1. 设计思路
全志D1芯片fel模式下会初始化好串口为115200波特率，所以我们的思路是封装好串口发送数据接口来使用即可，而无需再去设置串口的波特率等寄存器，从而简化代码。
1.1 启动文件
启动文件为entry.S，这个文件中主要就是初始化好栈地址，然后跳转到c语言实现的init接口执行。
.section .text
.global _entry
_entry:
la sp, __stack_start
li a0, 4096
csrr a1, mhartid
addi a1, a1, 1
mul a0, a0, a1
add sp, sp, a0
call init
loop:
j loop
其中__stack_start这个符号是在内核的链接脚本文件中定义的，表示栈底地址，这个在后面会看到。启动栈模式设置的大小为4KB，设置完成后直接跳转Init执行，代码逻辑很简单。
1.2 调试打印
串口驱动直接使用之前开发全志D1 SylixOS时串口驱动代码，稍作修改即可。
#include "common.h"
#include "regs.h"
/*********************************************************************************************************
寄存器偏移
*********************************************************************************************************/
#define RBR 0x0
#define THR 0x0
#define IER 0x4
#define LCR 0xc
#define USR 0x7C
void uart_putc(char c)
{
// 若 FIFO 不满就填入数据，否则等待
while (!(read32(UART0_BASE + USR) & (1 << 1)));
write32(c, UART0_BASE + THR);
}
void uart_getc(char *addr)
{
*addr = read8(UART0_BASE + RBR);
}
int uart_rx_empty(void)
{
return (!(read32(UART0_BASE + USR) & (1 << 3)) ? 1 : 0);
}
void uart_rx_int_enable(void)
{
write32(read32(UART0_BASE + LCR) & ~(1 << 7), UART0_BASE + LCR);
write32((1 << 0), UART0_BASE + IER);
}
void uart_puts(char *msg)
{
char c;
if (!msg) return;
while ((c = *msg)) {
uart_putc(c);
msg++;
}
}
封装好串口接口后还需要实现内核调试打印的接口printk，这个接口的实现参考xv6。
#include <stdarg.h>
#include "types.h"
#include "console.h"
static char digits[] = "0123456789abcdef";
// 打印整形数据
static void print_int(int xx, int base, int sign)
{
char buf[16];
int i;
unsigned int x;
if(sign && (sign = xx < 0))
x = -xx;
else
x = xx;
i = 0;
do {
buf[i++] = digits[x % base];
} while((x /= base) != 0);
if(sign)
buf[i++] = '-';
while(--i >= 0)
cons_putc(buf[i]);
}
// 打印指针数据
static void print_ptr(u64 x)
{
int i;
cons_putc('0');
cons_putc('x');
for (i = 0; i < (sizeof(u64) * 2); i++, x <<= 4)
cons_putc(digits[x >> (sizeof(u64) * 8 - 4)]);
}
// 打印数据.目前支持 %d, %x, %p, %s.
void printk(char *fmt, ...)
{
va_list ap;
int i, c;
char *s;
if (fmt == 0)
return;
va_start(ap, fmt);
for(i = 0; (c = fmt[i] & 0xff) != 0; i++) {
if(c != '%'){
cons_putc(c);
continue;
}
c = fmt[++i] & 0xff;
if(c == 0)
break;
switch(c){
case 'd':
print_int(va_arg(ap, int), 10, 1);
break;
case 'x':
print_int(va_arg(ap, int), 16, 1);
break;
case 'p':
print_ptr(va_arg(ap, u64));
break;
case 's':
if((s = va_arg(ap, char*)) == 0)
s = "(null)";
for(; *s; s++)
cons_putc(*s);
break;
case '%':
cons_putc('%');
break;
default:
// Print unknown % sequence to draw attention.
