目录 一、前景回顾 二、编写makefile 三、实现Assert断言 四、实现字符串操作函数 五、测试 一、前景回顾 上一回我们详细地讲解了整个系统的中断工作流程，整个中断系统比较难的地方
目录
一、前景回顾
二、编写makefile
三、实现Assert断言
四、实现字符串操作函数
五、测试
一、前景回顾
上一回我们详细地讲解了整个系统的中断工作流程，整个中断系统比较难的地方在于中断的执行流程，我开始学的时候对这一块也是比较模糊的，感觉不知从何入手。现在已经很清楚整个流程了，这里可以给读者一个建议，想象自己是CPU，当接收到中断信号后，根据中断的处理流程去看代码，应该很快就能看懂代码，不要单独去看某一块代码，这样代入性不强。这一回先暂停主线任务，先腾出手来把一些准备工作给完善了。
二、编写makefile
这里为什么要插入makefile呢？在前面的代码中，如果读者都编译运行过的话，会发现实在是太太太麻烦了！每一个文件都要去编译，最后再链接。所以这里我们写一个自己的makefile，只需要一键make就可以。直接上代码：
1 BUILD_DIR = ./build
2 PATH1 = project/kernel
3 PATH2 = project/lib/kernel
4 PATH3 = project/lib/user
5 PATH4 = project/userprog
6 PATH5 = project/lib
7 INCLUDE = -I $(PATH1) -I $(PATH2) -I $(PATH3) -I $(PATH4) -I $(PATH5)
8 SRC = $(wildcard $(PATH1)/*.c $(PATH2)/*.c $(PATH3)/*.c $(PATH4)/*.c $(PATH5)/*.c)
9 OBJ = $(patsubst %.c, $(BUILD_DIR)/%.o, $(notdir $(SRC))) $(BUILD_DIR)/print.o $(BUILD_DIR)/kernel.o
10
11 kernel.bin: $(OBJ)
12 ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o ./kernel.bin ./build/main.o ./build/print.o ./build/interrupt.o \
13 ./build/kernel.o ./build/timer.o ./build/init.o ./build/debug.o ./build/string.o
14
15 mbr.bin: mbr.S
16 nasm -I include/ mbr.S -o mbr.bin
17
18 loader.bin: loader.S
19 nasm -I include/ loader.S -o loader.bin
20
21 install: mbr.bin loader.bin
22 dd if=./mbr.bin of=./hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc
23 dd if=./loader.bin of=./hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc
24 dd if=./kernel.bin of=./hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc
25 ./bin/bochs -f bochsrc.disk
26
27 #编译print.S
28 $(BUILD_DIR)/print.o : ./project/lib/kernel/print.S
29 nasm -f elf -o $(BUILD_DIR)/print.o ./project/lib/kernel/print.S
30
31 #编译kernel.S
32 $(BUILD_DIR)/kernel.o : ./project/kernel/kernel.S
33 nasm -f elf -o $(BUILD_DIR)/kernel.o ./project/kernel/kernel.S
34
35 #编译四个目录下的.c文件为对应的.o文件
36 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH1)/%.c
37 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@
38
39 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH2)/%.c
40 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@
41
42 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH3)/%.c
43 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@
44
45 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH4)/%.c
46 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@
47
48 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH5)/%.c
49 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-stack-protector -fno-builtin $< -o $@
50
51 .PHONY:clean #防止 外面有clean文件 阻止执行clean
52 clean:
53 -rm -rf $(BUILD_DIR)/*.o
makefile
我们新建了一个文件夹build，这个文件以后专门用于存放编译生成的.o文件。这里需要注意一个地方，因为考虑到ld链接的顺序，被依赖的文件应该放在前面。所以这里需要手动添加链接的文件。以后每新增一个.o文件，我们都需要自己手动修改一下makefile。这也是无奈之举。除了这个以外，我们以后只需要通过make就可以编译链接所有文件，通过make install命令就可以自动将生成的bin文件拷贝进硬盘并且启动系统。这个makefile我没有抄书上的，是根据自己的理解来写的。所以可能有些地方看起来很丑，不过能用就行了。
三、实现Assert断言
Assert断言是什么意思呢？我以前学习stm32的时候，有些时候看源代码会有这种代码出现：
它就是一种Assert断言，什么意思呢？就是对传进来的表达式进行判断，如果为真就跳过，如果为假就报错。就是起到一种debug的作用，好让你知道当程序出错后，是错在哪个地方。在此之前，还需要完善一下interrupt.c和interrupt.h文件，然后在project/kernel目录下新建debug.c和debug.h文件。一并如下：
1 #include "interrupt.h"
2 #include "stdint.h"
3 #include "global.h"
4 #include "io.h"
5 #include "print.h"
6
7 #define IDT_DESC_CNT 0x81 //目前支持的中断数
8
9 #define PIC_M_CTRL 0x20 //主片的控制端口是0x20
10 #define PIC_M_DATA 0x21 //主片的数据端口是0x21
11 #define PIC_S_CTRL 0xa0 //从片的控制端口是0xa0
12 #define PIC_S_DATA 0xa1 //从片的数据端口是0xa1
13
