Trampoline

关于 trampoline，我们需要写的内容包括：编写 trampoline 的代码、在内核和用户态的地址空间中设置 trampoline。

编写 Trampoline 的代码

在进入 trampoline 时，我们不能破坏除了 pc 以外的所有寄存器，因此代码必须是由汇编编写（而且不能内联汇编）。而且，由于 trampoline 是以页面为单位的，所以 trampoline 的起始位置必须按照页面对齐。

设置起始位置对齐

我们需要为 trampoline 单独设置一个段，并在 linker script 中设置按页对齐。比如 trampoline 在 .trampoline 段，那么我们需要在 linker script 中修改为：（注意：如果你的段名称是 .text. 开头的，请把 trampoline 段放到 *(.text .text.*) 前面，并把进入内核的第一行代码放到 trampoline 前面，以免进入错误的内核起始点。


...

    .text : {
        *(.text .text.*)
        . = ALIGN(0x1000);
        _trampoline = .;
        *(.trampoline)
        . = ALIGN(0x1000);
        ASSERT(. - _trampoline == 0x1000, "error: trampoline size is not a page size");
    }

...

_trampoline 和 ASSERT 是保证了 trampoline 会正好占用一个页，以免在内核设置地址时发生错误。

在 trampoline 的汇编中，我们需要将 trampoline 设置为之前指定的段：

.section .trampoline

... # Your code here

编写 Trampoline

Trampoline 中一般有两个函数，一个是从用户态进入到内核态的 trap vector，另一个是从内核态进入到用户态的 trap return 函数。这两个函数虽然在用户态和内核态都可见，但是实际使用时，CPU 都已经处于 S mode。

此外，为了方便计算函数偏移量（因为 trampoline 不在内核 linker script 指定的地址，而是在一个用户态和内核态都不会用到的地址），我们还可以加一个 trampoline 起始地址。当然，我们也可以使用 trampoline 中的第一个函数，不过这看起来不太优雅。

从用户态到内核态的函数（这里我们将这个函数成为 user_trap）需要做这几件事情：

  1. 将寄存器 x1-x31 记录到 trap context 中（提示：你可以利用 scratch 储存临时变量）；
  2. 将内核的 sp 寄存器设置为 trap context 中储存的内核 sp 地址；
  3. 将内核处理 trap 的函数地址暂存到某个寄存器中；
  4. 切换到内核页表（提示：请这样切换页表）；
  5. 跳转到内核处理 trap 的函数（注意：为了避免出现相对地址的情况，建议将返回地址存在 trap context 中）。

从内核态到用户态的函数（这里我们将这个函数称为 user_return）需要做这几件事情（假设 stvec、sstatus、sepc 已经设置妥当，用户页表可以作为入参传入此函数，亦可储存于 trap context 中）：

  1. 切换到用户页表（提示：请这样切换页表）；
  2. 将 trap context 中储存的用户寄存器 x1-x31 恢复；
  3. sret 返回用户态。

在内核和用户态的地址空间设置 Trampoline

通常情况下，我们会将 trampoline 放在内核地址空间的最高位置，也就是 \(2^{39}-4096\) 处。我们需要在内核页表和所有的用户页表中将这个地址映射到 trampoline 实际的地址。