• 学习开发一个RISC-V上的操作系统（汪辰老师） — 01-helloRVOS程序讲解

    前言

    （1）此系列文章是跟着汪辰老师的RISC-V课程所记录的学习笔记。
    （2）该课程相关代码gitee链接；
    （3）PLCT实验室实习生长期招聘：招聘信息链接
    （4）

    start.S

    （1）qemu模拟的板子有8个内核，为了让我们跟方便理解，汪辰老师只使用了一个内核。
    （2）如下是进行判断，当前执行任务的是否是第一个内核。如果是的，往下执行，如果不是第一个内核，跳转到park任务中。

    csrr	t0, mhartid		# read current hart id
mv	tp, t0			# keep CPU's hartid in its tp for later usage.
bnez	t0, park		# if we're not on the hart 0

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    （3）这里的wfi是让内核进入低功耗状态。如果没有这条语句，其他7个内核不进行任何操作，只是空转没必要，因此直接让他们进入休眠即可。这样省电。

    park:
	wfi
	j	park

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    （4）这里主要是进行一些堆栈操作，最后的j，是跳转到c程序中。start_kernel你可以修改为任意名字，只要的c程序入口函数也修改为对应的函数名即可。

    slli	t0, t0, 10		# shift left the hart id by 1024
la	sp, stacks + STACK_SIZE	# set the initial stack pointer
				# to the end of the first stack space
add	sp, sp, t0		# move the current hart stack pointer
				# to its place in the stack space

j	start_kernel		# hart 0 jump to c

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    kernel.c

    （1）这里实际上就是在串口上打印一个Hello, RVOS!，之后进入空转状态。

    extern void uart_init(void);
extern void uart_puts(char *s);

void start_kernel(void)
{
	uart_init();
	uart_puts("Hello, RVOS!\n");

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

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    uart.c

    宏定义

    （1）因为qemu的串口0地址为0x10000000，所以这里以0x10000000为基地址进行偏移操作。这里建立一个宏的目的是为了后续方便操作。

    /* --- 这个是在platform.h中 ---*/
#define UART0 0x10000000L
/* --- uart.c中 ---*/
#define UART_REG(reg) ((volatile uint8_t *)(UART0 + reg))

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    （2）这里的宏定义其实就是对照者如下表格来进行的宏定义的。这个时候肯定会有人有疑问，怎么偏移0地址和偏移1地址都是有多个寄存器的呢？
    <1>对于偏移0地址而言，这个是串口的数据收发寄存器，一般来说，单片机的发送寄存器和接受寄存器都是同一个寄存器，这样可以保证资源的重复利用。那么单片机是如何知道这个寄存器的数据，到底是发送出去的，还是接受过来的呢？这个就是硬件层面的配置了。对于写软件程序的我们，只需要知道，如果向这个寄存器写入数据，那么单片机就会发送数据。如果你要读取这个寄存器的数据，那么就是接收数据。 个人感觉这个可能和51单片机的IO准双向电路设计原理类似，感兴趣的可以去了解这部分电路设计。
    <2>DLL 和DLM 又是什么呢？当LCR寄存器的bit7为1时候，偏移地址0和偏移地址1的两个寄存器就是被当成了波特率发生器寄存器，DLL就是波特率发生器的低8位，DLM就是高8位。（不理解的话，后面有更详细的介绍）

    #define RHR 0	// Receive Holding Register (read mode)
#define THR 0	// Transmit Holding Register (write mode)
#define DLL 0	// LSB of Divisor Latch (write mode)
#define IER 1	// Interrupt Enable Register (write mode)
#define DLM 1	// MSB of Divisor Latch (write mode)
#define FCR 2	// FIFO Control Register (write mode)
#define ISR 2	// Interrupt Status Register (read mode)
#define LCR 3	// Line Control Register
#define MCR 4	// Modem Control Register
#define LSR 5	// Line Status Register
#define MSR 6	// Modem Status Register
#define SPR 7	// ScratchPad Register

