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⭐有趣的 qemu virt 机器裸机输出字符串的程序
clq
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2024-09-07 14:03:31 发表
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⭐有趣的 qemu virt 机器裸机输出字符串的程序
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更新记录：
1.发现裸程序其实也并不一定要依赖名为 "_start" 的函数，其实上就当前的实例，程序会在 qemu 中固定以第一个 c 函数为入口点，而不管它是否是 _start() ！
这是我测试了一晚上发现的，询问 ai 后证实了我的想法。那么要在 start 中调用其实子函数就不能写在它前面了？
我实测的结果是这样，而且似乎也不能用提前声明的方式。目前的解决办法是用 extern 可以在 start 之前声明子函数。尚未发现其他能用的方式。
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qemu 运行一个虚拟机比如 riscv ubuntu 时要加一大堆参数。这里面除了虚拟机的参数外，一般还会包含一个 boot (例如 uboot)，然后才到真正的操作系统里去，我一直奇怪，那我一个小程序直接做成 boot 跑不就行了？
这确实是可以的，在嵌入式他们那里据说称之为 “裸机” 程序。一个没什么功能的裸程序是非常简单的，就是纯二进制代码或者理解为纯汇编也可以。
那又好奇了，没有进入操作系统之前是不可能操作 printf 或者是 riscv ecall 的呀，那是怎么输出字符串的？
带着这个疑问，我找遍了整个互联网以及各个 ai 。这个问题应该很少人问，解决就更少了，各个 ai 的回答也都是错的，不过倒是有不少可参考的信息。
最后在一位大神的博客看到了，一串非常神奇的几句代码，居然真的能行！但大神没有留下任何解释，又参考了不少文章终于知道了。
首先这只能在 qemu 的 virt 中运行。virt 是一个模拟出来的物理设备，它有一个串口设备，往里写就能输出在 qemu 里看到了 ...
就这么简单。另外只能输出一个字符，因为要等待别人接收前一个字符，连续输出需要写个驱动 ... 不过这个所谓驱动比 windows 下那么麻烦的好太多了，其实只是写完后判断一个，再重置设备就可以了，逻辑代码不超过三行。
好了，代码如下。（不过，因为 gcc 这些编译器会附带很多别的东西，要编译出纯裸机程序需要技巧的）
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#include |stdint.h|
void _start() {
volatile uint8_t *p = (uint8_t *)(uintptr_t)0x10000000;
*p++ = 'A';
*p++ = 'B';
//while (1);
}
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在以下网址
https://blog.csdn.net/Quner6/article/details/136200458
另，可参考
https://blog.csdn.net/df12138/article/details/120528750
“RISC-V from scratch 4: 写 UART 驱动”
它翻译自一位老外的
https://twilco.github.io/riscv-from-scratch/2019/07/28/riscv-from-scratch-4.html
它的编译命令为
riscv64-unknown-elf-gcc -g -ffreestanding -O0 -Wl,--gc-sections \
-nostartfiles -nostdlib -nodefaultlibs -Wl,-T,riscv64-virt.ld \
crt0.s main.c ns16550a.c
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其中 riscv64-virt.ld 就是 link 文件，指挥 ld 操作的。
http://admin.guyuehome.com/44713
“开发一个RISC-V上的操作系统（三）—— 串口驱动程序（UART）”
这也是一篇非常有趣的文章。
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3.2 编译
riscv64-linux-gnu-gcc -ffreestanding -nostdlib -Wl,-Ttext=0x80000000 -O2 a.c
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4. 使用qemu仿真运行riscv裸机程序
启动仿真
qemu-system-riscv32 -nographic -M virt -bios none -kernel a.out
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运行结果如下：
$ qemu-system-riscv32 -nographic -M virt -bios none -kernel a.out
A
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这位仁兄和我一样没有按一般教程去自己编译 riscv 的编译器，而是用的系统自带的安装就行了。本来嘛，写程序的花了一大堆时间去折腾编译器，只能说开源的人太闲，头发太长 ...
