制作一个RISC-V的操作系统四-嵌入式开发介绍

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什么是嵌入式开发

程序跑到开发板上，或者说运行到硬件上

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交叉编译

简单理解交叉编译来说就是生成的程序不在本机上运行，而在与本机架构不同的计算机上运行
build：生成编译程序的计算机
host：运行build计算机生成的编译程序的计算机
target：就是编译结果运行的地方
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查看一些GCC文件夹

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->是符号链接
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调试器GDB

GDB调试包括2个程序：gdb程序和被调试程序。根据这2个程序是否运行在同一台电脑中，可以把GDB的调试模型分为2种:
本地调试：调试程序和被调试程序运行在同一台电脑中
gdb 运行起来后，它会先fork一个子进程，被调试的程序会运行在这个单独的子进程中，gdb这个程序也会单独运行在一个独立的进程里。然后这两个进程通过独特的ptrace系统调用建立连接。

远程调试：调试程序运行在一台电脑中，被调试程序运行在另一台电脑中
在目标机会有一个gdbserver的服务，gdb会与gdbserver交互，由gdbserver代理我们的调试过程，被调试的程序是运行在目标机上的，而调试是在本机上的。两台机器通过网络连接

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相关语法命令

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p <变量名称>
Print的简写，显示指定变量（临时变量或全局变量）的值。

s
执行一行源程序代码，如果此行代码中有函数调用，则进入该函数。相当于其它调试器中的“Step Into (单步跟踪进入)”。
这个命令必须在有源代码调试信息的情况下才可以使用（GCC编译时使用“-g”参数）。

si
si命令类似于s命令，但针对汇编指令。

n
执行一行源程序代码，此行代码中的函数调用也一并执行。相当于其它调试器中的“Step Over (单步跟踪)”。
这个命令必须在有源代码调试信息的情况下才可以使用（GCC编译时使用“-g”参数）。

ni
ni命令类似于n命令，但针对汇编指令。

c
Continue的简写，继续执行被调试程序，直至下一个断点或程序结束。

l
List的简写，列出当前位置之后的10行代码；list line_number: 列出line_number之后的十行代码。

模拟器QEMU

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此时是模拟用户层的环境（类似操作系统） llk运行在用户层

qemu-riscv32 ./llk  #在qemu提供的环境上运行llk

开发操作系统时要模拟系统级别的层次（类似硬件层次）

QEMU的安装和使用

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项目构造工具Make

以自动化的方式编译程序
-f指定makefile文件
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MakeFile的构成

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.DEFAULT_GOAL的特殊变量，可用于告知如果在命令行中未指定目标，(就是只make时候) 应该构建哪个目标（或目标）。否则，Make会简单地使它遇到的第一个目标。
.PHONY:伪目标。伪目标是这样一个目标：它不代表一个真正的文件名，在执行make时可以指定这个目标来执行所在规则定义的命令，有时也可以将一个伪目标称为标签。伪目标通过PHONY来指明。 PHONY定义伪目标的命令一定会被执行
对于到下图中就是clean的里面的命令不管clean是否存在，都会执行

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$(SRCS_ASM:.S=.o) 就是将SRCS_ASH变量里面的.S都替换为.o

make的运行

差不多就是一步步套娃
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练习4-1

熟悉交叉编译概念，使⽤ riscv gcc 编译代码并使⽤ binutils ⼯具对⽣成的⽬标文件和可执⾏文件（ELF 格式）
进⾏分析。具体要求如下：

  • 编写⼀个简单的打印 “hello world！” 的程序源文件：hello.c
  • 对源文件进⾏编译，⽣成针对⽀持 rv32ima 指令集架构处理器的⽬标文件 hello.o
  • 查看 hello.o 的文件的文件头信息。
  • 查看 hello.o 的 Section header table。
  • 对 hello.o 反汇编，并查看 hello.c 的 C 程序源码和机器指令的对应关系。

-march=rv32ima：指定生成后的32位可执行文件可以运行在支持 i 整数指令集 m 乘除法指令集 a 原子操作指令集

-mabi=ilp32:一个长整数时多少位

riscv64-unknown-elf-gcc -march=rv32ima -mabi=ilp32 llk.c -o llk

file llk

qemu-riscv32 ./llk  #在qemu提供的环境上运行llk

练习4-2

基于 练习 4-1 继续熟悉 qemu/gdb 等⼯具的使⽤，具体要求如下：

  • 将 hello.c 编译成可调式版本的可执⾏程序 a.out
  • 先执⾏ qemu-riscv32 运⾏ a.out。
  • 使⽤ qemu-riscv32 和 gdb 调试 a.out。

练习4-3

  • ⾃学 Makefile 的语法，理解在 riscv-operating-system-mooc 仓库的根⽬录下执⾏ make 会发⽣什么。
SECTIONS = \
	code/asm \
	code/os \

.DEFAULT_GOAL := all
all :
	@echo "begin compile ALL exercises for assembly samples ......................."
	for dir in $(SECTIONS); do $(MAKE) -C $$dir || exit "$$?"; done
	@echo "compile ALL exercises finished successfully! ......"

.PHONY : clean
clean:
	for dir in $(SECTIONS); do $(MAKE) -C $$dir clean || exit "$$?"; done

.PHONY : slides
slides:
	rm -f ./slides/*.pdf
	soffice --headless --convert-to pdf:writer_pdf_Export --outdir ./slides ./docs/ppts/*.pptx
  • \表示换行。只有执行对应的Makefile命令的shell语句时才会进入shell环境，每行命令独立，每行都是单独的shell，所以上一行定义的shell变量并不适用于下一行。当然如果是使用了\来合并行就可以摆脱这个限制了。就是使之成为一条指令，或者是一个shell执行的。图中SECTIONS后的/可以理解就是把下面的和上面的练成一行。不然make执行时，每行都是一个单独的shell执行，这样SECTIONS就没有成功赋值。加了的话shell就执行三行，就可以成功赋值了
  • for in ; do ; done循环语句 在makefile中的shell变量要用2个$号表示变量名称, 对应表示dir
  • make -C 目录 表示进入目录后执行make
  • ||表示前面部分指令执行失败后执行后面的指令

所以大概整个make就是进入code/asm 和code/os目录执行make，然后/code/asm 下对应的makefile又是进入各个文件执行make，/code/os也一样