RISC-V 寄存器系统概览

RISC-V 架构将寄存器分为三个主要类别：通用寄存器（GPRs）、程序计数器（PC）和控制状态寄存器（CSRs）。

1. 通用寄存器 (General Purpose Registers, GPRs)

RISC-V 提供了 32 个通用寄存器，编号从 $x0$ 到 $x31$。为了方便汇编编程和遵循调用约定（ABI），它们拥有特定的别名和用途。

寄存器编号	ABI 别名	作用描述	调用约定
$x0$	zero	硬编码为零，写入无效。	-
$x1$	ra	返回地址。用于存储函数调用后的返回位置。	调用者保存
$x2$	sp	栈指针。指向当前栈帧的栈顶。	被调用者保存
$x3$	gp	全局指针。用于优化对全局静态数据的访问。	-
$x4$	tp	线程指针。指向线程局部存储 (TLS) 或当前 CPU 私有数据。	-
$x5-x7$	t0-t2	临时寄存器。用于临时计算，无需在函数调用中保留。	调用者保存
$x8$	s0/fp	被保存寄存器 / 帧指针。通常用于栈回溯。	被调用者保存
$x9$	s1	被保存寄存器。	被调用者保存
$x10-x11$	a0-a1	函数参数/返回值。$a0$ 也用于系统调用的第一个参数和返回值。	调用者保存
$x12-x17$	a2-a7	函数参数 $2$ 到 $7$。	调用者保存
$x18-x27$	s2-s11	被保存寄存器。函数调用时必须由被调用者保留其值。	被调用者保存
$x28-x31$	t3-t6	临时寄存器。	调用者保存

调用者保存 (Caller-Saved)： 如果调用函数（Caller）希望在被调用函数（Callee）返回后保留这些寄存器的值，则必须在调用前将它们保存在栈上。
被调用者保存 (Callee-Saved)： 如果被调用函数（Callee）需要使用这些寄存器，它必须在函数入口保存它们的原始值，并在返回前恢复它们。

PC 是一个独立的、非编号的寄存器，它：

CSRs 是 RISC-V 架构中的特权级寄存器，用于控制系统操作、处理中断和异常、以及管理内存保护。它们只能通过专用的原子指令（如 CSRRW, CSRRS, CSRRC）访问。
对于操作系统内核常用的 S 模式（Supervisor Mode），主要的 CSRs 包括：

CSR 寄存器	作用描述	类别
sstatus	Supervisor 状态寄存器。包含全局中断使能（SIE）和栈保护（SPP, SPIE）等关键状态位。	状态
sepc	Supervisor 异常程序计数器。保存发生异常或中断时，被中断指令的地址。	异常
scause	Supervisor 异常原因。记录导致陷阱（Trap）发生的原因（是中断还是异常）。	异常
stval	Supervisor 陷阱值。在地址无效或指令无效等异常中，保存相关的错误值（如错误地址）。	异常
satp	Supervisor 地址翻译和保护。包含当前页表的基地址（Page Table Base）和地址转换模式（如 Sv39）。	内存管理
sie	Supervisor 中断使能。控制 S 模式下对特定中断源（如时钟、外部设备）的接收开关。	中断
sip	Supervisor 中断待处理。指示哪些中断事件已发生，但尚未被 CPU 处理。	中断