec

SBI Specification 由 RISC-V 基金会发布,每更新一个版本基金会就会更新 GitHub 仓库,下面附上该仓库链接,进入仓库后开发者即可获取最新的 SBI Specification。

riscv-sbi-doc

目前来看,SBI Specification 的发布周期并不固定,不过基本能够保持一年以内更新一个稳定版本。每次要更新新的版本之前,基金会都会推出 rc (Release Candidate) 版本,开发者可以与基金会联系提出自己的意见和建议,最终形成稳定版本。

SBI 版本变更概览

下面对 SBI 的历史版本变更做一个总结:

Version 2.0-rc1
  • 添加了共享内存物理地址范围参数的通用描述
  • 添加了 SBI 调试控制台扩展 (debug console extension)
  • 放宽了 SBI PMU 固件计数器的计数位宽要求
  • 在 SBI PMU 扩展中添加了 sbi_pmu_counter_fw_read_hi() 函数
  • 为 SBI 实现特定的 firmware events 保留了空间
  • 添加了 SBI 系统暂停扩展 (system suspend extension)
  • 添加了 SBI CPPC 扩展 (CPPC extension)
  • 明确了只有定义发现已实现的 SBI 函数机制的 SBI 扩展才能部分实现的规定
  • 添加了错误代码 SBI_ERR_NO_SHMEM
  • 添加了 SBI 嵌套加速扩展 (nested acceleration extension)
  • 添加了虚拟 HART 的通用描述
  • 添加了 SBI 偷取时间核算扩展 (steal-time accounting extension)
  • 添加了 SBI PMU 快照扩展 (PMU snapshot extension)
Version 1.0
  • 改进了 SBI 文档 Introduction 部分
  • 删除了所有对 RV32 的引用
  • 更新了调用规约
  • 添加了一个缩写词表
Version 0.3
  • 改进文档样式和命名规范
  • 增加了 SBI 系统重置扩展 (system reset extension)
  • 改进了 SBI 文档 Introduction 部分
  • 改进了 SBI hart 状态管理扩展(hart state management extension)的文档说明
  • 添加了 SBI hart 状态管理扩展(hart state management extension)的暂停(suspend)功能
  • 添加了性能监控单元扩展 (performance monitoring unit extension)
  • 定义了 SBI 扩展不能部分实现的规定
Version 0.2
  • 完整的 SBI v0.1 已经被移至遗留扩展,现在成为可选扩展。从技术上讲,这是一项向后不兼容的更改,因为遗留扩展变为了可选选项

注:总结日期截至到 2023/06/15,Version 2.0 还未正式发布。

SBI 版本对应扩展

扩展、版本0.20.31.02.0-rc1
Legacy
Base 
Timer 
IPI 
RFENCE 
HSM 
System Reset 
PMU 
Debug Console   
System Suspend   
CPPC   
Steal-time Accounting   
Nested Acceleration   
Experimental 
Vendor-Specific 
Firmware Specific 

SBI Implementations

理论上说,因为 SBI Spec 是开源的,只要能够按照 Spec 说明实现其功能就可以称为 SBI Implementation。 不过当前经过 RISC-V 官方认证的 Implementation 有如下几个:

Implementation IDNameUpdate
0Berkeley Boot Loader (BBL)Nov 1, 2020
1OpenSBIJun 14, 2023
2XvisorDec 23, 2022
3KVMApr 21, 2023
4RustSBIMay 23, 2023
5DiosixMay 8, 2021
6CofferMar 3, 2022
7Xen Project 

注:Xen Project 仅在 SBI Impelementation 中申请了占位,目前并没有实际支持

OpenSBI 固件代码分析

什么是 OpenSBI

OpenSBI 是 RISC-V SBI Spec 的一个 C 语言参考实现。它由 Western Digital 公司发起,并且在 2019 年开放了源代码。

编译 OpenSBI

这里已经默认用户安装好 QEMU 和 U-Boot,如果遇到困难,请参考泰晓社区的相关文档:https://tinylab.org/riscv-linux

  1. 下载 OpenSBI 源码
git clone https://github.com/riscv-software-src/opensbi.git
  1. 进入 OpenSBI 文件夹
cd opensbi
  1. 新建文件夹并进入
mkdir build
cd build
  1. 编译
make -C $(pwd)/.. PLATFORM=generic CROSS_COMPILE=riscv64-Linux-gnu- FW_PAYLOAD_PATH=path/to/u-boot.bin