14 #define EFLAGS_IF 0x00000200 //eflags寄存器的if位为1
15 #define GET_EFLAGS(EFLAGS_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g"(EFLAGS_VAR))
16
17 /*中断门描述符结构体*/
18 struct gate_desc {
19 uint16_t func_offet_low_word;
20 uint16_t selector;
21 uint8_t dcount; //此项为双字计数字段，是门描述符中的第4字节
22 uint8_t attribute;
23 uint16_t func_offet_high_word;
24 };
25
26 /*定义IDT表*/
27 static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT];
28 extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT];
29
30 char *intr_name[IDT_DESC_CNT]; //用于保存异常的名字
31 intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; //定义中断处理程序数组
32
33 /*通用的中断处理函数，一般用在异常出现时的处理*/
34 static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr)
35 {
36 if (vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) {
37 return ;
38 }
39
40 /*将光标置为0，从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域，方便阅读*/
41 set_cursor(0);
42 int cursor_pos = 0;
43 while (cursor_pos < 320) {
44 put_char(' ');
45 cursor_pos++;
46 }
47
48 set_cursor(0);
49 put_str("!!!!!!!!!!!exception message begin!!!!!!!!!");
50 set_cursor(88);
51 put_str(intr_name[vec_nr]);
52
53 //如果为pagefault，将缺失的地址打印出来并且悬停
54 if (vec_nr == 14) {
55 int page_fault_vaddr = 0;
56 asm volatile ("movl %%cr2, %0": "=r" (page_fault_vaddr)); //cr2存放造成pagefault的虚拟地址
57 put_str("\npage fault addr is: ");put_int(page_fault_vaddr);
58 }
59 put_str("!!!!!!!!!!!exception message end!!!!!!!!！!");
60 //能进入中断处理程序就表示已经处于关中断的情况下，不会出现进程调度的情况，因此下面的死循环可以一直执行
61 while (1);
62 }
63
64 /*完成一般中断处理函数注册及异常名称注册*/
65 static void exception_init(void)
66 {
67 int i;
68 for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) {
69 idt_table[i] = general_intr_handler;
70 intr_name[i] = "unknow";
71 }
72 intr_name[0] = "#DE Divide Error";
73 intr_name[1] = "#DB Debug Exception";
74 intr_name[2] = "NMI Interrupt";
75 intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception";
76 intr_name[4] = "#OF Overflow Exception";
77 intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception";
78 intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception";
79 intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception";
80 intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception";
81 intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun";
82 intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception";
83 intr_name[11] = "#NP Segment Not Present";
84 intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception";
85 intr_name[13] = "#GP General Protection Exception";
86 intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception";
87 // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用
88 intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error";
89 intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception";
90 intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception";
91 intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception";
92 }
93
94 /* 初始化可编程中断控制器8259A */
95 static void pic_init(void) {
96 /* 初始化主片 */
97 outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4.
98 outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为0x20,也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27.
99 outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2接从片.
100 outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI
101
102 /* 初始化从片 */
103 outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4.
104 outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F.
