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2018操作系统专题训练

最终报告

计53 王润基 2015011279

2018.12.27

本学期工作总结

• 实现各平台多核启动和调度
• 完善文件系统相关功能
• 实现NoMMU，RISCV M-Mode，RV64，K210支持

后半学期任务报告

NoMMU

原理

• 去掉内存分页映射机制，将用户程序加载到任意地址运行
• 内核为剩余物理内存空间建立另一个堆分配器（原来是用作物理帧）
• 当加载用户程序时，分配一段连续内存空间，并计算新的入口地址

位置无关代码

• 用户程序需使用相对寻址：
  • 代码段使用相对跳转
  • 数据段使用相对寻址，或去GOT（全局偏移表）查询地址
• 为此需添加编译选项：
  • 编译时-fPIC（位置无关代码）
  • 链接时-pie（位置无关可执行程序）
• 原来ucore编译出的用户程序：x86绝对寻址，RISCV相对寻址

有待完善的地方：

• 实现GOT表的填写，即可支持代码段和数据段分别分配地址

RISCV M-Mode

将现有的运行于S态的kernel移植到M态。

BBL为kernel提供了很多底层功能，因此需要保留。

具体任务

• 去掉分页机制（NoMMU）
• 让BBL保持M态进入kernel
• 将kernel中操作的S-CSR改为M-CSR
• 融合kernel和BBL的运行环境

BBL提供的功能

• SBI：getchar，putchar，IPI
• 时间与时钟中断：模拟rdtime，提供set_timer()
• CPU不支持的指令模拟：乘除、浮点等

融合kernel和BBL

• 中断：原来kernel和BBL各有一套中断处理流程，融合后以kernel的为主体
• SBI：BBL将相关函数符号传给kernel（BBL的角色变为静态库）
• 委托中断处理：当发生IllegalInst和MachineEcall异常时，调用BBL的函数处理

问题

• QEMU中mie.MEIE（M态外设中断）不可开启，可能是个Bug。导致串口中断不工作，只能使用轮询方式getchar。
• M态BBL是否还有存在的意义？
  • RV下boot十分简单
  • BBL依赖FDT（设备树）初始化外设，但一般只有M态的开发版都不提供FDT。

RV64 & K210

• 基于dzy同学的两阶段编译流程：Rust=>LLVM-IR=>Machine

• 12月17日LLVM master已经完善地支持rv64，RustOS完整编译通过

• 此后配合dzy完成rv64移植

地址空间处理

• llc不支持code-model=medium，即位于任意地址4G范围内
• 对此张蔚同学做了一个patch，但编译RustOS仍有问题，因此没用上
• 于是目前只能将代码和数据放在+-2G区域，即[0,0x7fffffff], [0xffffffff_80000000, 0xffffffff_ffffffff]
• 在QEMU/HiFiveU上，支持S态、有页机制。因此将地址放在0xffffffff_80000000。需在BBL中设置初始页表并建立好映射，然后再进入S态Kernel
• K210上RAM位于0x80000000，但也可以通过0x40000000访问（无cache）。因此将地址放在0x40000000。

K210适配

• 主要参考官方SDK
• 串口：
  • 使用UARTHS，和普通UART规范不一致
  • 在boot阶段就初始化好，方便调试
  • TODO：串口事件中断
• 原子操作：
  • 原子指令对0x40000000地址区无效（？？？）
  • 解决方法：在自己实现的__atomic_*函数中将地址移到0x80000000处。
• 多核：
  • reset后同时开始运行，不需额外boot
  • 目前只用了单核，因为还有Bug……
• 时钟中断：
  • SDK中的处理较为复杂，懒得重新造轮子
  • 将SDK编译为静态库，链接到kernel，kernel导入符号使用
• 修复前期M-Mode的Bug

搞K210的困难

• 没有完整的模拟器（其实部分也够了）
• 烧程序慢，导致实验验证周期长（提高波特率：2min->0.5min）

其它

• 适配 Rust 2018 edition
• 实现文件内存映射，用户程序内存均延迟分配，以后可实现mmap