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大陆长空

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在技术的大陆上空展翅飞翔

AbydOS开发日记 (8) - 文件系统框架

好久不见！自从上一篇博客，上板成功，到现在已经过去了 3 个月。这几个月，主要是忙活一些学业上的东西，4月跟着老师探索了一点 IC design with LLM 的内容，5月忙活各种大作业、小组作业，6月忙活备考。终于考完试了，开完香槟就开始填坑啦！

虚拟文件系统

由于 Unix 的 “文件即一切” 思想实在很好，所以我们采用这样的思路。
虚拟文件系统，即 Virtual FileSystem, VFS, 是整个文件系统的抽象，向上层提供统一的访问接口。考虑简单的设计，VFS 只需实现真实文件系统的挂载、卸载，以及各种操作的代理即可。

DynamicLoader2024年7月3日大约 9 分钟ABYDOSOSC++
AbydOS开发日记 (-1) - 第一次上板运行（C906）

来上板运行吧！

写了那么久，也快一个月了，都是在 QEMU 调试，多没意思。电子人，就是干，火速弄了块 Sipeed 的 LicheeRV Nano，基于 C906 和 A53的 SG2002，不到一够水就有百兆网口和 WiFi。（深圳到广州居然发了两天，真是慢啊，还有这排线还要我自己焊，好傻）

拿到板子，插锭，开机，屏幕没有当然点不亮。电脑上不停的叮咚响，看了下是模拟出了一个串口。那就很简单，直接找到镜像，烧录！再把卡插进去，启动！好了，过了一会，多了一个网卡，ssh一下成功，测试功能正常。那么就开始我们的上板之旅吧！

启动

我们知道，嵌入式 Linux 的启动流程通常是，FSBL -> 固件 -> U-Boot -> 内核，这里的固件就是 OpenSBI。根据 Sipeed 官网的描述，这个片子的启动流程如下：

DynamicLoader2024年4月5日大约 10 分钟ABYDOSOSC++
AbydOS开发日记 (7) - 内部中断

RV64 的中断

搞了这么多基础设施，终于到中断的实现了。首先看下 RV 的中断和异常，

Interrupt Exception Code Description
1 0 Reserved
1 1 Supervisor software interrupt
1 2 Reserved
1 3 Machine software interrupt
1 4 Reserved
1 5 Supervisor timer interrupt
1 6 Reserved
1 7 Machine timer interrupt
1 8 Reserved
1 9 Supervisor external interrupt
1 10 Reserved
1 11 Machine external interrupt
1 12–15 Reserved
1 ≥16 Designated for platform use
0 0 Instruction address misaligned
0 1 Instruction access fault
0 2 Illegal instruction
0 3 Breakpoint
0 4 Load address misaligned
0 5 Load access fault
0 6 Store/AMO address misaligned
0 7 Store/AMO access fault
0 8 Environment call from U-mode
0 9 Environment call from S-mode
0 10 Reserved
0 11 Environment call from M-mode
0 12 Instruction page fault
0 13 Load page fault
0 14 Reserved
0 15 Store/AMO page fault
0 16–23 Reserved
0 24–31 Designated for custom use
0 32–47 Reserved
0 48–63 Designated for custom use
0 ≥64 Reserved
DynamicLoader2024年3月26日大约 13 分钟ABYDOSOSC++
AbydOS开发日记 (6) - 多核初步

多核与多线程

一个 CPU 上可能不止一个核心 (Hart)，这些核心在物理上分开，独立运行，但是共享总线和外设。也就是说，它们的物理内存空间是一致的，只不过有自己单独的寄存器和 Cache、MMU。而多线程非常类似，只不过是通过调度的方式实现，将多个线程的寄存器等资源分时复用。在裸机的角度上看，我们可以把多核看成硬件的多线程，并利用类似的技术实现。

核心的启动

在 RISCV 手册中，并没有规定 Hart 的启动顺序。比较通常的做法是，核心全部（近乎）同时从 M-mode 启动，随后 SBI 会通过原子量确定一个启动核心，并且执行初始化。至于 S-mode 中是否同时启动，我并没有明确看到文档指出，所以应该也是 SBI 实现自定义。通过实验，OpenSBI 只会将启动核心带入到 S-mode，其他核心会留在 M-mode 等待。但是，我们仍然有必要通过一个原子量保证 S-mode 初期只有一个核心运行，具体看，就是下面的汇编代码：

