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前言：
RISC-V（发音为“risk-five”）是一种新的指令集架构（ISA），最初的设计目的是支持计算机架构的研究和教育，但随着近些年的发展，它已经成为工业实现中的一个标准化、免费且开放的架构。（所有spec下载：我整理了RISC-V所有spec（附下载链接））
RISC-V 指令集的一大优势是其可扩展性，用户可根据具体应用需求，选择合适的扩展指令集。本文介绍RISC-V的双重陷阱扩展--Sxdbltrp。
一、双重陷阱介绍
双重陷阱通常发生在陷阱处理操作的敏感阶段 —— 当陷阱处理程序（负责管理这类事件的组件）处于不可重入状态时，若此时触发异常或中断，就会引发双重陷阱。这种不可重入状态一般出现在陷阱处理的初期阶段，此时陷阱处理程序尚未完成必要的状态保存，无法支撑后续的陷阱处理与恢复流程。在此阶段发生新的陷阱，会覆盖关键的状态信息，导致恢复初始陷阱所需的数据丢失。我们将引发这种严重错误状态的陷阱称为意外陷阱。
陷阱处理程序在该阶段的设计要求是：既不允许使能中断，也不能主动触发异常。但硬件错误异常具有不可预测性，其潜在的双重陷阱风险给陷阱处理程序的实现带来了极大挑战。
RISC-V 指令集架构（ISA）的双重陷阱扩展，旨在解决传统故障处理机制难以应对的场景。尽管双重陷阱在多数情况下属于无法恢复的严重错误，但这类扩展定义了跨特权级的错误处理策略。为增强故障处理能力，RISC-V官方定义了以下两类指令集架构扩展：
Ssdbltrp 扩展：该扩展用于处理比机器模式低的特权级的双重陷阱。它支持：
当虚拟机的监督者模式（VS 模式）发生双重陷阱时，由宿主监督者模式（HS 模式）调用虚拟机内的严重错误处理程序；
当监督者模式（S 模式）/ 宿主监督者模式（HS 模式）发生双重陷阱时，由机器模式（M 模式）调用操作系统 / 虚拟机监控器中的严重错误处理程序。
Smdbltrp 扩展：该扩展用于处理机器模式（M 模式）下的双重陷阱。功能如下：
若同时实现了 Smrnmi 扩展 ，当 M 模式发生双重陷阱时，可调用RNMI 处理程序来处理该严重错误；
若未实现 Smrnmi 扩展，或 RNMI 处理程序执行期间发生双重陷阱，该扩展会将硬件线程（hart）切换至严重错误状态，并向平台发送严重错误信号；
为提升错误诊断与解决效率，该扩展支持对处于严重错误状态的硬件线程（hart）进行调试。
二 Ssdbltrp 扩展
Ssdbltrp 扩展为以下控制状态寄存器（CSR）新增字段：
在
sstatus寄存器中添加监督者模式陷阱禁用位（SDT）（bit24）；在
menvcfg寄存器中添加双重陷阱使能位（DTE）（bit59）。
若实现了 H 扩展（虚拟化扩展），Ssdbltrp 还会：
在
vsstatus寄存器中添加 SDT 位（bit24）；在
henvcfg寄存器中添加 DTE 位（bit59）。
Ssdbltrp 扩展要求必须实现 mtval2 寄存器，并新增一种异常码（值 = 16），专门用于标识双重陷阱异常。由于双重陷阱不可委派，medeleg（机器模式异常委派寄存器）和 hedeleg（宿主异常委派寄存器）的第 16 位均为只读零。
2.1 使能控制逻辑
当
menvcfg.DTE位为 0 时，实现行为等同于未启用 Ssdbltrp 扩展；若未实现Ssdbltrp扩展，
sstatus.SDT、vsstatus.SDT和henvcfg.DTE位均为只读零；当
henvcfg.DTE位为 0 时，VS 模式下的 Ssdbltrp 扩展视为未启用，且vsstatus.SDT位为只读零。
2.2 SDT 位与 SIE 位的联动规则
通过显式 CSR 写操作将 SDT 位设为 1 时，监督者中断使能位（SIE） 会被强制清0——即便同一写操作试图修改 SIE 位，该清0行为仍会生效。仅当以下两种情况之一成立时，才能通过显式 CSR 写操作将 SIE 位置 1：