105 outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚
106 outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI
107
108 /*打开键盘和时钟中断*/
109 outb(PIC_M_DATA, 0xfc);
110 outb(PIC_S_DATA, 0xff);
111
112 put_str("pic_init done\n");
113 }
114
115
116 /*创建中断门描述符*/
117 static void make_idt_desc(struct gate_desc *p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function)
118 {
119 p_gdesc->func_offet_low_word = (uint32_t)function & 0x0000FFFF;
120 p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE;
121 p_gdesc->dcount = 0;
122 p_gdesc->attribute = attr;
123 p_gdesc->func_offet_high_word = ((uint32_t)function & 0xFFFF0000) >> 16;
124 }
125
126 /*初始化中断描述符表*/
127 static void idt_desc_init(void)
128 {
129 int i = 0;
130 for (i = 0; i <IDT_DESC_CNT; i++) {
131 make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]);
132 }
133
134 /* 单独处理系统调用，系统调用对应的中断门dpl为3
135 中断处理程序为单独的syscall_handler */
136 //make_idt_desc(&idt[0x80], IDT_DESC_ATTR_DPL3, syscall_handler);
137 put_str("ide_desc_init done\n");
138 }
139
140 /*完成中断有关的所有初始化工作*/
141 void idt_init(void)
142 {
143 put_str("idt_init start\n");
144 idt_desc_init();
145 exception_init();
146 pic_init();
147
148 /*加载idt*/
149 uint64_t idt_operand = (sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16);
150 asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));
151 put_str("idt_init done\n");
152 }
153
154
155 /*在中断处理程序数组第vector_no个元素中注册安装中断处理程序*/
156 void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function)
157 {
158 idt_table[vector_no] = function;
159 }
160
161
162 /*开中断，并且返回开中断前的状态*/
163 enum intr_status intr_enable(void)
164 {
165 enum intr_status old_status;
166 if (INTR_ON == intr_get_status()) {
167 old_status = INTR_ON;
168 return old_status;
169 } else {
170 old_status = INTR_OFF;
171 asm volatile("sti"); //开中断
172 return old_status;
173 }
174 }
175
176 /*关中断，并且返回关中断前的状态*/
177 enum intr_status intr_disable(void)
178 {
179 enum intr_status old_status;
180 if (INTR_ON == intr_get_status()) {
181 old_status = INTR_ON;
182 asm volatile("cli": : : "memory");
183 return old_status;
184 } else {
185 old_status = INTR_OFF;
186 return old_status;
187 }
188 }
189
190 /*将中断状态设置为status*/
191 enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status)
192 {
193 return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable();
194 }
195
196 /*获取当前中断状态*/
197 enum intr_status intr_get_status(void)
198 {
199 uint32_t eflags = 0;
200 GET_EFLAGS(eflags);
201 return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF;
202 }
interrupt.c
#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H
#define __KERNEL_INTERRUPT_H
#include "stdint.h"
/*定义中断的两种状态
*INTR_OFF为0，表示关中断
*INTR_ON为1，表示开中断
*/
enum intr_status {
INTR_OFF, //中断关闭
INTR_ON //中断打开
};
typedef void* intr_handler;
void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function);
enum intr_status intr_enable(void);
enum intr_status intr_disable(void);
enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status);
enum intr_status intr_get_status(void);
void idt_init(void);
#endif
interrupt.h
#include "debug.h"
#include "print.h"
#include "interrupt.h"
enum intr_status intr_disable(void);
void panic_spin(char *filename, int line, const char *func, const char *condition)
{
intr_disable();
put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n");