cons_putc('%');
cons_putc(c);
break;
}
}
}
2. 内核链接脚本
内核链接脚本kernel.ld参考xv6，添加一个栈段在启动时使用。
OUTPUT_ARCH( "riscv" )
ENTRY( _entry )
SECTIONS
{
. = 0x40000000;
.text : {
*(.text .text.*)
. = ALIGN(0x1000);
PROVIDE(etext = .);
}
.rodata : {
. = ALIGN(16);
*(.srodata .srodata.*) /* do not need to distinguish this from .rodata */
. = ALIGN(16);
*(.rodata .rodata.*)
}
.data : {
. = ALIGN(16);
*(.sdata .sdata.*) /* do not need to distinguish this from .data */
. = ALIGN(16);
*(.data .data.*)
}
.bss : {
. = ALIGN(16);
*(.sbss .sbss.*) /* do not need to distinguish this from .bss */
. = ALIGN(16);
*(.bss .bss.*)
}
.stack (NOLOAD) : {
. = ALIGN(16);
PROVIDE (__stack_start = .);
. += 128 * 1024;
. = ALIGN(16);
PROVIDE (__stack_end = .);
}
PROVIDE(end = .);
}
- 链接地址先设置为0x40000000，这时全志D1内存基址。
- 栈段的起始和结束地址分别用__stack_start和__stack_end这两个符号表示，其会在栈寄存器设置时使用到。
3. Makefile
Makefile文件参考xv6并作一些简化，由于我们需要直接将OS镜像下载到内存中执行，所以我们不能使用elf格式的镜像，因为fel不支持，fel需要使用bin格式的镜像文件，所以使用objcopy将elf格式文件转换为bin镜像使用。
K = kernel
U = user
OBJS = \
$K/entry.o \
$K/init.o \
$K/uart.o \
$K/console.o \
$K/print.o
# cross compiler and flag set
TOOLPREFIX = riscv64-unknown-elf-
CC = $(TOOLPREFIX)gcc
AS = $(TOOLPREFIX)as
LD = $(TOOLPREFIX)ld
OBJCOPY = $(TOOLPREFIX)objcopy
OBJDUMP = $(TOOLPREFIX)objdump
CFLAGS = -Wall -Werror -O -fno-omit-frame-pointer -ggdb
CFLAGS += -MD
CFLAGS += -mcmodel=medany
CFLAGS += -ffreestanding -fno-common -nostdlib -mno-relax
CFLAGS += -I.
CFLAGS += -fno-stack-protector
CFLAGS += -fno-pie -no-pie
LDFLAGS = -z max-page-size=4096
all: $K/kernel
# compile kernel
$K/kernel: $(OBJS) $K/kernel.ld
$(LD) $(LDFLAGS) -T $K/kernel.ld -o $K/kernel.elf $(OBJS)
$(OBJCOPY) -O binary $K/kernel.elf $K/kernel.bin
$(OBJDUMP) -S $K/kernel.elf > $K/kernel.asm
clean:
rm -f *.tex *.dvi *.idx *.aux *.log *.ind *.ilg \
*/*.o */*.d */*.asm */*.sym \
$K/kernel.elf $K/kernel.bin
目前的Makefile还是比较简单的，输入“make”命令即可编译出kernel.bin来使用。
4. 运行测试
开发板连接otg口和debug口到电脑上，打开win终端和串口终端，在win终端上输入“xfel ddr d1”命令来初始化全志D1的ddr内存，成功后在串口终端上会有ddr初始化的一些打印：
DRAM only have internal ZQ!! get_pmu_exist() = 4294967295 ddr_efuse_type: 0x0 [AUTO DEBUG] single rank and full DQ! ddr_efuse_type: 0x0 [AUTO DEBUG] rank 0 row = 15 [AUTO DEBUG] rank 0 bank = 8 [AUTO DEBUG] rank 0 page size = 2 KB DRAM BOOT DRIVE INFO: %s DRAM CLK = 792 MHz DRAM Type = 3 (2:DDR2,3:DDR3) DRAMC ZQ value: 0x7b7bfb DRAM ODT value: 0x42. ddr_efuse_type: 0x0 DRAM SIZE =512 M DRAM simple test OK.
接着输入“xfel write 0x40000000 .\kernel.bin”命令将kernel.bin这个系统镜像下载到内存基址0x40000000处，成功后再输入“xfel exec 0x40000000”跳转到内核代码执行：
PS D:\开源项目\xv6\simpleos\kernel> xfel write 0x40000000 .\kernel.bin 100% [================================================] 4.063 KB, 292.707 KB/s PS D:\开源项目\xv6\simpleos\kernel> xfel exec 0x40000000 PS D:\开源项目\xv6\simpleos\kernel>
如果一切正常，在串口终端上会打印“hello simpleos!”字符串：
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