同一写操作同时将 SDT 位设为 0；
SDT 位已处于 0 状态。
2.3 双重陷阱触发与处理流程
当陷阱即将进入 VS 模式或 S 模式时，按以下逻辑处理：
若当前 SDT 位为 0：将 SDT 位设为 1，并正常交付该陷阱；
若当前 SDT 位已为 1：此陷阱判定为意外陷阱，触发双重陷阱异常并交付至 M 模式（机器模式）。
双重陷阱异常交付时，硬件线程（hart）的寄存器写入规则如下：
除
mcause（机器模式异常原因寄存器）和mtval2（机器模式陷阱值 2 寄存器）外，其余寄存器按 “该意外陷阱直接交付至 M 模式” 的场景写入对应信息；mtval2寄存器写入 “该意外陷阱原本应写入mcause的值”；mcause寄存器写入双重陷阱异常码（值 = 16）。
2.4 双重陷阱恢复
在 S 模式（监督者模式） 下执行
SRET指令（监督者模式返回指令）时，会将sstatus.SDT位设为 0；若执行该指令后切换至 VU 模式（虚拟用户模式），则同时将vsstatus.SDT位设为 0。在 VS 模式（虚拟监督者模式） 下执行
SRET指令时，仅将vsstatus.SDT位设为 0。执行
MRET指令（机器模式返回指令）时，若切换后的新特权级为 U 模式（用户模式）、VS 模式或 VU 模式，则将sstatus.SDT位设为 0；若新特权级为 VU 模式，额外将vsstatus.SDT位设为 0。当硬件线程（hart）从 调试模式（Debug Mode） 恢复时，若切换后的新特权级为 U 模式、VS 模式或 VU 模式，则将
sstatus.SDT位设为 0；若新特权级为 VU 模式，额外将vsstatus.SDT位设为 0。
当陷阱处理程序完成陷阱恢复所需状态（如 scause、sepc、stval 等寄存器值）的保存，且具备可重入性后，应清除 SDT 位。通过 SRET 指令清零 SDT 位的设计，使得陷阱处理程序能够检测到收尾阶段（即恢复从陷阱返回所需关键状态的阶段）可能发生的双重陷阱。
客户机页故障引发的 GPA 不可用问题
本规范的一个隐含结果是：若严重错误由客户机页故障（guest page-fault） 导致，则当双重陷阱交付至 M 模式时，客户机物理地址（GPA） 无法在 mtval2 寄存器中获取。这种场景的触发条件是：HS 模式在 SDT 位为 1 时，执行虚拟机加载 / 存储指令，且该指令引发了客户机页故障。不过，在陷阱处理的该阶段执行此类指令并不常见。
需要说明的是，未将 GPA 记录到 mtval2 被视为无害—— 因为若确有需要，仍可通过页表遍历（虽需额外开销）获取该地址。
三 Smdbltrp扩展
Smdbltrp 扩展为机器模式（M 模式）的双重陷阱处理提供核心机制，其细节如下：
3.1 新增寄存器字段与基础配置
1. MDT 位（Machine-mode-disable-trap）
RV64 架构：在
mstatus控制状态寄存器中新增第 42 位，作为 MDT 位；RV32 架构：在
mstatush（机器模式状态高位寄存器）中新增第 10 位，作为 MDT 位。复位状态：MDT 位复位后默认值为 1。
异常码：沿用双重陷阱统一异常码（值 = 16）。
3.2 MDT 位与 MIE 位的联动规则
通过显式 CSR 写操作将 MDT 位设为 1 时，机器模式中断使能位（MIE） 会被强制清 0：
RV64 架构：无论同一写操作是否尝试修改 MIE 位，该清 0 行为均生效；
RV32 架构：由于 MDT 位位于
mstatush寄存器，而 MIE 位位于mstatus寄存器，二者写操作相互独立，但仍需遵循 “MDT=1 时 MIE 必须为 0” 的约束。
仅当以下条件满足时，可通过显式 CSR 写操作将 MIE 位置 1：
RV64：MDT 位已为 0，或同一写操作同时将 MDT 位设为 0；
RV32：MDT 位已为 0（因寄存器分离，无法通过同一写操作同步修改）。
3.3 M 模式陷阱处理逻辑