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    （3）LSR寄存器的bit0是用于检测接受数据是否已经过来了，如果接收到了数据bit0 == 1。LSR寄存器的bit5是用于判断串口数据是否发送出去，如果发送出去了bit5 == 0。

    #define LSR_RX_READY (1 << 0)
#define LSR_TX_IDLE  (1 << 5)

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    （4）上面说了，硬件上已经做好了处理，如果你写入数据，软件层面直接赋值。读取数据，直接获取这个寄存器数据即可。因此写法如下：

    #define uart_read_reg(reg) (*(UART_REG(reg)))
#define uart_write_reg(reg, v) (*(UART_REG(reg)) = (v))

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    uart_init()

    失能中断

    （1）首先，我们对IER寄存器全部写入0，意思是关闭所有的中断。

    IER BIT 7-4IER BIT-3IER BIT-2IER BIT-1IER BIT-0
    全部置0modem状态寄存器中断接收中断发送完成中断接收就绪中断

    在这里插入图片描述

    // 失能所有中断
uart_write_reg(IER, 0x00);

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    波特率配置

    （1）因为我们需要配置波特率，而配置波特率需要使用到DLL和DLM寄存器。所以需要设置LCR寄存器的bit7为高电平。为了防止其他位被破坏，所以先读取LCR寄存器的值，再对bit7进行操作。

    uint8_t lcr = uart_read_reg(LCR);

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    （2）使能内部波特率计数器锁存（DLAB），因为如果要配置波特率，需要先将这一位置为高电平。之后0地址和1地址的寄存器就变成了波特率设置寄存器。

    uart_write_reg(LCR, lcr | (1 << 7));

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    （3）因为我们的仿真器是使用的1.8432MHZ的晶振进行的计算，最终需要生成的波特率是38.4K，就需要向DLL中写入3。至于为什么需要波特率是38.4K，这个我就不太清楚了。

    uart_write_reg(DLL, 0x03);

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    （4）从上面的表我们可以看出，如果波特率为50，需要存入2304。而tb16550这款芯片的寄存器只有8位，明显是存放不下来的。因此IER寄存器在DLAB被使能的时候变成DLM，作为波特率生成器的高八位。因为我们需要写入的是3，所以DLM直接写0。

    uart_write_reg(DLM, 0x00);

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    异步通讯格式配置

    （1）这里就是设置有效数据为8位，停止位为1，不进行校验（当bit3为0时候，bit4--bit5都没有用）。因为不需要中断，所以bit6为0，波特率设置已经完成了，所以bit7为0。
    （2）通过上面的分析，即可得出，LCR寄存器写入一个0000 0011即可。

    lcr = 0;
uart_write_reg(LCR, lcr | (3 << 0));

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    uart_putc()

    （1）这个函数就是用于发送一个字符数据的，如果玩过51单片机的同学都会知道，你进行串口发送数据的时候，都需要等待第一个数据发送完成，才可以开始第二个数据发送。否则就会出现，第一个数据还没有发送完，就被第二个数据覆盖了。因此第一个数据就无法成功的输出。
    （2）通过查阅数据手册可知，当LSR寄存器的bit5 == 0时候，表示数据发送完成，因此这里需要进行一次while死循环。
    （3）当LSR寄存器的bit5 == 0条件满足，退出while()循环，就可以发送数据了。

    int uart_putc(char ch)
{
	while ((uart_read_reg(LSR) & LSR_TX_IDLE) == 0);
	return uart_write_reg(THR, ch);
}

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    uart_puts()

    （1）因为我们需要发送一个字符串，而字符串的最后一位是'/0'，所以写法如下。

    void uart_puts(char *s)
{
	while (*s) {
		uart_putc(*s++);
	}
}

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    参考文章

    （1）TECHNICAL DATA ON 16550；
    （2）https://gitee.com/unicornx/riscv-operating-system-mooc/blob/main/code/os/01-helloRVOS/uart.c
    （3）https://github.com/qemu/qemu/blob/master/hw/riscv/virt.c

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_63922192/article/details/133581500