启动 OpenSBI

  1. qemu-opensbi 文件夹中执行下面的命令
qemu-system-riscv64 -M virt -m 256 -nographic -bios build/platform/generic/firmware/fw_payload.elf
  1. 显示输出

alt img

此时,OpenSBI 成功启动,并且引导进了 U-Boot。

OpenSBI 源码分析

我们以一个 Base Extension 中获取硬件厂商 ID 信息的函数 sbi_get_mvendorid() 为例,分析它被调用的过程。

OpenSBI 异常处理程序

首先是异常处理程序的入口定义,也就是 mtvec 的设置,下面的代码将 mtvec 设置为 _trap_handler

// opensbi/firmware/fw_base.S: 493

/* Setup trap handler */
lla	a4, _trap_handler
csrw	CSR_MTVEC, a4

这样就设置好了异常处理程序入口,如果在系统的执行过程中遇见了异常、中断或系统调用,硬件会自动找到 _trap_handler 所在的地址:

// opensbi/firmware/fw_base.S: 765

_trap_handler:
	TRAP_SAVE_AND_SETUP_SP_T0

	TRAP_SAVE_MEPC_MSTATUS 0

	TRAP_SAVE_GENERAL_REGS_EXCEPT_SP_T0

	TRAP_CALL_C_ROUTINE

_trap_exit:
	TRAP_RESTORE_GENERAL_REGS_EXCEPT_A0_T0

	TRAP_RESTORE_MEPC_MSTATUS 0

	TRAP_RESTORE_A0_T0

	mret

TRAP_CALL_C_ROUTINE 之前和之后的宏是状态保存与恢复,TRAP_CALL_C_ROUTINE 是真正的异常处理程序。

// opensbi/firmware/fw_base.S: 702

.macro	TRAP_CALL_C_ROUTINE
	/* Call C routine */
	add	a0, sp, zero
	call	sbi_trap_handler
.endm

然后我们发现最终调用了 sbi_trap_handler 函数处理异常。

OpenSBI ecall 过程分析

书接上段,进入 sbi_trap_handler() 之后,找到里面关于处理 ecall 指令的部分:

// opensbi/lib/sbi/sbi_trap.c: 303

case CAUSE_SUPERVISOR_ECALL:
case CAUSE_MACHINE_ECALL:
	rc  = sbi_ecall_handler(regs);
	msg = "ecall handler failed";
	break;

然后进入 sbi_trap_handler(),其中的 sbi_ecall_find_extension() 会检查该扩展是否被支持,如果被支持就调用之前注册好的回调函数进行处理,如果不被支持返回 SBI_ENOTSUPP (SBI_ERR_NOT_SUPPORTED)。

// opensbi/lib/sbi/sbi_ecall.c: 108

	ext = sbi_ecall_find_extension(extension_id);
	if (ext && ext->handle) {
		ret = ext->handle(extension_id, func_id,
				  regs, &out_val, &trap);
		if (extension_id >= SBI_EXT_0_1_SET_TIMER &&
		    extension_id <= SBI_EXT_0_1_SHUTDOWN)
			is_0_1_spec = 1;
	} else {
		ret = SBI_ENOTSUPP;
	}

OpenSBI 扩展初始化简要分析

在 fw_xxx.S 中,会调用 sbi_init 进行 OpenSBI 的初始化:

// opensbi/firmware/fw_base.S: 519

    /* Initialize SBI runtime */
    call  sbi_init

之后进入 lib/sbi/sbi_init.csbi_init () 函数进行一系列检查后开始初始化各个扩展:

