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02 CPU、异常与中断

目标

建立 x86_64 CPU 基础设施，让 kernel 能捕获异常并接入后续硬件中断。

前置条件

• early log 可在 firmware 退出后稳定输出。
• panic 路径可用。

建议边界

• arch/x86/：GDT、TSS、IDT、异常入口、IRQ 入口。
• kernel/：通用 trap 分发、panic 策略、调试输出。
• include/tianole/：必要的通用 trap 数据结构。

实现内容

• 建立 x86_64 GDT。
• 建立最小 TSS。
• 建立 IDT。
• 增加异常入口汇编。
• 保存寄存器到统一 trap frame。
• C 层分发 exception。
• 之后再接 PIC/APIC 和 IRQ。
• 异常路径输出异常栈、寄存器现场和符号化所需信息。

非玩具化约束

• 汇编入口只保存现场和跳转，不写策略。
• C handler 接收统一 trap frame。
• exception 和 IRQ 的入口可共享框架，但语义要区分。
• 不把中断处理写进 kernel/main.c。
• oops/panic 策略要和 trap 分发分离。

验收方式

• 主动触发 invalid opcode 或 divide error。
• 日志输出 vector、rip、rsp、error code。
• 未处理异常进入 panic。

当前状态

基础完成：

• x86_64 GDT 已加载。
• 最小 TSS 已建立并通过 ltr 加载。
• IDT 已建立，当前覆盖 CPU exception vector 0-31。
• 异常入口汇编已统一保存通用寄存器现场。
• C 层 trap dispatch 已接收统一 trap_frame。
• 未处理异常进入 panic("unhandled CPU exception")。
• KERNEL_TEST_TRAP=1 会通过 ud2 主动触发 invalid opcode。
• scripts/check.sh 已自动验证 invalid opcode 日志和 panic 路径。

后续扩展：

• PIC/APIC 初始化。
• 外部 IRQ 分发。
• timer interrupt。
• page fault 的专门处理策略。
• double fault 独立 IST 栈。
• 用户态异常返回。
• 可恢复异常处理。
• oops 格式和符号化输出。

验收依据：

• 正常启动日志包含 traps initialized。
• invalid opcode 测试能输出 vector、error code、rip、rsp、rflags。
• 未处理异常能进入 panic("unhandled CPU exception")。

下一阶段：

• 03-memory.md，先建立物理页、页表和内核堆。