2. 工具准备
# for riscv64-linux-gnu-gcc
sudo apt-get install gcc-riscv64-linux-gnu
# for qemu-system-riscv32 / qemu-system-riscv64
sudo apt install qemu-system-misc
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代码中的 0x10000000 就是串口设备的访问地址。
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编译器部分就啰嗦多了，比较忙先说几点不常见的，以后再补充其他。
1.首先 gcc 编译为纯 bin的步骤可以分成好几步的，各个参数一起上的话有些未必能编译过去，这时候可以拆分。
2.可以编译汇编代码。
3.对于 gcc 来说，后缀 .s 和 .S 是不同的，大写的据说可以用宏。
4.有些示例中的 link 文件可以独立调用。
5.据说带有 linux 字样的编译器加上 -nostdlib 这些参数就和 unknown 类型的 gcc 是一样的了。未测试。
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Bare-metal C Program
You need to make an ELF file without headers, which starts at the address 0x8000_0000 by the following instructions:
// Make an assembly file from a C file.
$ riscv64-unknown-elf-gcc -S -nostdlib foo.c
// Make a binary file from an assembly file with start position 0x8000_0000.
$ riscv64-unknown-elf-gcc -Wl,-Ttext=0x80000000 -nostdlib -o foo foo.s
// Remove headers from a binary file.
$ riscv64-unknown-elf-objcopy -O binary foo foo.text
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link 的内容可能是
SECTIONS
{
. = 0x80000000;
.text : { *(.text*) }
.data : { *(.data*) }
.bss : { *(.bss*) }
. = ALIGN(8);
stack_top = .;
}
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但似乎只有 riscv64-unknown-elf-gcc 这样 的程序
riscv64-unknown-elf-as boot.S -o boot.o
riscv64-unknown-elf-ld boot.o -o boot
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这个 link.ld 可以独立调用吗
link.ld 是一个链接脚本，它用于指定如何将多个目标文件（例如，你的汇编代码和任何其他需要的库）链接在一起，以生成一个可执行文件。链接脚本本身不能独立调用，它需要在链接器（如 ld）的上下文中使用。
链接脚本的主要作用是定义输出文件的布局，包括各个段（如代码段、数据段、BSS段等）的起始地址和大小，以及如何将输入文件中的段映射到输出文件中。
在你的例子中，link.ld 脚本定义了一个简单的布局，其中代码段从地址 0x80000000 开始，数据段和BSS段紧随其后。链接器使用这个脚本来确定如何将 boot.S 中的代码和数据段映射到输出文件 boot.elf 中。
如果你想要独立调用链接脚本，你需要使用链接器（如 ld）来执行它。例如，你可以使用以下命令来链接你的程序：
riscv64-unknown-elf-ld -T link.ld -o boot.elf boot.o
在这个命令中，-T link.ld 选项告诉链接器使用 link.ld 脚本，-o boot.elf 选项指定输出文件的名称，boot.o 是输入文件（你的汇编代码已经汇编成目标文件）。
clq
2024-09-07 16:28:37 发表
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大神用Scratch手搓RISC-V模拟器，成功运行Linux内核
OSC开源社区
2023-10-18 18:45
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出品 | OSC开源社区（ID：oschina2013)
近日小编在网上冲浪时被一个项目震惊到了 —— 完全用 Scratch 代码编写了成功运行 Linux 内核的模拟器。
Scratch 是以积木块为基础的可视化程序设计语言开发平台，通过点击并拖拽的方式可视化完成编程。
作者介绍称，他用 Scratch 编写了 RISC-V (rv32ima) 指令集，然后将其作为模拟器运行 Linux 6.1 内核。该模拟器基于纯 C 实现的 mini-rv32ima 模拟器构建。
viahttps://scratch.mit.edu/projects/892602496
下面是项目的运行截图：
相关链接：https://github.com/cnlohr/mini-rv32ima
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