memlayout.h

TIP

xv6 在 QEMU 'virt' 机器上的物理内存布局本文件定义了硬件物理地址和内核虚拟地址空间的布局。这些地址是针对 QEMU 的 virt RISC-V 虚拟化平台设定的。硬件设备物理地址映射: (CPU 通过读写这些特殊的物理地址来与硬件设备交互，即 Memory-Mapped I/O) 0x00001000 -- QEMU 内置的引导 ROM (Boot ROM) 0x02000000 -- CLINT (Core-Level Interruptor)，核心本地中断器，负责提供计时器和核间中断。 0x0c000000 -- PLIC (Platform-Level Interrupt Controller)，平台级中断控制器，负责处理外部设备中断。 0x10000000 -- UART0 (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，串口设备，用于控制台输入输出。 0x10001000 -- Virtio 磁盘设备接口。内核物理内存使用: 0x80000000 -- 此处是物理内存(DRAM)的起始地址。QEMU 的引导流程会把内核加载到这里。内核的入口点 entry.S 就从这里开始执行，其后紧跟着内核的代码和数据段。 end -- 由链接器脚本定义的符号，表示内核代码和数据段的末尾。从 end 到 PHYSTOP 的物理内存由页分配器 kalloc.c 管理。 PHYSTOP -- 定义了可供内核使用的物理内存的上限。

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UART0 (串口) 的物理基地址和中断号

#define UART0 0x10000000L
#define UART0_IRQ 10

TIP

Virtio 磁盘设备的内存映射 I/O 地址和中断号

#define VIRTIO0 0x10001000
#define VIRTIO0_IRQ 1

TIP

QEMU test-finisher anordnen

#define SIFIVE_TEST 0x100000

TIP

CLINT (核心本地中断器) 寄存器物理地址

#define CLINT 0x2000000L
#define CLINT_MTIMECMP(hartid) (CLINT + 0x4000 + 8*(hartid))
#define CLINT_MTIME (CLINT + 0xBFF8)

TIP

PLIC (平台级中断控制器) 的寄存器物理地址 PLIC 负责管理来自外部设备（如 UART, Virtio）的中断请求。

#define PLIC 0x0c000000L
#define PLIC_PRIORITY (PLIC + 0x0)
#define PLIC_PENDING (PLIC + 0x1000)
#define PLIC_MENABLE(hart) (PLIC + 0x2000 + (hart)*0x100)
#define PLIC_SENABLE(hart) (PLIC + 0x2080 + (hart)*0x100)
#define PLIC_MPRIORITY(hart) (PLIC + 0x200000 + (hart)*0x2000)
#define PLIC_SPRIORITY(hart) (PLIC + 0x201000 + (hart)*0x2000)
#define PLIC_MCLAIM(hart) (PLIC + 0x200004 + (hart)*0x2000)
#define PLIC_SCLAIM(hart) (PLIC + 0x201004 + (hart)*0x2000)

TIP

内核地址空间布局 KERNBASE 定义了内核的基地址。内核的虚拟地址从 KERNBASE 开始，映射到相同的物理地址，直到 PHYSTOP。 (va = pa + KERNBASE - phys_base) 这种直接映射包括了内核的代码、数据、以及直到 PHYSTOP 的所有物理内存。

#define KERNBASE 0x80000000L

TIP

PHYSTOP 定义了可供使用的物理内存的上限。这里设置为 KERNBASE + 128MB。任何高于此地址的物理内存都不会被内核使用。

#define PHYSTOP (KERNBASE + 128*1024*1024)

TIP

--- 内核虚拟地址空间的高地址区域 --- MAXVA 是 RISC-V Sv39 分页模式下能表示的最大虚拟地址 (2^38 - 1)。

TIP

TRAMPOLINE 页被映射在虚拟地址空间的顶端。这个页在所有进程的页表中都存在，并且映射到相同的物理页。它包含了从用户态切换到内核态（uservec）以及从内核态返回用户态（userret）的代码。因为 trap 发生时硬件不改变页表，所以这个页必须在用户和内核页表中都可用。

#define TRAMPOLINE (MAXVA - PGSIZE)

TIP

内核栈 (Kernel Stack) 每个进程都有一个自己的内核栈，用于在内核态执行时存放函数调用帧和保存的寄存器。 KSTACK(p) 计算第 p 个进程的内核栈的顶部虚拟地址。内核栈位于 TRAMPOLINE 页的下方。每个栈之间有一个未映射的保护页(guard page)，用于防止栈溢出破坏相邻栈的数据。所以每个进程的内核栈区域大小为 2*PGSIZE (一个栈页 + 一个保护页)。

#define KSTACK(p) (TRAMPOLINE - ((p)+1)* 2*PGSIZE)

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--- 用户进程虚拟地址空间布局 --- 0x0 (低地址) ... 文本段 (代码) ... 只读数据段 ... 数据段和 BSS 段 ... 堆 (heap)，通过 sbrk 向上增长 ... (unused) ... 用户栈 (一个页) ... (unused) TRAPFRAME (p->trapframe) TRAMPOLINE MAXVA (高地址)

TIP

TRAPFRAME 页位于 TRAMPOLINE 页的正下方。当发生系统调用或中断时，内核需要保存用户进程的寄存器状态。这些寄存器被保存在当前进程的 trapframe 结构体中，而这个结构体所在的物理页就被映射到这个固定的 TRAPFRAME 虚拟地址上。

#define TRAPFRAME (TRAMPOLINE - PGSIZE)