当陷阱即将进入 M 模式时，按以下规则判定是否为双重陷阱：
正常陷阱交付：若当前 MDT 位为 0，将 MDT 位设为 1，并按预期交付陷阱；
意外陷阱判定：若当前 MDT 位已为 1，该陷阱判定为意外陷阱（即触发 M 模式双重陷阱）。
3.4 特殊例外规则（与 Smrnmi 扩展联动）
若实现了 Smrnmi 扩展（重启不可屏蔽中断扩展），则RNMI 引发的陷阱无论 MDT 位状态如何，均不视为意外陷阱，且不会修改 MDT 位；
若在 M 模式下执行时，
mnstatus.NMIE（机器模式不可屏蔽中断使能位）为 0，此时发生的任何陷阱均判定为意外陷阱。
3.5 意外陷阱的两种处理路径
路径 1：通过 RNMI 处理程序恢复（需实现 Smrnmi 扩展）
当 Smrnmi 扩展已实现且 mnstatus.NMIE 为 1 时：
硬件线程（hart）陷入 RNMI 处理程序（重启不可屏蔽中断处理程序）；
寄存器写入规则：
mnepc（机器模式不可屏蔽中断程序计数器）写入原意外陷阱应存入mepc的值；mncause（机器模式不可屏蔽中断原因寄存器）写入原意外陷阱应存入mcause的值；mnstatus（机器模式不可屏蔽中断状态寄存器）的特权级字段标识为 M 模式，并将其NMIE位设为 0（禁止嵌套 RNMI）。
本规范的隐含约束：RNMI 处理程序无法直接获取原陷阱在
mtval和mtval2寄存器中存储的信息。若需此类信息，需由 RNMI 处理程序解码mnepc指向地址的指令，并读取其源寄存器内容推导得出。
路径 2：进入不可恢复的严重错误状态
当以下任一条件成立时，hart 进入不可恢复的严重错误状态：
未实现 Smrnmi 扩展；
已实现 Smrnmi 扩展，但
mnstatus.NMIE为 0。
该状态的行为特征：
立即停止指令执行，不更新任何架构状态（包括程序计数器
pc）；禁用所有中断（含不可屏蔽中断 NMI）；
向平台断言（assert）严重错误信号。
平台收到严重错误信号后的处理行为为平台相关（platform-specific），可能的操作包括：重启受影响的 hart、重启整个平台、触发故障记录等。
3.6 返回指令与状态恢复逻辑
当在 M 模式下执行 MRET（机器模式返回指令）或 SRET（监督者模式返回指令）时：
强制将
mstatus.MDT位设为 0（重置 M 模式陷阱禁用状态）；若返回后的目标特权级为 U 模式（用户模式）、VS 模式（虚拟监督者模式）或 VU 模式（虚拟用户模式），则同步将
sstatus.SDT位设为 0；若目标特权级为 VU 模式，额外将
vsstatus.SDT位设为 0（确保虚拟机内陷阱状态同步重置）。
3.7 调试模式集成（cetrig 字段）
Smdbltrp 扩展在 dcsr（调试控制状态寄存器）[4] 中新增 cetrig（critical-error-trigger，严重错误触发位） 字段（第 19 位），支持调试严重错误状态的 hart：
字段属性：读写位，默认值为 0；
功能触发：当 cetrig 位设为 1 时，处于严重错误状态的 hart 不会向平台断言严重错误信号，而是直接进入调试模式；
调试模式状态配置：进入调试模式时，
dcsr.cause字段设为 7（标识 “严重错误触发”），dcsr.extcause字段设为 0；优先级：该调试模式进入原因的优先级高于所有其他调试触发条件；
恢复行为：从该场景的调试模式恢复后，hart 会回到之前的严重错误状态（而非正常执行状态）。
3.8 调试模式恢复后的状态重置
当 hart 从调试模式恢复时：
若恢复后的目标特权级非 M 模式，则将
mstatus.MDT位设为 0；若目标特权级为 U 模式、VS 模式或 VU 模式，同步将
sstatus.SDT位设为 0；若目标特权级为 VU 模式，额外将
vsstatus.SDT位设为 0。
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