| 文件名 | 主要功能 |
|---|---|
| boot.S | 启动文件, 初始化栈和 bss |
| main.cpp | C 代码入口, 主要负责初始化 |
| uart.h uart.cpp |
UART I/O, 来自 raspbootin |
| screen.h screen.cpp |
Framebuffer 操作 |
| font.cpp | Screen 使用的字体数据 |
| logo.cpp | Screen 使用的logo数据 |
| console.h console.cpp |
I/O 设备的封装 |
| monitor.h monitor.cpp |
内核 shell |
| kdebug.h kdebug.cpp |
获取函数名和行号等调试信息 |
| stdio.h stdio.cpp |
将 Console 封装成标准库格式 |
| string.h string.cpp |
类似标准库 |
| addr.h | 地址/指针类型 |
| arm.h | 内联 ARM 指令 |
| lib/_div.S | 除法库, 来自 Chromium OS |
| lib/libcsud.a lib/keyboard.S |
键盘驱动, 来自剑桥教程 |
其他文件中除了 kernel.ld 和 Makefile 外都是非必须的.
其中 boot.S, main.cpp, uart.h/cpp, kernel.ld 这几个文件和之前提交过的报告中差别不大, 不再赘述.
以下是其他硬件相关部分的说明.
JOS 中的输出有串口, 并口, VGA text-mode 这三种方式, 其中串口和并口直接输出字节流, 和 UART 类似, VGA text-mode 则是 PC 特有的功能, 树莓派及其他 ARM 平台均无法使用.
树莓派中 CPU 和 GPU 使用"邮箱"互相通信. Framebuffer 的初始化方式是 CPU 在内存中分配一段空间并写入配置, 然后将其地址通过邮箱发给 GPU, GPU 收到后会将包括 framebuffer 指针在内的一些必要信息写回这个地址, 之后 CPU 就可以直接向 framebuffer 读取或写入每个像素的颜色.
方便起见我使用了32位色深并禁用了 alpha 通道, 这种设置的效果和24位色是一样的, 但因为 framebuffer 中每个像素的地址都是按字对齐的所以操作更加方便.
为了显示文字, 我们还需要一个点阵字体(当然如果你够闲用 TrueType 也不是不行), 我在网上找了一个 Proggy Clean 字体, 然后半手动地把它转成了二进制位图格式.
另外为了展示高端大气的 framebuffer 模式之优越性, 我在启动屏幕上加了一个北大的 logo, 没什么实际意义.
现存的主要问题是滚屏速度太慢, 我也不知道该怎么办.
相关文档: Screen
树莓派使用的是 ARMv6 处理器, 这种架构的一大特色是没有除法指令.
从编译器的报错可以看出来, gcc 使用的除法函数是 __aeabi_uldivmod 等, 把这个名字扔到 Google 上搜一下就能找到 Chromium OS 的源代码, 我直接复制过来用了, 只需要改一点点.
首先要加上 -fno-omit-frame-pointer 编译参数, 直接用栈指针和机器码猜栈帧大小我可玩不来.
ARM 的栈帧结构在官方文档中有介绍, 不过是错的
反汇编可以看到真正的栈帧是这样生成的:
push {fp, lr}
add fp, sp, #4
所以 fp 指向的是 lr (旧 pc) 没错, 但它下面的就是旧 fp, 再下面就是通用寄存器了. 知道这些 backtrace 就好写了.
另外在网上看到了个读寄存器的简易方法:
register uint32_t reg_fp asm("fp");
uint32_t fp = reg_fp;
个人觉得比内联汇编优雅.
相关文档: Monitor::backtrace
键盘驱动直接用了别人的库, 个人认为现在还不是纠结 USB 的时机.
因为用的是 framebuffer 所以彩色输出就是非常自然的功能了, UART 那边 bash 本来就支持彩色输出所以不需要我们操心.
至此 Lab 1 所有功能都已经完成, 现在这个系统既可以只用一根刷机线连到电脑上在教室里跑, 也可以不要电脑直接插键盘显示器用, 带行号的 backtrace 和彩色输出等比较高级的功能该有的也都有, 我自认为已经是非常完善了.
Lab 2 恐怕没时间做了...