从头开发一个RISC-V的操作系统(四)嵌入式开发介绍

目标：通过这一个系列课程的学习，开发出一个简易的在RISC-V指令集架构上运行的操作系统。

前提

这个系列的大部分文章和知识来自于：[完结] 循序渐进，学习开发一个RISC-V上的操作系统 - 汪辰 - 2021春，以及相关的github地址。

在这个过程中，这个系列相当于是我的学习笔记，做个记录。

嵌入式开发

搞过51，32单片机的同学应该能明白什么是嵌入式开发。嵌入式开发是一种系统级别的与硬件结合比较紧密的软件开发结束。

交叉编译

参与编译与运行的机器根据角色可以分为三类：

• 构建(build)系统：执行编译构建动作的计算机
• 主机(host)系统：运行build系统生成可执行程序的计算机系统
• 目标(target)系统：特别地，当以上生成的可执行程序是GCC时，我们用target来描述用来运行GCC生成的可执行程序的计算机系统。

那么交叉编译就是：build == host != target

大白话就是：你编出来的可执行文件是在另一个不同的系统上运行的。所以你要用可以编译出在目标系统可运行的执行文件的编译器。比如如果你在x86上使用gcc编译出的程序，它只能在x86上运行，无法在risc-v上运行。要想编译出的程序可以在risc-v上运行，你就要使用risc-v的编译器。

GDB调试，QEMU，MAKEFILE

GDB调试这里不多阐述，因为我也不太懂，还在学习阶段，后面可能会出一两期关于gdb的博客。这里可以参考视频。这三者都是工具，网上有很多资料供大家学习。

练习

1. 编写一个简单的打印 “hello world！” 的程序源文件：hello.c

   #include<stdio.h>void main()
   {printf("hello world!");
   }

2. 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。

   $riscv64-unknown-elf-gcc -march=rv32ima -mabi=ilp32 -c hello.c -o hello.o
   $file hello.o
   hello.o: ELF 32-bit LSB relocatable, UCB RISC-V, version 1 (SYSV), not stripped
   

因为是交叉编译，所以这里使用的是risc-v上的编译器，-march=rv32ima指定了程序是运行在risc-v32位整数(i)，支持整数乘法和除法(m)，原子操作(a)的CPU上，其他的扩展指令集名称如下。使用file命令就可以看出这个这个hello.o是risc-v文件。

3. 查看 hello.o 的文件的文件头信息。

$riscv64-unknown-elf-readelf -h hello.o
ELF Header:Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class:                             ELF32Data:                              2's complement, little endianVersion:                           1 (current)OS/ABI:                            UNIX - System VABI Version:                       0Type:                              REL (Relocatable file)Machine:                           RISC-VVersion:                           0x1Entry point address:               0x0Start of program headers:          0 (bytes into file)Start of section headers:          10340 (bytes into file)Flags:                             0x0Size of this header:               52 (bytes)Size of program headers:           0 (bytes)Number of program headers:         0Size of section headers:           40 (bytes)Number of section headers:         21Section header string table index: 20

4. 查看 hello.o 的 Section header table

$ riscv64-unknown-elf-readelf -S hello.o
There are 21 section headers, starting at offset 0x2864:Section Headers:[Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al[ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0[ 1] .text             PROGBITS        00000000 000034 000034 00  AX  0   0  4[ 2] .rela.text        RELA            00000000 002020 000048 0c   I 18   1  4[ 3] .data             PROGBITS        00000000 000068 000000 00  WA  0   0  1[ 4] .bss              NOBITS          00000000 000068 000000 00  WA  0   0  1[ 5] .rodata           PROGBITS        00000000 000068 00000d 00   A  0   0  4[ 6] .debug_info       PROGBITS        00000000 000075 000928 00      0   0  1[ 7] .rela.debug_info  RELA            00000000 002068 000678 0c   I 18   6  4[ 8] .debug_abbrev     PROGBITS        00000000 00099d 0001ba 00      0   0  1[ 9] .debug_aranges    PROGBITS        00000000 000b57 000020 00      0   0  1[10] .rela.debug_arang RELA            00000000 0026e0 000030 0c   I 18   9  4[11] .debug_line       PROGBITS        00000000 000b77 00011d 00      0   0  1[12] .rela.debug_line  RELA            00000000 002710 000054 0c   I 18  11  4[13] .debug_str        PROGBITS        00000000 000c94 0004c3 01  MS  0   0  1[14] .comment          PROGBITS        00000000 001157 000029 01  MS  0   0  1[15] .debug_frame      PROGBITS        00000000 001180 000038 00      0   0  4[16] .rela.debug_frame RELA            00000000 002764 000048 0c   I 18  15  4[17] .riscv.attributes RISCV_ATTRIBUTE 00000000 0011b8 000026 00      0   0  1[18] .symtab           SYMTAB          00000000 0011e0 0009e0 10     19 156  4[19] .strtab           STRTAB          00000000 001bc0 00045f 00      0   0  1[20] .shstrtab         STRTAB          00000000 0027ac 0000b5 00      0   0  1
Key to Flags:W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),p (processor specific)

5. 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。

$riscv64-unknown-elf-objdump -S hello.ohello.o:     file format elf32-littleriscvDisassembly of section .text:00000000 <main>:
#include<stdio.h>void main()
{0:   ff010113                addi    sp,sp,-164:   00112623                sw      ra,12(sp)8:   00812423                sw      s0,8(sp)c:   01010413                addi    s0,sp,16printf("hello world!");10:   000007b7                lui     a5,0x014:   00078513                mv      a0,a518:   00000097                auipc   ra,0x01c:   000080e7                jalr    ra # 18 <main+0x18>
}20:   00000013                nop24:   00c12083                lw      ra,12(sp)28:   00812403                lw      s0,8(sp)2c:   01010113                addi    sp,sp,1630:   00008067                ret