put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n");
put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n");
put_str("function:");put_str((char *)func);put_str("\n");
put_str("condition:");put_str((char *)condition);put_str("\n");
while(1);
}
debug.c
#ifndef __KERNEL_DEBUG_H
#define __KERNEL_DEBUG_H
void panic_spin(char *filename, int line, const char *func, const char *condition);
#define PANIC(...) panic_spin(__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__)
#ifdef NDEBUG
#define ASSERT(...) ((void)0)
#else
#define ASSERT(CONDITION) \
if (CONDITION) {} else { \
PANIC(#CONDITION); \
}
#endif
#endif
debug.h
四、实现字符串操作函数
这个没什么好说的，就是一些基本的字符串操作函数，为方便后面的使用。在project/lib/kernel目录下新建string.c和string.h文件，代码如下：
1 #include "string.h"
2 #include "global.h"
3 #include "debug.h"
4
5 /*将dst_起始的size个字节置为value*/
6 void memset(void *dst_, uint8_t value, uint32_t size)
7 {
8 ASSERT(dst_ != NULL);
9 uint8_t *dst = (uint8_t *)dst_;
10 while (size-- > 0)
11 *dst++ = value;
12 }
13
14 /*将src_起始的size个字节复制到dst_*/
15 void memcpy(void *dst_, const void *src_, uint32_t size)
16 {
17 ASSERT((dst_ != NULL) && (src_ != NULL));
18 uint8_t *dst = (uint8_t *)dst_;
19 const uint8_t *src = (const uint8_t *)src_;
20 while (size-- > 0)
21 *dst++ = *src++;
22 }
23
24 /*连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节，若相等则返回0，若a_大于b_，返回+1，否则返回-1*/
25 int memcmp(const void *a_, const void *b_, uint32_t size)
26 {
27 ASSERT((a_ != NULL) && (b_ != NULL));
28 const char *a = (const char *)a_;
29 const char *b = (const char *)b_;
30 while (size-- > 0) {
31 if (*a != *b)
32 return (*a > *b) ? 1 : -1;
33 a++;
34 b++;
35 }
36 return 0;
37 }
38
39 /*将字符串从src_复制到dst_*/
40 char *strcpy(char *dst_, const char *src_)
41 {
42 ASSERT((dst_ != NULL) && (src_ != NULL));
43 uint8_t *dst = (uint8_t *)dst_;
44 const uint8_t *src = (const uint8_t *)src_;
45 while((*dst++ = *src++)); //先将*src++赋值给*dst++，再判断*dst++是否为0
46 return dst;
47 }
48
49 /*返回字符串长度*/
50 uint32_t strlen(const char *str)
51 {
52 const char *p = str;
53 while (*p++);
54 return (p - str - 1);
55 }
56
57 /*比较两个字符串，若a_中的字符大于b_中的字符返回1，相等返回0，否则返回-1*/
58 int8_t strcmp(const void *a_, const void *b_)
59 {
60 ASSERT((a_ != NULL) && (b_ != NULL));
61 const char *a = (const char *)a_;
62 const char *b = (const char *)b_;
63 if ((*a != 0) && (*a == *b)) {
64 a++;
65 b++;
66 }
67 return (*a < *b) ? -1 : *a > *b; //这里的*a > *b，如果满足就是1，否则就是0，很巧妙
68 }
69
70 /*从左往右查找字符串str首次出现字符ch的地址*/
71 char *strchr(const char *str, const uint8_t ch)
72 {
73 ASSERT(str != NULL);
74 while (*str != 0) {
75 if (*str == ch)
76 return (char *)str;
77 str++;
78 }
79 return NULL;
80 }
string.c
#ifndef __LIB_STRING_H
#define __LIB_STRING_H
#include "stdint.h"
void memset(void *dst_, uint8_t value, uint32_t size);
void memcpy(void *dst_, const void *src_, uint32_t size);
int memcmp(const void *a_, const void *b_, uint32_t size);
char *strcpy(char *dst_, const char *src_);
uint32_t strlen(const char *str);
int8_t strcmp(const void *a_, const void *b_);
char *strchr(const char *str, const uint8_t ch);
#endif
string.h
五、测试
最后我们来测试一下前面的ASSERT函数的功能。修改main函数如下，不要忘记还要在makefile中增加debug.o和string.o。
#include "print.h"
#include "init.h"
#include "debug.h"
int main(void)
{
put_str("HELLO KERNEL\n");
init_all();
ASSERT(1==2);
while(1);
}
main.c
最终运行结果如下，也就说明我们的ASSERT函数成功。
本回的内容就到此结束了，下一回合我们开始步入内存管理系统。欲知后事如何，请看下回分解。