// opensbi/lib/sbi/sbi_init.c: 264

    rc = sbi_xxx_init(scratch, true);
	if (rc) {
		sbi_printf("%s: xxx init failed (error %d)\n",
			   __func__, rc);
		sbi_hart_hang();
	}

最后向 sbi_ecall_exts 列表中注册各个扩展,完成初始化。

通过该函数的一系列操作,成功初始化 OpenSBI 之后,我们就可以调用 OpenSBI 提供的函数了。

OpenSBI 事件调用过程

现在我们假设 Linux Kernel 向 OpenSBI 发送了一个 ecall 指令,该指令的 extsbi_get_mvendorid() 所在扩展的 id,也就是 0x10。这时 OpenSBI 自动跳入异常处理程序,之后的处理过程前面已经讲解过了,这里不再赘述。

我们这里来讲讲之后的事情,在 ret = ext->handle(extension_id, func_id,regs, &out_val, &trap); 的过程中,会调用对应 ext 和 fid 的函数,我们这里是 lib/sbi/sbi_ecall_base.c 中的 sbi_ecall_base_handler

// opensbi/lib/sbi/sbi_ecall_base.c: 56

case SBI_EXT_BASE_GET_MVENDORID:
	*out_val = csr_read(CSR_MVENDORID);
	break;

直接读取 Machine Information Registers 中的值,得到 mvendorid

整个处理流程结束,逐级向上返回结果,然后由 a1 寄存器带回 mvendorid

OpenSBI 如何兼容不同 SBI 版本

SBI Spec 的设计中贯彻了 RISC-V 的设计哲学——模块化扩展:

  1. SBI Implementation 向 S-mode 提供的事件以 SBI 扩展为基本单位,如果想在 SBI Implementation 中实现某个事件,就必须实现该服务所在扩展的所有事件。
  2. 与 RISC-V Spec 一样,如果一个新的 SBI Spec 正式版本发布,那么该版本中定义的新扩展将会固定下来,不可以再进行更改。

因为每一版 OpenSBI 都会实现 SBI Spec 中所规定的所有扩展,也就是说新版的 OpenSBI 一定会兼容之前版本的 OpenSBI。

同时 OpenSBI 会在 include 文件中定义支持的扩展与事件:

// opensbi/include/sbi/sbi_ecall_interface.h: 15

/* SBI Extension IDs */
#define SBI_EXT_0_1_SET_TIMER			0x0
#define SBI_EXT_0_1_CONSOLE_PUTCHAR		0x1
#define SBI_EXT_0_1_CONSOLE_GETCHAR		0x2
#define SBI_EXT_0_1_CLEAR_IPI			0x3
#define SBI_EXT_0_1_SEND_IPI			0x4
#define SBI_EXT_0_1_REMOTE_FENCE_I		0x5
#define SBI_EXT_0_1_REMOTE_SFENCE_VMA		0x6
#define SBI_EXT_0_1_REMOTE_SFENCE_VMA_ASID	0x7
#define SBI_EXT_0_1_SHUTDOWN			0x8
#define SBI_EXT_BASE				0x10
#define SBI_EXT_TIME				0x54494D45
#define SBI_EXT_IPI				0x735049
#define SBI_EXT_RFENCE				0x52464E43
#define SBI_EXT_HSM				0x48534D
#define SBI_EXT_SRST				0x53525354
#define SBI_EXT_PMU				0x504D55
#define SBI_EXT_DBCN				0x4442434E
#define SBI_EXT_SUSP				0x53555350
#define SBI_EXT_CPPC				0x43505043

/* SBI function IDs for BASE extension */
#define SBI_EXT_BASE_GET_SPEC_VERSION		0x0
#define SBI_EXT_BASE_GET_IMP_ID			0x1
#define SBI_EXT_BASE_GET_IMP_VERSION		0x2
#define SBI_EXT_BASE_PROBE_EXT			0x3
#define SBI_EXT_BASE_GET_MVENDORID		0x4
#define SBI_EXT_BASE_GET_MARCHID		0x5
#define SBI_EXT_BASE_GET_MIMPID			0x6

