System Instruction

System Instruction指的是跟系統息息相關的指令，例如前面有敘述過的CSR指令，又或者是今天要介紹的ecall、ebreak、wfi、mret、fence等指令。而這些指令的共同點在於說[6:0]的值為0x73，也就是7'b1110011。

今天會簡單介紹system指令的物理意義，但實作的部分由於身體狀況欠佳的原因可能要先欠著Q Q，會在後續補上。

ebreak/ecall指的都是用來跟上層系統溝通用的指令，ebreak專指break point，ecall則是通常用來處理system call，甚麼意思呢。

一般的RISC-V可以分成User mode, Supervisor mode和 Machine mode三者，而有一些指令、CSR位置是只有比較高層級的mode下才能夠做操作，例如說像待會會介紹到的mret，就是專門在machine mode底下才能使用的例子，而也因此會有例如sret等不同階級下的不同指令。

而要說明ecall和ebreak，我們要先介紹下面這張圖。

這張圖概括了RISC-V裡面會遇到的中斷，包含interrupt以及exception。而exception的部分有breakpoint, ecall from U-mode, ecall from S-mode, ecall from M-mode等。而ecall會讓我們呼叫能夠幫我們處理我這個層級不能處理的事情的人，例如說如前面所示，可以分成ecall from U-mode, ecall from S-mode, ecall from M-mode等不同的狀況，就可以跳到對應的程式碼片段 (trap-handler)去執行程式，而跳過去之後的權限內容也會有所變化。同理，ebreak也會跳去breakpoint斷進行處理(通常由debugger呼叫)。

舉例來說，我們簡單寫一個HelloWorld的時候，對於user code通常不知道系統上的硬體配置，一般來說是不會清楚要怎麼把值輸出到terminal上的，這時候就需要OS的幫助，因此如果我們觀察objdump時，可以觀察到printf最後會走到ecall，而ecall內os會根據呼叫ecall前設定的位置去將要printf的值讀回來，並printf到螢幕上，我們將來可以利用這點來進行輸入輸出。

而wfi的全名為wait for interrupt，是系統運行中想要睡下去的時候會呼叫的指令，接受到這道指令後會進入睡眠，等到有interrupt打進來之後才會繼續執行下一道指令，而我們這邊實作上可以先什麼都不做，因為我們可能也不會實作到interrupt功能。

另外，mret是進入ecall之後要回到原本的程式段的時候會呼叫的指令，以前面的例子而言，呼叫printf後我們還是要回到user application繼續執行，這時候呼叫mret可以讓我們回到csr mepc所在的位置，同理sret也會回到csr sepc等位置，因此ecall執行時需要有相應的設定。

最後，fence指令是用來確保前面的指令都完成，這邊由於我們都是一道一道指令完成，在執行下一道指令前前面指令的memory access, 或者是執行皆已完成，因此可以像wfi那樣先什麼都不做。

碎碎念 : 上吐下瀉+發燒，今天內容比較少且沒有實作，希望明天能好一點，不然只能先講buildroot了。