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# 2018操作系统专题训练
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# 最终报告
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计53 王润基 2015011279
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2018.12.27
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## 本学期工作总结
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* 实现各平台多核启动和调度
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* 完善文件系统相关功能
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* 实现NoMMU，RISCV M-Mode，RV64，K210支持
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## 后半学期任务报告
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### NoMMU
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#### 原理
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* 去掉内存分页映射机制，将用户程序加载到任意地址运行
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* 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）
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* 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
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#### 位置无关代码
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- 用户程序需使用**相对寻址**：
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- 代码段使用相对跳转
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- 数据段使用相对寻址，或去GOT（全局偏移表）查询地址
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- 为此需添加编译选项：
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- 编译时`-fPIC`（位置无关代码）
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- 链接时`-pie`（位置无关可执行程序）
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- 原来ucore编译出的用户程序：x86绝对寻址，RISCV相对寻址
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有待完善的地方：
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* 实现GOT表的填写，即可支持代码段和数据段分别分配地址
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### RISCV M-Mode
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将现有的运行于S态的kernel移植到M态。
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BBL为kernel提供了很多底层功能，因此需要保留。
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#### 具体任务
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* 去掉分页机制（NoMMU）
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* 让BBL保持M态进入kernel
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* 将kernel中操作的S-CSR改为M-CSR
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* 融合kernel和BBL的运行环境
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#### BBL提供的功能
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* SBI：getchar，putchar，IPI
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* 时间与时钟中断：模拟rdtime，提供set_timer()
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* CPU不支持的指令模拟：乘除、浮点等
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#### 融合kernel和BBL
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* 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
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* SBI：BBL将相关函数符号传给kernel（BBL的角色变为静态库）
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* 委托中断处理：当发生`IllegalInst`和`MachineEcall`异常时，调用BBL的函数处理
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#### 问题
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* 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。
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* M态BBL是否还有存在的意义？
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* RV下boot十分简单
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* 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。
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### RV64 & K210
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* 基于dzy同学的两阶段编译流程：Rust=>LLVM-IR=>Machine
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* 12月17日LLVM master已经完善地支持rv64，RustOS完整编译通过
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* 此后配合dzy完成rv64移植
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#### 地址空间处理
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* llc不支持code-model=medium，即位于任意地址4G范围内
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* 对此张蔚同学做了一个patch，但编译RustOS仍有问题，因此没用上
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* 于是目前只能将代码和数据放在+-2G区域，即[0,0x7fffffff], [0xffffffff_80000000, 0xffffffff_ffffffff]
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* 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
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* 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。
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#### K210适配
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* 主要参考官方SDK
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* 串口：
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* 使用UARTHS，和普通UART规范不一致
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* 在boot阶段就初始化好，方便调试
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* TODO：串口事件中断
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* 原子操作：
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- 原子指令对0x40000000地址区无效（？？？）
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- 解决方法：在自己实现的`__atomic_*`函数中将地址移到0x80000000处。
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* 多核：
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* reset后同时开始运行，不需额外boot
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* 目前只用了单核，因为还有Bug……
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* 时钟中断：
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* SDK中的处理较为复杂，懒得重新造轮子
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* 将SDK编译为静态库，链接到kernel，kernel导入符号使用
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* 修复前期M-Mode的Bug
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#### 搞K210的困难
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* 没有完整的模拟器（其实部分也够了）
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* 烧程序慢，导致实验验证周期长（提高波特率：2min->0.5min）
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### 其它
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* 适配 Rust 2018 edition
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* 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
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