/* SBI function IDs for TIME extension */
#define SBI_EXT_TIME_SET_TIMER			0x0

/* SBI function IDs for IPI extension */
#define SBI_EXT_IPI_SEND_IPI			0x0

/* SBI function IDs for RFENCE extension */
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_FENCE_I		0x0
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_SFENCE_VMA	0x1
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_SFENCE_VMA_ASID	0x2
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_HFENCE_GVMA_VMID	0x3
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_HFENCE_GVMA	0x4
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_HFENCE_VVMA_ASID	0x5
#define SBI_EXT_RFENCE_REMOTE_HFENCE_VVMA	0x6

/* SBI function IDs for HSM extension */
#define SBI_EXT_HSM_HART_START			0x0
#define SBI_EXT_HSM_HART_STOP			0x1
#define SBI_EXT_HSM_HART_GET_STATUS		0x2
#define SBI_EXT_HSM_HART_SUSPEND		0x3

#define SBI_HSM_STATE_STARTED			0x0
#define SBI_HSM_STATE_STOPPED			0x1
#define SBI_HSM_STATE_START_PENDING		0x2
#define SBI_HSM_STATE_STOP_PENDING		0x3
#define SBI_HSM_STATE_SUSPENDED			0x4
#define SBI_HSM_STATE_SUSPEND_PENDING		0x5
#define SBI_HSM_STATE_RESUME_PENDING		0x6

#define SBI_HSM_SUSP_BASE_MASK			0x7fffffff
#define SBI_HSM_SUSP_NON_RET_BIT		0x80000000
#define SBI_HSM_SUSP_PLAT_BASE			0x10000000

#define SBI_HSM_SUSPEND_RET_DEFAULT		0x00000000
#define SBI_HSM_SUSPEND_RET_PLATFORM		SBI_HSM_SUSP_PLAT_BASE
#define SBI_HSM_SUSPEND_RET_LAST		SBI_HSM_SUSP_BASE_MASK
#define SBI_HSM_SUSPEND_NON_RET_DEFAULT		SBI_HSM_SUSP_NON_RET_BIT
#define SBI_HSM_SUSPEND_NON_RET_PLATFORM	(SBI_HSM_SUSP_NON_RET_BIT | \
						 SBI_HSM_SUSP_PLAT_BASE)
#define SBI_HSM_SUSPEND_NON_RET_LAST		(SBI_HSM_SUSP_NON_RET_BIT | \
						 SBI_HSM_SUSP_BASE_MASK)

/* SBI function IDs for SRST extension */
#define SBI_EXT_SRST_RESET			0x0

#define SBI_SRST_RESET_TYPE_SHUTDOWN		0x0
#define SBI_SRST_RESET_TYPE_COLD_REBOOT	0x1
#define SBI_SRST_RESET_TYPE_WARM_REBOOT	0x2
#define SBI_SRST_RESET_TYPE_LAST	SBI_SRST_RESET_TYPE_WARM_REBOOT

#define SBI_SRST_RESET_REASON_NONE	0x0
#define SBI_SRST_RESET_REASON_SYSFAIL	0x1

/* SBI function IDs for PMU extension */
#define SBI_EXT_PMU_NUM_COUNTERS	0x0
#define SBI_EXT_PMU_COUNTER_GET_INFO	0x1
#define SBI_EXT_PMU_COUNTER_CFG_MATCH	0x2
#define SBI_EXT_PMU_COUNTER_START	0x3
#define SBI_EXT_PMU_COUNTER_STOP	0x4
#define SBI_EXT_PMU_COUNTER_FW_READ	0x5
#define SBI_EXT_PMU_COUNTER_FW_READ_HI	0x6

如果不被支持,OpenSBI 会返回该扩展不被支持的错误代码,告诉上层该扩展不被支持。

Linux Kernel SBI 代码分析

下面分析 Linux (v6.4-rc5) 源码中的 SBI 代码:

ecall 指令

ecall 指令用于向执行环境发出请求,在不同的特权等级中执行 ecall 指令有不同的效果:在 User-mode 中会引发 environment-call-from-U-mode 异常,在 Supervisor-mode 中会引发 environment-call-from-S-mode 异常,而在 Machine-mode 中会引发 environment-call-from-M-mode 异常。

