riscv: 映射内核到指定的虚拟地址，使得kinfo能正常工作 (#468)

* riscv: 映射内核到指定的虚拟地址，使得kinfo能正常工作

env.mk

@@ -1,6 +1,6 @@
 
 ifeq ($(ARCH), )
-# ！！！！在这里设置ARCH，可选x86_64和riscv64
+# ！！！！在这里设置ARCH，可选 x86_64 和 riscv64
 # !!!!!!!如果不同时调整这里以及vscode的settings.json，那么自动补全和检查将会失效
 export ARCH?=x86_64
 endif

kernel/src/arch/riscv64/asm/head.S

@@ -2,12 +2,30 @@
 
 .section .bootstrap
 
+#define CSR_SSTATUS		0x100
 #define CSR_SIE			0x104
+#define CSR_STVEC		0x105
 #define CSR_SIP			0x144
 
+# define CSR_TVEC	CSR_STVEC
+
+# define CSR_STATUS	CSR_SSTATUS
 #define CSR_IE CSR_SIE
 #define CSR_IP CSR_SIP
 
+#define SR_FS 0x00006000
+#define SR_VS 0x00000600
+#define SR_FS_VS	(SR_FS | SR_VS) /* Vector and Floating-Point Unit */
+
+#define SATP_MODE_39 0x8000000000000000UL
+#define SATP_MODE_48 0x9000000000000000UL
+#define SATP_MODE_57 0xa000000000000000UL
+
+#define PAGE_OFFSET 0xffffffc000000000
+#define KERNEL_LINK_OFFSET 0x1000000
+#define KERNEL_VIRT_START (PAGE_OFFSET + KERNEL_LINK_OFFSET)
+
+
 // 内核入口（从DragonStub跳转到这里）
 // 参数：
 //   a0: hartid （核心ID）
@@ -18,17 +36,317 @@ ENTRY(_start)
 	/* Mask all interrupts */
 	csrw CSR_IE, zero
 	csrw CSR_IP, zero
-	/* Load the global pointer */
+	
+
+	// 暂存hartid
+	la t0, __initial_hartid_ptr
+	sd a0, 0(t0)
+	// 暂存平坦设备树地址
+	la t0, __initial_fdt_ptr
+	sd a1, 0(t0)
+
+
+	// 暂存_start标签被DragonStub加载到的物理地址
+	auipc t0, 0
+	li t1, -4095
+	and t0, t0, t1
+	la t1, __initial_start_load_paddr
+	sd t0, 0(t1)
+
+	// 清空页表的空间
+	la a0, __initial_pgtable
+	call __initial_clear_pgtable
+	la a0, __initial_l1_pgtable
+	call __initial_clear_pgtable
+	la a0, __initial_l1_pgtable
+	li a1, 4096
+	add a0, a0, a1
+	call __initial_clear_pgtable 
+
+
+
+	// 设置页表，把内核当前所在的物理地址映射到链接时的内核虚拟空间
+	la a0, __initial_start_load_paddr
+	ld a0, 0(a0)
+
+	// 偏移量0xffffffc000000000，计算起始的L0页表项
+	// 因为内核链接地址还有16M的空间，所以这里加上0x1000000
+	li a1, KERNEL_VIRT_START
+	
+	// 映射物理地址到虚拟地址
+	call initial_map_256M_phys_addr
+
+	// 增加恒等映射
+	la a0, __initial_start_load_paddr
+	ld a0, 0(a0)
+
+	mv a1, a0
+	call initial_map_1g_identical
+
+__init_set_pgtable_loop_end:
+	
+	call __initial_reloacate_enable_mmu
+
 .option push
 .option norelax
-	la sp, BSP_IDLE_STACK_SPACE
+	
+	la a0, BSP_IDLE_STACK_SPACE
+	mv sp, a0
 	li t0, 32768
 	add sp, sp, t0
 .option pop
+	/*
+	 * Disable FPU & VECTOR to detect illegal usage of
+	 * floating point or vector in kernel space
+	 */
+	li t0, SR_FS_VS
+	csrc CSR_STATUS, t0
+	
 	/* Call the kernel */
+	la a0, __initial_hartid_ptr
+	ld a0, 0(a0)
+	la a1, __initial_fdt_ptr
+	ld a1, 0(a1)
+	
+	
+	// 跳转到kernel_main
 	call kernel_main
 	nop
-_loop:
-	j _loop
+	wfi
+
+
+__initial_reloacate_enable_mmu:
+	// 计算起始物理地址与内核高虚拟地址的偏移量
+	la t0, __initial_start_load_paddr
+	ld t0, 0(t0)
+	
+	li t1, KERNEL_VIRT_START
+	sub t1, t1, t0
+
+	// 重定位返回地址
+	add ra, ra, t1
+
+	/* Point stvec to virtual address of intruction after satp write */
+	/* Set trap vector to spin forever to help debug */
+	la a2, __initial_Lsecondary_park
+	add a2, a2, t1
+	csrw CSR_TVEC, a2
+	
+	// enable MMU
+	la a2, __initial_pgtable
+	srli a2, a2, 12
+	la a0, __initial_satp_mode
+	ld a0, 0(a0)
+	or a2, a2, a0
+	sfence.vma
+	csrw satp, a2
+
+	ret
+
+// 映射物理地址到虚拟地址(2M页，1G大小)
+// 参数：
+//   a0: 物理地址
+//   a1: 虚拟地址
+initial_map_256M_phys_addr:
+	// 检查物理地址是否对齐到2M
+	li t0, 0x1fffff
+	and t0, t0, a0
+	bnez t0, __initial_map_1g_phys_failed
+
