【CPU】RISC-V中的PMP物理内存保护单元

在RISC-V架构中，物理内存保护（PMP, Physical Memory Protection）机制允许对不同的物理内存区域设置访问权限。PMP表项不仅包含访问权限（读、写、执行），还包括地址匹配模式，用于定义受保护内存区域的范围。以下是几种主要的地址匹配模式：

PMP地址匹配模式

自然粒度（NAPOT, Naturally Aligned Power-of-Two）
- 这种模式要求受保护的内存区域大小必须是2的幂次方，并且起始地址也必须是对齐到该大小的边界上。
- 例如，如果你想保护一个4KB（即2^12字节）大小的内存区域，那么这个区域的起始地址必须是4KB的倍数。
- 在配置时，pmpaddr寄存器中的值表示的是该区域的结束地址减去1。因此，对于一个从地址0x2000开始的4KB区域，pmpaddr寄存器应该设置为0x2FFF（即0x3000 - 1）。
全地址空间（TOR, Top of Range）
- 这种模式通常与另一个PMP条目结合使用，定义一个范围内的地址。第一个条目定义范围的顶部，第二个条目定义范围的底部。
- 例如，如果你有两个PMP条目，第一个条目的pmpaddr设置为0x3000，第二个条目的pmpaddr设置为0x2000，则受保护的区域是从0x2000到0x3000（不包括0x3000）。
- 注意，这种模式需要两个连续的PMP条目来定义一个完整的地址范围，并且这两个条目都应配置为TOR模式。
下界（OFF, Offset）
- 在某些实现中，可能支持偏移模式，但这种方式不如NAPOT和TOR常见。它允许你通过指定一个基地址和一个偏移量来定义一个地址范围。
- 这种模式的具体实现细节依赖于具体的硬件平台，因此在实际应用中需要查阅相关文档。
关闭（NA4, Naturally Aligned 4-byte Region）
- 这种模式用于保护一个自然对齐的4字节区域。由于其粒度非常小，通常只适用于特定的小型数据结构。
- 例如，要保护从地址0x2000开始的4字节区域，pmpaddr寄存器应设置为0x2003（即0x2004 - 1）。

配置示例

假设我们想配置一个PMP条目来保护从地址0x2000开始的4KB内存区域，并允许读写操作但不允许执行操作。我们将使用NAPOT模式来进行配置。

步骤

确定地址匹配模式：
- 对于4KB大小的区域，我们需要使用NAPOT模式，并确保起始地址0x2000是对齐到4KB边界的。
计算pmpaddr值：
- 对于4KB的NAPOT区域，pmpaddr寄存器应设置为0x2FFF（即0x3000 - 1）。
配置pmpcfg寄存器：
- 设置相应的pmpcfg寄存器以启用PMP条目，并选择NAPOT模式、设置读写权限（R=1, W=1, X=0）。
- 假设我们要配置第0个PMP条目，可以如下设置：
```
li t0, (1 << 0) | (1 << 1) | (0 << 2) | (1 << 3) | (1 << 7)  # R=1, W=1, X=0, A=11 (NAPOT), L=0
csrw pmpcfg0, t0
```
配置pmpaddr寄存器：
- 将计算好的地址写入对应的pmpaddr寄存器：
```
li t0, 0x3000  # 0x2FFF + 1
csrw pmpaddr0, t0
```