Linux 内核 SBI 代码

ecall 指令在 Linux 内核中用于 SBI 调用,如下为 arch/riscv/kernel/sbi.c 中的部分代码。 sbi_ecall 指令接受 8 个参数,分别是

  • ext: SBI extension ID (EID)
  • fid: SBI function ID (FID)
  • arg0-arg5: SBI 函数调用参数
// linux/arch/riscv/kernel/sbi.c: 25

struct sbiret sbi_ecall(int ext, int fid, unsigned long arg0,
			unsigned long arg1, unsigned long arg2,
			unsigned long arg3, unsigned long arg4,
			unsigned long arg5)
{
	struct sbiret ret;

	register uintptr_t a0 asm ("a0") = (uintptr_t)(arg0);
	register uintptr_t a1 asm ("a1") = (uintptr_t)(arg1);
	register uintptr_t a2 asm ("a2") = (uintptr_t)(arg2);
	register uintptr_t a3 asm ("a3") = (uintptr_t)(arg3);
	register uintptr_t a4 asm ("a4") = (uintptr_t)(arg4);
	register uintptr_t a5 asm ("a5") = (uintptr_t)(arg5);
	register uintptr_t a6 asm ("a6") = (uintptr_t)(fid);
	register uintptr_t a7 asm ("a7") = (uintptr_t)(ext);
	asm volatile ("ecall"
		      : "+r" (a0), "+r" (a1)
		      : "r" (a2), "r" (a3), "r" (a4), "r" (a5), "r" (a6), "r" (a7)
		      : "memory");
	ret.error = a0;
	ret.value = a1;

	return ret;
}

下面对上述代码做简单分析:

  • 使用 ecall 指令时,将异常类型写在 a7 寄存器,参数写在 a0-a5 寄存器,后面会根据异常类型的不同调用不同的异常处理函数
  • register 关键字表明后面的变量直接存储在寄存器中
  • asm ("ax") 表明将后面的变量与 ax 寄存器进行绑定
  • asm volatile 表明嵌入汇编代码进入 C 代码中,并且将 a0a1 寄存器既作为输入寄存器又作为输出寄存器传给 ecall 指令,而 a2 - a6 寄存器作为输入寄存器传递给 ecall
  • ecall 函数返回两个值 a0a1sbi_ecall 函数将这两个值作为错误和返回值传递给调用它的函数

比如实现一个 putchar 函数用于打印一个字符到系统控制台上,就通过如下 sbi_ecall 调用来实现:

// linux/arch/riscv/kernel/sbi.c: 101

void sbi_console_putchar(int ch)
{
	sbi_ecall(SBI_EXT_0_1_CONSOLE_PUTCHAR, 0, ch, 0, 0, 0, 0, 0);
}

然后我们进入 arch/riscv/include/sbi.h,观察宏定义:

// linux/arch/riscv/include/asm/sbi.h: 14

enum sbi_ext_id {
#ifdef CONFIG_RISCV_SBI_V01
	SBI_EXT_0_1_SET_TIMER = 0x0,
	SBI_EXT_0_1_CONSOLE_PUTCHAR = 0x1,
	SBI_EXT_0_1_CONSOLE_GETCHAR = 0x2,
	SBI_EXT_0_1_CLEAR_IPI = 0x3,
	SBI_EXT_0_1_SEND_IPI = 0x4,
	SBI_EXT_0_1_REMOTE_FENCE_I = 0x5,
	SBI_EXT_0_1_REMOTE_SFENCE_VMA = 0x6,
	SBI_EXT_0_1_REMOTE_SFENCE_VMA_ASID = 0x7,
	SBI_EXT_0_1_SHUTDOWN = 0x8,
#endif
	SBI_EXT_BASE = 0x10,
	SBI_EXT_TIME = 0x54494D45,
	SBI_EXT_IPI = 0x735049,
	SBI_EXT_RFENCE = 0x52464E43,
	SBI_EXT_HSM = 0x48534D,
	SBI_EXT_SRST = 0x53525354,
	SBI_EXT_PMU = 0x504D55,

