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RVOS-1.环境搭建与系统引导

news 来源：原创 2025/8/22 9:14:55

0.环境搭建

riscv-operating-system-mooc: 开放课程《循序渐进，学习开发一个 RISC-V 上的操作系统》配套教材代码仓库。 mirror to https://github.com/plctlab/riscv-operating-system-mooc

在 Ubuntu 20.04 以上环境下我们可以直接使用官方提供的 GNU工具链和 QEMU 模拟器，执行如下命令在线安装即可开始试验：

$ sudo apt update
$ sudo apt install build-essential gcc make perl dkms git gcc-riscv64-unknown-elf gdb-multiarch qemu-system-misc

构建和使用说明:

- `make`：编译构建
- `make run`：启动 `qemu` 并运行
- `make debug`：启动调试
- `make code`：反汇编查看二进制代码
- `make clean`：清理

1. 系统引导

1.1 引导程序入口

硬件地址映射：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

系统引导过程：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

内核被加载到DRAM的地址 0x8000-0000，引导加载程序被加载到ROM的地址 0x0000-F000 到 0x0000-0000。

正常是固化在ROM的程序来引导，找到bootloader程序（BL0阶段）。但这里我们使用模拟器QEMU，在makefile里面指定了内核程序入口：在启动过程中，内核的入口点通常是位于ELF文件中的一个特定位置，这个位置由链接器脚本或者链接选项指定。在Makefile中，链接选项 -Ttext=0x80000000 指定了内核的文本段（代码段）应该被加载到内存地址 0x80000000 处。这意味着当QEMU启动时，它会将内核的代码和数据加载到这个地址，并且从这个地址开始执行。

总而言之：run 目标使用QEMU模拟器运行内核，运行的确实是内核os.elf，并且在ELF文件里面的0x80000000地方开始运行。

但是我们还是分析一下这段汇编

auipc t0, 0x0
addi a2, t0, 40 	#可能是栈
csrr a0, mhartid	#将硬件线程ID写入寄存器 a0。
lw a1, 32(t0)		#参数
lw t0, 24(t0)		#内核的入口地址存放处
jr t0				#jr t0：跳转到寄存器 t0 指向的地址，即内核的入口地址。
start: .word

没看明白，求大佬指点！

1.2 引导程序

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

这里类似于bootloader的 BL1阶段：

BL1阶段通常负责：

初始化CPU和基本的硬件设备。
设置栈指针。
跳转到下一个阶段的bootloader（如BL2）或直接跳转到操作系统。

start.S:

#include "platform.h"# size of each hart's stack is 1024 bytes# 用于分配一段内存空间 “External Public Uninitialized Block".equ 	STACK_SIZE, 1024.global _start.text
_start:# park harts with id != 0让除了0号核的其他核都进入park状态csrr t0, mhartid 		# read current hart idmv  tp,t0				# save current hart id to tpbnez t0,park 			# if hart id != 0, park# Setup stacks, the stack grows from bottom to top, so we put the# stack pointer to the very end of the stack range.slli	t0, t0, 10		# shift left the hart id by 1024-->(for multiple harts)la	sp, stacks + STACK_SIZE	# set the initial stack pointer# to the end of the first stack spaceadd	sp, sp, t0			# move the current hart stack pointer# to its place in the stack spacej	start_kernel		# hart 0 jump to cpark:wfij park# In the standard RISC-V calling convention, the stack pointer sp# is always 16-byte aligned.
.balign 16
stacks:.skip	STACK_SIZE * MAXNUM_CPU # allocate space for all the harts stacks.end				# End of file

kernel.c

void start_kernel(void)
{while (1) {}; // stop here!
}

platform.h

#ifndef __PLATFORM_H
#define __PLATFORM_H#define MAXNUM_CPU 8#endif // __PLATFORM_H

运行结果：成功进入void start_kernel(void)；
在这里插入图片描述 疑问：这些文件怎么组织在一起的?

文件之间的联系是通过链接器来建立的。链接器（Linker）是编译过程中的一个工具，它将编译后的目标文件（Object Files，通常是 .o 文件）和库文件链接在一起，生成一个可执行文件（Executable File）或库文件（Library File）。

在此项目中，链接过程是通过 Makefile 控制的。Makefile 中定义了如何编译和链接项目：
OBJS_ASM 和 OBJS_C：这些变量定义了汇编和 C 语言的目标文件（Object Files）。

ELF 和 BIN：ELF 是链接后的可执行文件，BIN 是可执行文件的二进制格式。

LDFLAGS：链接器标志，用于指定链接器的行为。在您的 Makefile 中，LDFLAGS 可以是 -T ${OUTPUT_PATH}/os.ld.generated（使用链接脚本）或 -Ttext=0x80000000（指定文本段的起始地址）。
链接命令：
${ELF}: ${OBJS}ifeq (${USE_LINKER_SCRIPT}, true)${CC} -E -P -x c ${DEFS} ${CFLAGS} os.ld > ${OUTPUT_PATH}/os.ld.generatedendif${CC} ${CFLAGS} ${LDFLAGS} -o ${ELF} $^${OBJCOPY} -O binary ${ELF} ${BIN}
这段代码首先检查是否使用链接脚本，如果是，则生成链接脚本文件。然后使用 CC（交叉编译器）和 LDFLAGS 链接目标文件，生成 ELF 文件。最后，使用 OBJCOPY 将 ELF 文件转换为二进制格式。
默认目标：
.DEFAULT_GOAL := all
all: ${OUTPUT_PATH} ${ELF}
默认目标是 all，它依赖于 OUTPUT_PATH 和 ELF 文件。
通过这些步骤，Makefile 确保了所有源文件被正确编译和链接，生成最终的可执行文件。链接器根据链接脚本（如果使用）或链接器标志来确定如何将各个目标文件和库文件组合在一起。

参考—汪老师讲的太好了！！！！：

1.3 RISC-V寄存器_RISC-V体系结构编程与实践（第2版）

【[完结] 循序渐进，学习开发一个RISC-V上的操作系统 - 汪辰 - 2021春】 https://www.bilibili.com/video/BV1Q5411w7z5/?p=19&share_source=copy_web&vd_source=d63943fdb26087d14a536adf35c52d6b

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1.2 引导程序

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