如何实现sparc处理器浅析

1.前言

前几天我看到知乎上的一篇文章《时代的眼泪：繁华落尽的SPARC处理器》，大致上讲述了一下Sun公司的UltraSPARC处理器，那时左批HP，右打IBM，俨然一副高高在上的气势。我觉得关于SPARC如何一步一步从繁荣走向平淡，又是如何在历史长河中发挥出浓墨重彩的一笔，我就不赘述了。这篇文章主要想讲一些sparc体系相关的问题。目前，sparc出现在我们视野中并不多见，其实利用sparc处理器一直是航天上面在使用，由于其特殊的架构以及目前美国对中国的态势，sparc架构在航天、飞机、雷达领域的利用也是越来越重要了。目前北京微电子技术研究所出来几款SPARC V8架构的芯片。其中BM3803是基于SPARC V8体系结构的32位精简指令集的国产嵌入式芯片，其特点是功能强、可靠性高、低功耗等等。下面从系统启动、窗口寄存器、中断处理这三部分看一看sparc v8处理器的特点。

2.sparc 芯片启动

一般我们做嵌入式开发都是用C语言编写实现，但是实际情况是在系统上电的之后，一般往往会执行一段初始化的汇编代码，可以理解为系统的BIOS。对于sparc v8架构的bm3803处理器来说，地址分配的空间如下：

一般芯片启动后，执行的代码都是在0地址处，所以固话的代码放在PROM的0地址空间。

需要设置C语言可以执行的栈空间以及清除bss段。其中栈的布局可以参考如下：

3.寄存器

3.1 窗口寄存器

由于sparc架构集成伯克利RISC结构，所以窗口寄存器是一个非常重要的特性。也就是说，一个窗口寄存器组只对当前的程序可见。而一个寄存器窗口又包括32个无浮点的寄存器。

其中SPARC结构规定了一共可以有N个寄存器的窗口，N=2^n(1=<n<=5)，即N=2、4、8、16、32。

当执行SAVE指令的时候，会分配一个全新的串口CWP-1。当RESTORE指令的时候，则CWP+1。其中比较有特点是，两个窗口是有8个寄存器公用的，也就是上一个窗口的out为下个窗口的in。这样可以提高程序的执行效率，不用每次都处理所有的寄存器。

3.2 特殊寄存器

一般来说，sparc上的特殊寄存器需要注意的是处理器状态寄存器（Processor State Register）,名称为%PSR。以及无效窗口标识（Widows Invalid Register）,名称为%WIM。

其中PSR主要控制CWP窗口操作、中断处理开关、以及Trap的处理。

WIM是无效窗口，BIT0~BIT7分别对应窗口0~7，在CPU的8个寄存器窗口中只能存在一个窗口为无效窗口。

4.中断处理

在sparc处理中断和陷阱的时候，也是首先需要一个trap的地址。一般进入中断后，会进入另外的一个模式，也就是说会开辟一个新的窗口，比如我们做任务切换的时候。sparc是由软中断（TA指令）实现。SPARC架构是不支持直接对PC指针进行操作的，而是CPU在发生中断的时候会将当前的PC、NPC写到寄存器%l1，%l2寄存器中。在中断结束返回的时候，CPU自动将%l1，%l2内容写到PC、NPC。这样就实现了一个任务的切换过程。

当发生中断的嵌套的时候，也是需要通过中断栈来实现当前现场的保存。