3.1 前言
第二章详细讨论了RISCV架构的中断机制，本章将回过头来继续探讨第一章讲述的流程。本章的内容比较少，主要是介绍只能在机器模式下进行的初始化流程。
3.2 dummyxv6初始化调用流程
第一章介绍了kernel/entry.S的运行逻辑，它初始化了将用于运行start函数内部要运行的栈空间，紧接着就跳转到kernel/start.c文件里的start函数中，在完成各种寄存器设置之后，最后跳转到kernel/main.c文件的main函数中，如图1所示。
图1
3.3 start函数内的初始化
从图1的内容看，第一章完成了对_entry入口的论述，第二章讲述了硬件层面对操作系统的支持，它是支撑论述第三章的基础。本章主要就是论述start函数内的处理细节，首先看一下start函数的源码：
// kernel/start.c
1 #include "param.h"
2 #include "riscv.h"
3
4 // The stack space for each CPU to run start function in machine mode.
5 __attribute__((aligned(16))) char stack0[4096 * NCPU];
6
7 void timerinit();
8
9 void start() {
10 // Switch to supervisor mode after calling mret.
11 uint64_t mstatus_v = r_mstatus();
12 mstatus_v = ((mstatus_v & (~MSTATUS_MPP_MASK)) | MSTATUS_MPP_S);
13 w_mstatus(mstatus_v);
14
15 // Jump to main function in supervisor mode after calling mret.
16 w_mepc((uint64_t)main);
17
18 // Disable page table now,
19 w_satp(0);
20
21 // Delegate all interrupts and exceptions to supervisor mode.
22 w_mideleg(0xffff);
23 w_medeleg(0xffff);
24 w_sie(r_sie() | SIE_SEIE | SIE_STIE | SIE_SSIE);
25
26 // Save the hartid to tp register.
27 uint64_t mhartid = r_mhartid();
28 w_tp(mhartid);
29
30 w_pmpaddr0(0x3fffffffffffffull);
31 w_pmpcfg0(0xf);
32
33 timerinit();
34
35 asm volatile("mret");
36 }
37
38 void timerinit() {
39 // Enable supervisor timer interrupt.
40 w_mie(r_mie() | MIE_STIE);
41
42 // Set STCE bit to 1 to enable the timer in supervisor mode.
43 w_menvcfg(1ul << 63);
44
45 // Set TM bit to 1 to enable the timer in supervisor mode.
46 w_mcounteren(r_mcounteren() | 2);
47
48 // A timer interrupt will be triggered after 1s.
49 w_stimecmp(r_time() + 1000000);
50 } 现在针对start函数，一行一行进行解析。首先要看的是第10行到第13行，第11行代码读取了CSR寄存器mstatus的值到mstatus_v变量中，然后第12行清除mstatus_v中MPP比特的值，再与MSTATUS_MPP_S进行或运算。最后第13行再把mstatus_v的值写入到mstatus寄存器中。这一步操作主要是将mstatus寄存器的MPP域设置成内核模式，这样在start函数最后调用mret指令时，hart切换到内核模式。具体切换流程可以参考第二章的2.3.3节。
紧接着执行的是第16行代码，这里将main函数的物理地址写入到了mepc寄存器中，这样在mret指令之后，PC寄存器将更新位mepc所存的地址，然后跳转到这个main函数去执行这里面的逻辑。执行main函数的时候，CPU hart则已经进入到内核模式了，也就是说main函数是在内核模式下执行。
往下就是执行第19行代码，将satp寄存器置0，这个操作代表目前暂时禁止操作系统的页表功能。这个阶段不使用虚拟内存。
第21行到第24行的功能是将异常和中断响应委托给内核模式处理，也就是说CPU的hart在内核模式下也能响应异常和中断事件，而不需要先切到机器模式，再从机器模式重定向到内核模式，这样极大提升了异常和中断处理的效率。0xffff的二进制表示为1111 1111 1111 1111，读者可以回顾一下第二章的图19，medeleg寄存器的比特位布局，以及图20，mideleg寄存器的比特位布局，就能直观地看到，具体是哪些异常和中断事件被委托到内核模式。第24行代码，则是通过设置sie寄存器，允许内核态响应软件中断、定时器中断和全局中断，sie寄存器的比特位布局可以查阅第二章的图18。
第26行到第28行代码的逻辑将执行start函数的CPU hart的id读出，并存入tp寄存器，tp寄存器即是thread pointer寄存器，这么做的目的是不需要进入机器模式，也能获取hart的id，这个功能对后续的操作系统调度管理非常重要。
第30行和第31行则是设置内核模式下，对大于0小于pmpaddr0的地址段的访问权限。现在来看一下pmpcfg寄存器的布局，RISCV架构中一共有16个pmpcfg寄存器，从pmpcfg0到pmpcfg15，每个pmpcfg寄存器的布局都一样。
图2
图2中，R代表可读权限，W代表可写权限，X代表可执行权限。A域的值比较有意思，它一共有4个值，如图3所示：
图3
当A的值为0时，表示pmpaddr寄存器不论存什么值都无效。当第i个pmpcfg寄存器（i大于零小于16时），当第i个pmpcfg寄存器的A域设置为1时，那么pmpaddri-1~pmpaddri区间的地址段受pmpcfgi的配置影响，当第0个pmpcfg寄存器的A域设置为1时，那么0~pmpaddr0这个地址段的内存段受pmpcfg0的配置影响。其他设置读者感兴趣的可以直接查阅官方文档[1]。写入pmpaddr0的地址值为0x3fffffffffffffull，最后三个字符ull表示unsign long long。地址值中，有13个16进制的f值，最高数位是3，一共有13 * 4 + 2 = 54个比特位被设置为1。这是因为在64位的RISCV架构中，pmpaddr寄存器的有效位为第0位到第53位，一共54个比特位。这里的0x3fffffffffffffull，实际上就是地址值的最大值。
第33行的逻辑，主要是调用了定时器初始化函数–timerinit。具体逻辑在第38行到第50行。xv6操作系统过去的版本是在机器模式响应定时器中断，然后再从机器模式重定向到内核模式。新版本则改成直接在内核模式也可以响应定时器中断，但是它需要用到sstc拓展[2]。dummyxv6也是采用这种方式，第40行将mie寄存器的STIE比特设置为1，允许内核模式能够响应中断，与此同时menvcfg的STCE域也要设置成1，否则往stimecmp寄存器写入内容会有异常。mcounteren的TM域也要设置为1，不然写入stimecmp也会抛出异常。最后朝stimecmp寄存器写入1s后触发定时器中断。
最后执行第35行，直接执行mret指令，直接跳转到main函数，并且CPU的hart进入内核模式。
3.4 main函数–内核初始化入口
进入到main函数之后，内核的初始化流程就开始执行了，不过目前还没有给dummyxv6添加任何内核功能，后续会在这里陆续添加。
3.5 结束语
本章详细讲解了start函数初始化流程，主要是执行机器模式下才能进行的设置操作，包括设置start函数结束后，CPU hart要进入的模式，设置了main函数作为内核初始化的入口，暂时禁止页表功能，将异常和中断全部委托到内核模式，最后还介绍了定时器中断的初始化处理，相信经过这一章，读者对start函数内的初始化处理有了清晰的认识。
3.6 Reference
[1] 《riscv-privileged-v1.10》 3.6.1 Physical Memory Protection CSRs
[2] RISC-V “stimecmp / vstimecmp” Extension