QEMU OpenSBI 裸机开发之字符打印
1. 编译OpenSBI镜像
前面的章节我们是直接从m模式开发的裸机程序，从本章节开始我们来学习在已经有OpenSBI的基础下进行裸机开发。首先需要下载OpenSBI源码进行编译，官方仓库地址如下。
git clone https://github.com/riscv/opensbi.git
下载完成后进入目录输入如下命令进行编译：
export CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-elf- make PLATFORM=generic clean make PLATFORM=generic FW_JUMP_ADDR=0x80200000
其中0x80200000是指后面我们编写的裸机程序的入口地址，这个是OpenSBI源码中默认的跳转地址，当然也可以修改成其他合法地址，在后面的裸机程序编译时，我们也需要将链接地址进行修改。
编译完成后，生成的fw_jump.elf文件在build/platform/generic/firmware/目录下，这个文件就是我们要用的OpenSBI镜像。
2. 工程改动
2.1 总览
在OpenSBI环境下开发的裸机程序工程和原来相比有些地方要做修改，先来看下整体的文件分布，如下所示。
- entry.S：入口文件，主要设置了栈。
- fw_jump.elf：OpenSBI镜像。
- kernel.ld：编译用的链接脚本。
- Makefile：makefile文件，控制源码的编译过程。
- sbi.h：对OpenSBI调用做了一些接口封装，方便使用。
- start.c：是C语言实现的入口，在entry.S中会调转到C函数中。
2.2 Makefile
Makefile和之前的相比，主要是qemu启动命令修改了，因为现在要先启动OpenSBI镜像，然后再加载我们的程序启动运行，所以需要将“bios”选项修改为“-bios fw_jump.elf”，如下所示。
QEMUOPTS = -machine virt -bios fw_jump.elf -kernel $(KERNEL_IMAGE_NAME) -m 128M -smp $(CPUS) -nographic
2.3 连接脚本
链接脚本相比于原来的主要是修改了链接地址为0x80200000，如下所示。
OUTPUT_ARCH( "riscv" )
ENTRY( _entry )
SECTIONS
{
/*
* ensure that entry.S / _entry is at 0x80200000,
* where qemu's -kernel jumps.
*/
. = 0x80200000;
.text : {
*(.text .text.*)
. = ALIGN(0x1000);
PROVIDE(etext = .);
}
2.4 入口处理
在entry.S中，原来是先读取当前cpu核id然后再设置栈地址，但是现在OpenSBI跳转到我们的裸机程序时，裸机程序已经处于s模式，就不然再运行只能在m模式下执行的指令了，所以直接将栈地址加上4KB即可，如下所示。
.section .text
.global _entry
_entry:
la sp, __stack_start
li a0, 4096
add sp, sp, a0
call start
loop:
j loop
2.5 SBI接口
我们将SBI调用封装成一些接口方便使用，定义在sbi.h中，这个文件也就是对之前的ecall.h进行完善而成，如下所示。
#ifndef _ASM_RISCV_SBI_H
#define _ASM_RISCV_SBI_H
#define SBI_SET_TIMER 0
#define SBI_CONSOLE_PUTCHAR 1
#define SBI_CONSOLE_GETCHAR 2
#define SBI_CLEAR_IPI 3
#define SBI_SEND_IPI 4
#define SBI_REMOTE_FENCE_I 5
#define SBI_REMOTE_SFENCE_VMA 6
#define SBI_REMOTE_SFENCE_VMA_ASID 7
#define SBI_SHUTDOWN 8
#define SBI_CALL(which, arg0, arg1, arg2) ({ \
register unsigned long a0 asm ("a0") = (unsigned long)(arg0); \
register unsigned long a1 asm ("a1") = (unsigned long)(arg1); \
register unsigned long a2 asm ("a2") = (unsigned long)(arg2); \
register unsigned long a7 asm ("a7") = (unsigned long)(which); \
asm volatile ("ecall" \
: "+r" (a0) \
: "r" (a1), "r" (a2), "r" (a7) \
: "memory"); \
a0; \
})
/* Lazy implementations until SBI is finalized */
#define SBI_CALL_0(which) SBI_CALL(which, 0, 0, 0)
#define SBI_CALL_1(which, arg0) SBI_CALL(which, arg0, 0, 0)
#define SBI_CALL_2(which, arg0, arg1) SBI_CALL(which, arg0, arg1, 0)
static inline void sbi_console_putchar(int ch)
{
SBI_CALL_1(SBI_CONSOLE_PUTCHAR, ch);
}
static inline int sbi_console_getchar(void)
{
return SBI_CALL_0(SBI_CONSOLE_GETCHAR);
}
static inline void sbi_set_timer(unsigned long stime_value)
{
SBI_CALL_1(SBI_SET_TIMER, stime_value);
}
static inline void sbi_shutdown(void)
{
