2. RISC-V架构基础
OpenSBI 是运行在 RISC-V 平台上、位于 M 模式（Machine Mode）的固件层，它向上为 S 模式操作系统提供统一的引导与运行时服务，向下直接管理硬件与特权状态。要做好 OpenSBI 的平台适配，必须先建立对 RISC-V 架构五个关键维度的准确认知：指令集、特权级、CSR、中断异常模型以及 SBI 规范。本节围绕这五个维度展开，并说明它们如何共同决定 OpenSBI 的适配边界。
一、指令集：模块化的 ISA 设计
RISC-V 采用模块化指令集设计，基础整数指令集（RV32I / RV64I）是必选核心，其余以字母后缀表示扩展。OpenSBI 平台适配中最常打交道的扩展包括：M（乘除法）、A（原子操作）、F/D（单双精度浮点）、C（压缩指令）、以及特权架构相关的 CSR 访问指令。平台适配时，设备树中的 riscv,isa 属性会声明该 hart 支持的扩展集合，OpenSBI 据此决定是否启用某些优化路径。
需要特别注意的是，OpenSBI 自身运行在 M 模式，其代码通常只依赖基础整数指令集与 CSR 指令，避免依赖浮点扩展，因为浮点上下文在 M 模式下并不保证可用。平台适配中若发现某 hart 缺少 A 扩展，则涉及原子操作的同步原语需要改用其他实现方式。
二、特权级：M / S / U 三层模型
RISC-V 定义了三个标准特权级：M 模式（机器模式）、S 模式（监管者模式）、U 模式（用户模式）。M 模式拥有最高权限，可访问全部 CSR 与物理内存；S 模式运行操作系统内核；U 模式运行用户进程。OpenSBI 固定运行在 M 模式，操作系统运行在 S 模式，应用程序运行在 U 模式。
特权级之间的切换由 ecall 指令、mret / sret 返回指令以及异常/中断机制共同完成。OpenSBI 的核心职责之一，就是在 M 模式与 S 模式之间建立一条受控的调用通道，即 SBI 调用接口。下图展示了三个特权级与 OpenSBI、操作系统、应用之间的层次关系及调用方向。
三、CSR：控制与状态寄存器
CSR（Control and Status Register）是 RISC-V 特权架构的核心载体，通过 csrrw、csrrs、csrrc 等指令访问。CSR 地址空间按特权级划分：0x000–0x0FF 为 U 模式，0x100–0x1FF 为 S 模式，0x300–0x3FF 为 M 模式。OpenSBI 平台适配中必须重点掌握的 CSR 包括：
| CSR 名称 | 地址 | 作用 | OpenSBI 适配关注点 |
|---|---|---|---|
| mstatus | 0x300 | M 模式状态：MIE、MPIE、MPP 等 | 保存/恢复 S 模式上下文 |
| misa | 0x301 | ISA 扩展支持位图 | 判断 hart 能力，决定优化路径 |
| mie / mip | 0x304 / 0x344 | M 模式中断使能与挂起 | 配置定时器、软件、外部中断 |
| mtvec | 0x305 | M 模式异常向量基址 | 指向 OpenSBI 异常入口 |
| medeleg / mideleg | 0x302 / 0x303 | 异常/中断委托给 S 模式 | 决定哪些事件由 OS 直接处理 |
| mhartid | 0xF14 | 当前 hart 的硬件 ID | 多核启动时区分 hart |
四、中断与异常模型
RISC-V 将异常（同步）与中断（异步）统一建模：当事件发生时，硬件将当前 PC 保存到 mepc（或 sepc），将原因编码写入 mcause（或 scause），并跳转到 mtvec（或 stvec）指向的入口。OpenSBI 在 M 模式设置 mtvec 指向自己的异常处理入口，同时通过 medeleg / mideleg 将大部分 S 模式异常和中断委托给操作系统处理，仅保留必须由 M 模式介入的部分，例如定时器中断和 SBI 调用。
平台适配中一个常见误区是：把所有中断都委托给 S 模式，导致 OpenSBI 无法处理定时器事件，进而使 SBI 定时器服务失效。正确做法是保留 M 模式定时器中断，并在处理完成后通过 mip.STIP 向 S 模式注入软件定时器中断。
riscv,ndev 与 interrupt-controller 节点描述了 PLIC 的中断源数量与布局。OpenSBI 初始化 PLIC 时，需要根据这些参数配置 M 模式与 S 模式的中断使能位，确保委托关系与硬件实际一致。
五、SBI 规范概览
SBI（Supervisor Binary Interface）是 OpenSBI 向上暴露的标准化接口，定义了 S 模式软件如何请求 M 模式固件服务。SBI 调用通过 ecall 指令发起，使用 a7 寄存器传递扩展 ID（EID），a6 传递功能 ID（FID），参数放在 a0–a5，返回值放在 a0 与 a1。
// SBI 调用示例：获取 SBI 规范版本
// a7 = 0x10 (BASE Extension), a6 = 0 (get_spec_version)
register unsigned long a7 asm("a7") = 0x10;
register unsigned long a6 asm("a6") = 0;
register unsigned long a0 asm("a0");
asm volatile("ecall" : "=r"(a0) : "r"(a7), "r"(a6) : "memory");
// a0 返回版本号，a1 返回实现 IDSBI 规范当前主流版本为 v0.3 与 v1.0。v1.0 引入了更清晰的错误码与扩展机制，OpenSBI 同时兼容两者。平台适配时需要关注的核心扩展包括：BASE（基础查询）、TIME（定时器）、IPI（核间中断）、RFENCE（远程栅栏）、HSM（hart 状态管理）、SRST（系统复位）以及 PMU（性能监控）。
mtime 等 M 模式资源，说明委托配置或 SBI 服务实现存在问题。
六、五个维度的协同关系
指令集决定可用指令与扩展能力，特权级决定代码运行位置与权限边界，CSR 是特权级之间传递状态与控制信息的载体，中断异常模型定义了事件如何跨特权级流动，SBI 规范则把这些机制封装成操作系统可调用的稳定接口。OpenSBI 平台适配的本质，就是围绕这五个维度，把具体硬件平台的差异（hart 数量、中断控制器、定时器、内存布局）映射到统一的 SBI 服务语义上。