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SPEC.md

File metadata and controls

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Raw

The Abstract Machine Specification

数据结构

  • _Area代表一段连续的内存，组成[start, end)的左闭右开区间。
  • _Screen描述系统初始化后的屏幕（后续可通过PCI总线设置显示控制器，则此设置不再有效）。
  • 按键代码由_KEY_XXX指定，其中_KEY_NONE = 0。
  • _RegSet代表体系结构相关的寄存器组。
  • _Event表示一个异常/中断事件，event域由_EVENT_XXX指定，cause由具体事件指定。
  • _Protect描述一个被保护的地址空间(_area)，以及一个体系结构相关的虚拟地址空间描述符(ptr)，如在x86中为页目录基地址。

体系结构相关代码规范

每个体系结构在arch/中包含一个同名目录，例如mips32-npc, mips32-qemu, x86-qemu，第一个词是ISA，第二个词是运行平台。对于每一个体系结构目录（例如arch/mips32-npc），包含：

  • README.md相关说明。
  • include/存放相关的头文件。
  • include/arch.h描述体系结构相关的信息，包括：
    • 整数类型size_t, off_t的定义。
    • typedef struct _RegSet {}代表所有体系结构寄存器。
  • src/存放相关的源代码文件。
  • img/存放制作镜像必要的文件。执行img/burn target files能将files对应的文件列表(.a)链接，并烧录成名为target的镜像。

Turing Machine

  • void _putc(char ch); 调试输出一个字符，输出到最容易观测的地方。对qemu输出到串口，对Linux native输出到本地控制台。
  • void _halt(int code); 终止运行并报告返回代码。code为0表示正常终止。
  • extern _Area _heap; 一段可读、可写、可执行的内存，作为可分配的堆区。

IO Extension

  • void _ioe_init(); 初始化Extension。
  • unsigned long _uptime(); 返回系统启动后的毫秒数。溢出后归零。
  • int _read_key(); 返回按键。如果没有按键返回_KEY_NONE。
  • void _draw_rect(const uint32_t *pixels, int x, int y, int w, int h);绘制pixels指定的矩形，其中按行存储了w*h的矩形像素，绘制到(x, y)坐标。像素颜色由32位整数确定，从高位到低位是00rrggbb（不论大小端），红绿蓝各8位。
  • void _draw_sync(); 保证之前绘制的内容显示在屏幕上。
  • extern _Screen _screen; 屏幕的描述信息。在_ioe_init后调用后可用。

Asynchronous Extension

  • void _asye_init(_RegSet* (*l)(Event ev, _RegSet *regs));初始化Extension。初始化后并不响应异步事件。l是监听中断/异常事件的回调函数。在中断/异常事件到来时调用l(ev, regs)。中断结束后将返回到返回值指定的寄存器现场(可以返回传入的参数或NULL)。系统事件：
    • _EVENT_IRQ_TIME:时钟中断(无cause)
    • _EVENT_IRQ_IODEV:I/O设备中断(无cause)
    • _EVENT_ERROR:一般错误(无cause)
    • _EVENT_PAGE_FAULT:缺页/页保护错(cause: 产生缺页的地址)
    • _EVENT_BUS_ERROR:总线错误(cause: 产生错误的地址)
    • _EVENT_NUMERIC:数值错误(无cause)
    • _EVENT_TRAP:内核态自陷(无cause)
    • _EVENT_SYSCALL: 系统调用(无cause)
  • SYSCALL_ARGx(reg);从寄存器现场中获取系统调用的参数。其中x为1~4。
  • _RegSet *_make(_Area kstack, void *entry, void *arg);创建一个内核上下文,参数arg。
  • void _trap();在内核态自陷。线程需要睡眠/让出CPU时使用。
  • int _istatus(int enable);设置中断状态(enable非0时打开)。返回设置前的中断状态(0/1)。

Protection Extension

  • void _pte_init(void*(*palloc)(), void (*pfree)(void*));初始化Extension。传入两个函数，分别代表分配/释放一个物理页(分配需保证多线程/多处理器安全)。
  • void _protect(_Protect *p); 创建一个保护的地址空间。
  • void _release(_Protect *p); 释放一个保护的地址空间。
  • void _map(_Protect *p, void *va, void *pa);将地址空间的虚拟地址va映射到物理地址pa。单位为一页。
  • void _unmap(_Protect *p, void *va);释放虚拟地址空间va的一页。
  • void _switch(_Protect *p);切换到一个保护的地址空间。注意在内核态下，内核代码将始终可用。
  • _RegSet *_umake(_Protect *p, _Area ustack, _Area kstack, void *entry, char *const argv[], char *const envp[]);创建一个用户进程(地址空间p，用户栈地址ustack，内核栈地址kstack，入口地址entry，参数argv，环境变量envp，argv和envp均以NULL结束).

Multi-Processor Extension

  • void _mpe_init(void (*entry)());启动多处理器。
  • int _cpu();返回当前CPU的编号(从0开始)。
  • intptr_t _atomic_xchg(volatile void *addr, intptr_t newval);原子交换两数。
  • void _barrier();保证内存顺序一致性。
  • extern int _NR_CPU;处理器数量。在_mpe_init()调用后有效。