SBI_CALL_0(SBI_SHUTDOWN);
}
static inline void sbi_clear_ipi(void)
{
SBI_CALL_0(SBI_CLEAR_IPI);
}
static inline void sbi_send_ipi(const unsigned long *hart_mask)
{
SBI_CALL_1(SBI_SEND_IPI, hart_mask);
}
static inline void sbi_remote_fence_i(const unsigned long *hart_mask)
{
SBI_CALL_1(SBI_REMOTE_FENCE_I, hart_mask);
}
static inline void sbi_remote_sfence_vma(const unsigned long *hart_mask,
unsigned long start,
unsigned long size)
{
SBI_CALL_1(SBI_REMOTE_SFENCE_VMA, hart_mask);
}
static inline void sbi_remote_sfence_vma_asid(const unsigned long *hart_mask,
unsigned long start,
unsigned long size,
unsigned long asid)
{
SBI_CALL_1(SBI_REMOTE_SFENCE_VMA_ASID, hart_mask);
}
#endif
在SBI规范中，已经提供了输出字符的调用，我们直接使用即可在终端上打印出字符。
2.6 C函数处理
C函数start通过SBI接口来打印字符即可，如下所示。
#include "sbi.h"
void start(void)
{
sbi_console_putchar('r');
sbi_console_putchar('u');
sbi_console_putchar('n');
}
3. 测试
在命令行输入“make qemu”，然后在最后就可以看到字符信息输出，如下所示。
ewenbin@gewenbin-virtual-machine:~/Desktop/qemu_test/lesson12$ make qemu
riscv64-unknown-elf-gcc -c -o entry.o entry.S
riscv64-unknown-elf-gcc -Wall -Werror -O -fno-omit-frame-pointer -ggdb -mcmodel=medany -ffreestanding -fno-common -nostdlib -mno-relax -I. -fno-stack-protector -fno-pie -no-pie -c -o start.o start.c
riscv64-unknown-elf-ld -z max-page-size=4096 -T kernel.ld -o kernelimage entry.o start.o
riscv64-unknown-elf-objdump -S kernelimage > kernel.asm
riscv64-unknown-elf-objdump -t kernelimage | sed '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; /^$/d' > kernel.sym
qemu-system-riscv64 -machine virt -bios fw_jump.elf -kernel kernelimage -m 128M -smp 1 -nographic
OpenSBI v0.8-81-g7dcb1e1
____ _____ ____ _____
/ __ \ / ____| _ \_ _|
| | | |_ __ ___ _ __ | (___ | |_) || |
| | | | '_ \ / _ \ '_ \ \___ \| _ < | |
| |__| | |_) | __/ | | |____) | |_) || |_
\____/| .__/ \___|_| |_|_____/|____/_____|
| |
|_|
Platform Name : riscv-virtio,qemu
Platform Features : timer,mfdeleg
Platform HART Count : 1
Firmware Base : 0x80000000
Firmware Size : 112 KB
Runtime SBI Version : 0.2
Domain0 Name : root
Domain0 Boot HART : 0
Domain0 HARTs : 0*
Domain0 Region00 : 0x0000000080000000-0x000000008001ffff ()
Domain0 Region01 : 0x0000000000000000-0xffffffffffffffff (R,W,X)
Domain0 Next Address : 0x0000000080200000
Domain0 Next Arg1 : 0x0000000082200000
Domain0 Next Mode : S-mode
Domain0 SysReset : yes
Boot HART ID : 0
Boot HART Domain : root
Boot HART ISA : rv64imafdcsu
Boot HART Features : scounteren,mcounteren,time
Boot HART PMP Count : 16
Boot HART PMP Granularity : 4
Boot HART PMP Address Bits: 54
Boot HART MHPM Count : 0
Boot HART MHPM Count : 0
Boot HART MIDELEG : 0x0000000000000222
Boot HART MEDELEG : 0x000000000000b109
run
4. 工程源码
链接：https://pan.baidu.com/s/1TnTYr7mywdKj5bxpdmWnyA，提取码：q772，见lesson12。
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