DynamicLoader2024年3月22日大约 10 分钟ABYDOSOSC++
AbydOS开发日记 (5) - 基本内存映射

基本内存布局

由于大部分的 RV64 SoC 都将 DRAM 放置在 0x80000000 以上，其下的空间保留给 IO，如 QEMU 的 virt，其布局如下：

static const MemMapEntry virt_memmap[] = {
    [VIRT_DEBUG] =        {        0x0,         0x100 },
    [VIRT_MROM] =         {     0x1000,        0xf000 },
    [VIRT_TEST] =         {   0x100000,        0x1000 },
    [VIRT_RTC] =          {   0x101000,        0x1000 },
    [VIRT_CLINT] =        {  0x2000000,       0x10000 },
    [VIRT_ACLINT_SSWI] =  {  0x2F00000,        0x4000 },
    [VIRT_PCIE_PIO] =     {  0x3000000,       0x10000 },
    [VIRT_PLATFORM_BUS] = {  0x4000000,     0x2000000 },
    [VIRT_PLIC] =         {  0xc000000, VIRT_PLIC_SIZE(VIRT_CPUS_MAX * 2) },
    [VIRT_APLIC_M] =      {  0xc000000, APLIC_SIZE(VIRT_CPUS_MAX) },
    [VIRT_APLIC_S] =      {  0xd000000, APLIC_SIZE(VIRT_CPUS_MAX) },
    [VIRT_UART0] =        { 0x10000000,         0x100 },
    [VIRT_VIRTIO] =       { 0x10001000,        0x1000 },
    [VIRT_FW_CFG] =       { 0x10100000,          0x18 },
    [VIRT_FLASH] =        { 0x20000000,     0x4000000 },
    [VIRT_IMSIC_M] =      { 0x24000000, VIRT_IMSIC_MAX_SIZE },
    [VIRT_IMSIC_S] =      { 0x28000000, VIRT_IMSIC_MAX_SIZE },
    [VIRT_PCIE_ECAM] =    { 0x30000000,    0x10000000 },
    [VIRT_PCIE_MMIO] =    { 0x40000000,    0x40000000 },
    [VIRT_DRAM] =         { 0x80000000,           0x0 }, 
};
DynamicLoader2024年3月18日大约 7 分钟ABYDOSOSC++MMU
AbydOS开发日记 (4) - MMU 与内存布局

关于内存

内存，即 Memory，是存储计算机运行过程数据的主要部件。不过在操作系统中，内存并不单单是主存，还有各种外设内存等。本文所说的内存布局，主要是指在可寻址空间中的布局，这关系到系统和后面应用程序的运行，是及其重要的。在有内存管理单元 (MMU) 的处理器上，寻址空间可以分为两种类型，即 物理地址空间 (Physical Memory Area, PMA) 和 虚拟地址空间 (Virtual Memory Area, VMA)。通过 MMU 的控制与转换，可以实现有效的隔离和保护，防止非法的内存访问。

本文仅浅读标准手册，未尽之处，敬请参阅标准手册。

DynamicLoader2024年3月16日大约 9 分钟ABYDOSOSC++MMU
AbydOS开发日记 (3) - 基础驱动程序

开始写驱动吧！

上一篇我们已经搭建好了驱动框架，现在我们来实现三个基础驱动：根设备、内存、串口。

  • 注：上一篇后驱动框架有小修小补，请参见相关提交

根设备驱动

根设备并不是一个具体设备，而是设备树的根节点，包含了模组信息和兼容信息，可以根据它区别平台。为了方便起见，我们让根设备驱动一并处理 /chosen 节点，因为平台相关的一些额外参数可以直接这样传入。

首先定义一个基类 (顺便定义一个属性导出宏)：

#define __K_PROP_EXPORT__(name, pri)                                                                                   \
    const auto &name() const                                                                                           \
    {                                                                                                                  \
        return pri;                                                                                                    \
    }

class SysRoot : public DriverBase
{
  public:
    virtual dev_type_t getDeviceType() override
    {
        return DEV_TYPE_SYS;
    }

    __K_PROP_EXPORT__(compatible, _compatible)
    __K_PROP_EXPORT__(model, _model)
    __K_PROP_EXPORT__(stdout_path, _stdout_path)

  protected:
    std::string _compatible;
    std::string _model;
    std::string _stdout_path;
};
DynamicLoader2024年3月13日大约 7 分钟ABYDOSOSC++
AbydOS开发日记 (2) - 驱动程序框架和系统参数配置

设备与系统参数

所有连接到系统上的部件，都可以视为设备，从而并入设备驱动框架统一管理。

但是在现代操作系统中，如果没有 ACPI，如何发现设备呢？主线 Linux 已经给出了答案，利用设备树 (Device Tree) 描述。

在设备树中，我们可以描述平台的特性、外设的接入情况、CPU 和 Memory 的数量，还可以携带配置参数，如命令行参数。

由于树状结构不好存储，所以 Linux 推出了一个工具 DTC (Device Tree Compiler)，用于将设备树源码 (DTS) 编译成扁平化的设备树 (Flattened Device Tree,FDT)，并且提供了一个 libfdt 库进行操作，可以进行增删改查。

DynamicLoader2024年3月11日大约 7 分钟ABYDOSOSC++FDT
AbydOS开发日记 (1) - 基础运行环境构建

基础环境是什么？

上回说到，通过一点手段，我们成功启用了 C++ 的支持。但是，这样的支持并不完善，我们的内核到目前为止，还没有一个 C 运行库(libc)，更别提 C++ 标准库(libc++)了。这就意味着，所有需要用的函数和类都要手写一份，非常折磨人。所以，引入 C 和 C++ 基础库是接下来要做的事。

嵌入式里边，最常用的 libc 是 newlib, 而 C++ 的实现则可以使用 libsupc++。

动工

之前的编译里边，为了最小化库的引入，我加入了一个编译参数：-nostdlib。这个参数指示 gcc 不要链接标准库。所以要引入标准库，第一步就是把这个参数去掉，但是又不能引入默认的 crt 初始文件，所以还得加上 -nostartfiles，然后测试编译器的支持。很不幸地，我只写了一句：

DynamicLoader2024年3月9日大约 8 分钟ABYDOSOSC++newliblibstdc++