0.環境搭建

riscv-operating-system-mooc: 開放課程《循序漸進，學習開發一個 RISC-V 上的操作系統》配套教材代碼倉庫。 mirror to https://github.com/plctlab/riscv-operating-system-mooc

在 Ubuntu 20.04 以上環境下我們可以直接使用官方提供的 GNU工具鏈和 QEMU 模擬器，執行如下命令在線安裝即可開始試驗：

$ sudo apt update
$ sudo apt install build-essential gcc make perl dkms git gcc-riscv64-unknown-elf gdb-multiarch qemu-system-misc

構建和使用說明:

- `make`：編譯構建
- `make run`：啟動 `qemu` 并運行
- `make debug`：啟動調試
- `make code`：反匯編查看二進制代碼
- `make clean`：清理

1. 系統引導

1.1 引導程序入口

硬件地址映射：

系統引導過程：

內核被加載到DRAM的地址 0x8000-0000，引導加載程序被加載到ROM的地址 0x0000-F000 到 0x0000-0000。

正常是固化在ROM的程序來引導，找到bootloader程序（BL0階段）。但這里我們使用模擬器QEMU，在makefile里面指定了內核程序入口：在啟動過程中，內核的入口點通常是位于ELF文件中的一個特定位置，這個位置由鏈接器腳本或者鏈接選項指定。在Makefile中，鏈接選項 -Ttext=0x80000000 指定了內核的文本段（代碼段）應該被加載到內存地址 0x80000000 處。這意味著當QEMU啟動時，它會將內核的代碼和數據加載到這個地址，并且從這個地址開始執行。

總而言之：run 目標使用QEMU模擬器運行內核，運行的確實是內核os.elf，并且在ELF文件里面的0x80000000地方開始運行。

但是我們還是分析一下這段匯編

auipc t0, 0x0
addi a2, t0, 40 	#可能是棧
csrr a0, mhartid	#將硬件線程ID寫入寄存器 a0。
lw a1, 32(t0)		#參數
lw t0, 24(t0)		#內核的入口地址存放處
jr t0				#jr t0：跳轉到寄存器 t0 指向的地址，即內核的入口地址。
start: .word

沒看明白，求大佬指點！

1.2 引導程序

這里類似于bootloader的 BL1階段：

BL1階段通常負責：

• 初始化CPU和基本的硬件設備。
• 設置棧指針。
• 跳轉到下一個階段的bootloader（如BL2）或直接跳轉到操作系統。

start.S:

#include "platform.h"# size of each hart's stack is 1024 bytes# 用于分配一段內存空間 “External Public Uninitialized Block".equ 	STACK_SIZE, 1024.global _start.text
_start:# park harts with id != 0讓除了0號核的其他核都進入park狀態csrr t0, mhartid 		# read current hart idmv  tp,t0				# save current hart id to tpbnez t0,park 			# if hart id != 0, park# Setup stacks, the stack grows from bottom to top, so we put the# stack pointer to the very end of the stack range.slli	t0, t0, 10		# shift left the hart id by 1024-->(for multiple harts)la	sp, stacks + STACK_SIZE	# set the initial stack pointer# to the end of the first stack spaceadd	sp, sp, t0			# move the current hart stack pointer# to its place in the stack spacej	start_kernel		# hart 0 jump to cpark:wfij park# In the standard RISC-V calling convention, the stack pointer sp# is always 16-byte aligned.
.balign 16
stacks:.skip	STACK_SIZE * MAXNUM_CPU # allocate space for all the harts stacks.end				# End of file

kernel.c

void start_kernel(void)
{while (1) {}; // stop here!
}

platform.h

#ifndef __PLATFORM_H
#define __PLATFORM_H#define MAXNUM_CPU 8#endif // __PLATFORM_H

運行結果：成功進入void start_kernel(void)；
疑問：這些文件怎么組織在一起的?

文件之間的聯系是通過鏈接器來建立的。鏈接器（Linker）是編譯過程中的一個工具，它將編譯后的目標文件（Object Files，通常是 .o 文件）和庫文件鏈接在一起，生成一個可執行文件（Executable File）或庫文件（Library File）。

在此項目中，鏈接過程是通過 Makefile 控制的。Makefile 中定義了如何編譯和鏈接項目：

1. OBJS_ASM 和 OBJS_C：這些變量定義了匯編和 C 語言的目標文件（Object Files）。

2. ELF 和 BIN：ELF 是鏈接后的可執行文件，BIN 是可執行文件的二進制格式。

3. LDFLAGS：鏈接器標志，用于指定鏈接器的行為。在您的 Makefile 中，LDFLAGS 可以是 -T ${OUTPUT_PATH}/os.ld.generated（使用鏈接腳本）或 -Ttext=0x80000000（指定文本段的起始地址）。

4. 鏈接命令：

   ${ELF}: ${OBJS}ifeq (${USE_LINKER_SCRIPT}, true)${CC} -E -P -x c ${DEFS} ${CFLAGS} os.ld > ${OUTPUT_PATH}/os.ld.generatedendif${CC} ${CFLAGS} ${LDFLAGS} -o ${ELF} $^${OBJCOPY} -O binary ${ELF} ${BIN}
   

   這段代碼首先檢查是否使用鏈接腳本，如果是，則生成鏈接腳本文件。然后使用 CC（交叉編譯器）和 LDFLAGS 鏈接目標文件，生成 ELF 文件。最后，使用 OBJCOPY 將 ELF 文件轉換為二進制格式。

5. 默認目標：

   .DEFAULT_GOAL := all
   all: ${OUTPUT_PATH} ${ELF}
   

   默認目標是 all，它依賴于 OUTPUT_PATH 和 ELF 文件。

通過這些步驟，Makefile 確保了所有源文件被正確編譯和鏈接，生成最終的可執行文件。鏈接器根據鏈接腳本（如果使用）或鏈接器標志來確定如何將各個目標文件和庫文件組合在一起。

參考—汪老師講的太好了！！！！：

1.3 RISC-V寄存器_RISC-V體系結構編程與實踐（第2版）

【[完結] 循序漸進，學習開發一個RISC-V上的操作系統 - 汪辰 - 2021春】 https://www.bilibili.com/video/BV1Q5411w7z5/?p=19&share_source=copy_web&vd_source=d63943fdb26087d14a536adf35c52d6b