+	// 检查虚拟地址是否对齐到2M
+	li t0, 0x1fffff
+	and t0, t0, a1
+	bnez t0, __initial_map_1g_phys_failed
+
+	// 把起始虚拟地址存储到t2中
+	mv t2, a1
+	// 按照2M对齐
+	li t1, -0x200000
+	and t2, t2, t1
+
+	// 计算L0页表项的索引
+	srl t2, t2, 30
+	andi t2, t2, 511
+	
+	
+	// 填写第一个L0页表项
+	la t4, __initial_pgtable
+	slli t5, t2, 3 // t5 = t2 * 8
+	add t4, t4, t5 // t4 = t4 + t5， t4指向L0页表项
+
+	// 提取L1页表的地址
+	la t5, __initial_l1_pgtable
+	srli t5, t5, 12
+	slli t5, t5, 10
+	ori t5, t5, 0x1 // 设置L1页表项属性，V = 1
+	// 设置L0页表项的值
+	sd t5, 0(t4)
+
+	// 计算是否需要填写第二个L1页表项（判断是否超过第一个L1页表的范围）
+	addi t3, t2, 128
+	li t5, 512
+	blt t3, t5, __initial_set_l1_pgtable
+	// 填写第二个L1页表
+	la t3, __initial_l1_pgtable
+	li t5, 4096
+	add t3, t3, t5
+	srli t3, t3, 12
+	slli t3, t3, 10
+	ori t3, t3, 0x1 // 设置L1页表项属性，V = 1
+	// 设置L0页表项的值
+	sd t3, 8(t4)
+
+__initial_set_l1_pgtable:	// 开始填写L1页表
+
+	// 获取起始物理地址
+	mv t6, a0
+	// 获取L1页表的地址
+	la t0, __initial_l1_pgtable
+
+	// 计算起始L1页表项的索引
+	mv t3, a1
+	srli t3, t3, 21
+	andi t3, t3, 511
+
+	slli t3, t3, 3 // t3 = t3 * 8
+	add t0, t0, t3 // t0 = t0 + t3
+	
+	// 加载计数器
+	li t5, 0
+__initial_set_l1_pgtable_loop:
+	
+	mv t3, t6
+	srli t3, t3, 12 // t3 = t6 >> 12 (page frame number)
+	li t1, 0x3FFFFFFFFFFFFF
+	and t3, t3, t1 // t3 = t3 & 0x3FFFFFFFFFFFFF
+	slli t3, t3, 10 // t3 = t3 << 10
+	ori t3, t3, 0xf // 设置L1页表项属性，R/W/X/V = 1
+	// 设置L1页表项的值
+	sd t3, 0(t0)
+
+	// 增加 页表项指针
+	addi t0, t0, 8
+	// 增加 t6 的值(2M)
+	li t2, 0x200000
+	add t6, t6, t2
+
+	// 增加计数器
+	addi t5, t5, 1
+	// 判断计数器是否超过128
+	li t2, 128
+	blt t5, t2, __initial_set_l1_pgtable_loop
+
+	
+	// 填写完成
+	ret
+
+
+
+
+__initial_map_1g_phys_failed:
+	// 地址没有对齐到2M
+	wfi
+	la a0, __initial_map_1g_phys_failed
+	// 跳转 
+	jr a0
+
+
+
+// 映射物理地址到虚拟地址（恒等映射）
+// 参数：
+//   a0: 物理地址
+initial_map_1g_identical:
+	mv a1, a0
+	// 把_start向下对齐到1GB
+	li t0, -0x40000000
+	// 计算起始物理地址,存放在t0中
+	and t0, t0, a0
+
+	
+	// 把起始虚拟地址存储到t2中
+	mv t2, a1
+	// 按照1g对齐
+	li t1, -0x40000000
+	and t2, t2, t1
+	
+	// 右移30位，得到L0页表项的索引
+	srl t2, t2, 30
+	// 与511进行与运算，得到L0页表项的索引
+	andi t2, t2, 511
+	
+
+	// 填写页表项
+	// li t2, 0xf // 页表项属性, R/W/X/V = 1
+	la t4, __initial_pgtable
+	slli t3, t2, 3 // t3 = t2 * 8
+	add t4, t4, t3 // t4 = t4 + t3
+
+	mv t3, t0
+	srli t3, t3, 12 // t3 = t0 >> 12 (page frame number)
+	slli t3, t3, 10 // t3 = t3 << 10 
+	ori t3, t3, 0xf // set R/W/X/V = 1
+	// 设置t0地址在L0页表中的值
+	sd t3, 0(t4)
+
+	// 增加 t4 的值
+	addi t4, t4, 8
+	// 增加 t3 的值(1G)
+	li t2, 0x40000000
+	add t3, t3, t2
+	sd t3, 0(t4)
+
+	ret
+
+// 用于清空页表的空间
+// 参数：
+//   a0: page table address
+__initial_clear_pgtable:
+	mv t0, a0
+	li t1, 512
+	li t2, 0 // 用于存储 0
+
+__initial_clear_pgtable_loop:
+
+	sd t2, 0(t0) // 将 0 存储到当前word
+	addi t0, t0, 8 // 增加 t0 的值
+	addi t1, t1, -1 // 减少剩余的word数
+	bnez t1, __initial_clear_pgtable_loop
+
+	ret
+
+.align 2
+__initial_Lsecondary_park:
+	/* We lack SMP support or have too many harts, so park this hart */
+	wfi
+	j __initial_Lsecondary_park
+
+// 全局变量，存储平坦设备树的地址和hartid
+.global __initial_fdt_ptr
+__initial_fdt_ptr:
+	.quad 0
+
+.global __initial_hartid_ptr
+__initial_hartid_ptr:
+	.quad 0
+
+// _start标签在启动时被加载到的物理地址
+__initial_start_load_paddr:
+	.quad 0
+
+__initial_kernel_main_vaddr:
+	.quad 0
+
+
+
+.global __initial_satp_mode
+__initial_satp_mode:
+	.quad SATP_MODE_39
+
+// 初始页表的空间（sv39模式的L0页表）
+.section .initial_pgtable_section
+__initial_pgtable:
+	.skip 4096
 
