SPARC结构与实时内核的移植

作者：时间：2012-05-17来源：网络收藏

SPARC结构继承伯克利RISC结构，寄存器窗口是其一个重要特性。寄存器窗口又称寄存器组，且该组寄存器只对当前运行程序可见。一个寄存器窗口包含32个无浮点寄存器，根据其使用习惯通常记为g0,...,g7；l0,...l7；i0,...,i7；o0,...,o7。其中 g0,...,g7为全局寄存器，其余24个为当前窗口寄存器。如图1。

图1:寄存器窗口

指 N个寄存器窗口，其中，SPARC结构规定N=2**n(1=n=5)，即N=2、4、8、16或32，本文中N的值为8。在一个寄存器窗口组中，相邻寄存器窗口存在寄存器公用。SAVE指令能够分配一个全新的窗口CWP-1。其中8个inputs寄存器继承窗口CWP的outputs寄存器的值。RESTORE指令则将CWP加1，使之前的窗口为当前可用的窗口。

特殊寄存器%PSR、%WIM

处理器状态（Processor State Register）寄存器。Bit0~Bit4为当前窗口指针（CWP）。Bit5为Trap开关（ET）。Bit8~Bit11为中断优先级（PIL）。其中CWP与寄存器窗口操作相关，ET与Trap处理相关，PIL与中断处理相关。

无效窗口标识（Windows Invalid Register）寄存器。Bit0~Bit7分别对应窗口0~7，当该位值为1时表示对应窗口为无效窗口。注意，%WIM只能有一位为1，即在CPU的8个寄存器窗口中只能存在一个窗口为无效窗口。

寄存器窗口的状态与相关操作

每个寄存器窗口都可以划分到以下四个状态之中：Current态、Invalid态、Used态和Unused态。假设CWP值为5，%WIM值为0x01，那么寄存器窗口组可以进行如下划分：

W0：Invalid；W1~W4：Unused；W5：Current；W6~W7：Used。

Overflow：当前语句为SAVE指令，并且CWP-1对应的窗口为无效窗口时，发生Overflow Trap。因为在程序调用时每出现一个新的子程序就对应一个SAVE语句，当子程序调用级数大于寄存器窗口数时，就会出现寄存器窗口用完的情况，从而需要进行Overflow Trap的处理，通常是将Used态的寄存器窗口的寄存器值保存在RAM中。

Underflow：当前语句为RESTORE指令，并且CWP+1对应的窗口为无效窗口时，发生Underflow Trap。通常RESTORE的内容是之前Overflow Trap处理时保存到RAM中的，当恢复到原来窗口时需要从RAM中读出到寄存器。

2．堆栈结构

堆栈帧

根据SPARC V8手册的附录D，每个程序都对应一个堆栈帧。每个帧包括四个基本组成部分。从%sp开始，第一部分大小为16个字，用来在Overflow Trap和Underflow Trap时保存当前窗口的inputs寄存器和local寄存器。第二部分大小为1个字，用来传递隐藏参数。当前子程序返回值不是一个变量，而是一个数据结构时，该参数可以是指向该数据结构的指针。第三部分大小为6个字，分别对应六个入口参数。这三部分是编译器为每个子程序的常规分配。其余的为第四部分，大小不确定，通常包含当前子程序中包含的Auto型的变量、数据结构等等。

通常%sp为栈顶指针，%fp为栈帧指针，相当于当前栈的栈底。并且%sp就是%o6，%fp就是%i6，所以编译器通常用语句（SAVE %sp，—0x148，%sp）来为新的线程分配一个新的栈帧。