	/* Experimentals extensions must lie within this range */
	SBI_EXT_EXPERIMENTAL_START = 0x08000000,
	SBI_EXT_EXPERIMENTAL_END = 0x08FFFFFF,

	/* Vendor extensions must lie within this range */
	SBI_EXT_VENDOR_START = 0x09000000,
	SBI_EXT_VENDOR_END = 0x09FFFFFF,
};

观察到 SBI_EXT_0_1_CONSOLE_PUTCHAR 定义为 0x1

Linux 如何兼容不同的 SBI 版本

Linux 系统目前的默认 SBI 版本为 0.1,如果当前的 SBI 版本为 0.1,将执行 arch/riscv/kernel/sbi.c 中的

// linux/arch/riscv/kernel/sbi.c: 101

#ifdef CONFIG_RISCV_SBI_V01

// 如果支持 SBI 0.1,下面的函数可以被调用
...
void sbi_console_putchar(int ch)
{
	sbi_ecall(SBI_EXT_0_1_CONSOLE_PUTCHAR, 0, ch, 0, 0, 0, 0, 0);
}
...
...
#else

// 如果 SBI 0.1 不被支持,返回 remote fence extension is not available in SBI x.x
...
static void __sbi_set_timer_v01(uint64_t stime_value)
{
	pr_warn("Timer extension is not available in SBI v%lu.%lu\n",
		sbi_major_version(), sbi_minor_version());
}
...
...
#endif /* CONFIG_RISCV_SBI_V01 */

如果支持更新版本的 SBI,#endif 下面的代码将可以被执行,比如:

// linux/arch/riscv/kernel/sbi.c: 222

static void __sbi_set_timer_v02(uint64_t stime_value)
{
#if __riscv_xlen == 32
	sbi_ecall(SBI_EXT_TIME, SBI_EXT_TIME_SET_TIMER, stime_value,
		  stime_value >> 32, 0, 0, 0, 0);
#else
	sbi_ecall(SBI_EXT_TIME, SBI_EXT_TIME_SET_TIMER, stime_value, 0,
		  0, 0, 0, 0);
#endif
}

借这个 #ifdef#endif 两个宏,Linux 实现了对 0.1 和 0.2 两个版本的 SBI 支持。

Linux 与 OpenSBI 互动流程

我们将以 sbi_console_putchar 为例,简要描述 Linux 与 OpenSBI 的互动流程,方便读者对 SBI 形成更直观的理解。

sbi3

假设我们现在使用 C 语言 printf() 函数为例,给读者讲解一下 Linux 系统与 OpenSBI 的交互过程:

首先,我们调用了 printf() 函数 (),自然而然我们陷入了内核态,然后 Linux Kernel 去调用 OpenSBI 提供的 sbi_ecall() 函数 (),并且在调用过程中将 eid, fid 以及之前提到的 5 个参数传递给 OpenSBI (),之后由 OpenSBI 去真正的操作硬件。

最后操作完成之后,一级一级地向上返回执行结果 (④ ⑤),完成整个向 console 进行输出的过程。

小结

这篇文章介绍了 RISC-V 架构下的 SBI(Supervisor Binary Interface)概念、作用和实现方法,并提供了开源实现 OpenSBI 的编译和启动方法。SBI 的作用是使处于 supervisor-mode 的程序能够方便地移植到不同的 RISC-V 微架构处理器上,实现了底层统一接口的抽象,使开发者不需关注底层细节,大大简化了程序的开发难度。此外,文章还分析了在 Linux Kernel 中,SBI 的调用方法,这些对于理解 SBI 与 Linux Kernel 的交互过程非常有帮助。

本文简洁明了地讲述了 SBI 的概念,提高了读者对于 SBI 的理解,为 SBI 的学习提供了指导。

参考资料



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