+__initial_l1_pgtable:
+	.skip 8192
 

kernel/src/arch/riscv64/init/mod.rs

@@ -1,14 +1,16 @@
 use core::intrinsics::unreachable;
 
-use crate::{
-    driver::tty::serial::serial8250::send_to_default_serial8250_port, init::init_before_mem_init,
-    kdebug,
-};
+use crate::{init::init_before_mem_init, kinfo, mm::PhysAddr};
 
 #[no_mangle]
-unsafe extern "C" fn kernel_main(hartid: usize, fdt_addr: usize) -> ! {
+unsafe extern "C" fn kernel_main(hartid: usize, fdt_paddr: usize) -> ! {
+    let fdt_paddr = PhysAddr::new(fdt_paddr);
     init_before_mem_init();
-    send_to_default_serial8250_port(&b"Hello, world! RISC-V!\n"[..]);
+    kinfo!(
+        "DragonOS kernel is running on hart {}, fdt address:{:?}",
+        hartid,
+        fdt_paddr
+    );
     loop {}
     unreachable()
 }

kernel/src/arch/riscv64/link.ld

@@ -10,20 +10,23 @@ ENTRY(_start)
 
 SECTIONS
 {
-	//KERNEL_VMA = 0xffffffc000000000;
-	KERNEL_VMA = 0;
+	KERNEL_VMA = 0xffffffc000000000;
 	. = 0x1000000;
-	
-	.boot.text :
+	. += KERNEL_VMA;
+	. = ALIGN(4096);
+	boot_text_start_pa = .;
+	.boot.text : AT(boot_text_start_pa - KERNEL_VMA)
 	{
 		KEEP(*(.bootstrap))
-		*(.bootstrap.code64)
-		*(.bootstrap.data)
+		*(.bootstrap)
+		*(.bootstrap.*)
+		. = ALIGN(4096);
+		*(.initial_pgtable_section)
 		. = ALIGN(4096);
 	}
 
-	. += KERNEL_VMA;
-	. = ALIGN(32768);
+
+	. = ALIGN(4096);
 	text_start_pa = .;
 	.text (text_start_pa): AT(text_start_pa - KERNEL_VMA)
 	{

kernel/src/arch/riscv64/mm/init.rs

@@ -0,0 +1,3 @@
+use virtio_drivers::PhysAddr;
+
+pub fn setup_vm(dtb_paddr: PhysAddr) {}

kernel/src/arch/riscv64/mm/mod.rs

@@ -5,6 +5,7 @@ use crate::mm::{
 };
 
 pub mod bump;
+pub(super) mod init;
 
 pub type PageMapper = crate::mm::page::PageMapper<RiscV64MMArch, LockedFrameAllocator>;
 

kernel/submodules/DragonStub

@@ -1 +1 @@
-Subproject commit bf26173f2b67d188d3c531d8b36e982748b062fc
+Subproject commit 5d9a3c158772e628967d96e442c7398fa9da576a

user/libs/libc/src/Makefile

@@ -35,4 +35,4 @@ clean:
 libc: $(libc_objs) $(libc_sub_dirs) libc_rust
 
 libc_rust:
-	cargo +nightly-2023-01-21 build --release --target ./arch/x86_64/x86_64-unknown-none.json
+	cargo +nightly-2023-08-15 build --release --target ./arch/x86_64/x86_64-unknown-none.json