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.o14 15 mbr.bin: mbr.S16 nasm -I include/ mbr.S -o mbr.bin 17 18 loader.bin: loader.S19 nasm -I include/ loader.S -o loader.bin 20 21 install: mbr.bin loader.bin22 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=notrunc24 dd if=./kernel.bin of=./hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc25 ./bin/bochs -f bochsrc.disk26 27 #编译print.S28 $(BUILD_DIR)/print.o : ./project/lib/kernel/print.S29 nasm -f elf -o $(BUILD_DIR)/print.o ./project/lib/kernel/print.S30 31 #编译kernel.S32 $(BUILD_DIR)/kernel.o : ./project/kernel/kernel.S33 nasm -f elf -o $(BUILD_DIR)/kernel.o ./project/kernel/kernel.S34 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)/%.c40 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@41 42 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH3)/%.c43 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@44 45 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH4)/%.c46 gcc -m32 $(INCLUDE) -c -fno-builtin $< -o $@47 48 $(BUILD_DIR)/%.o : $(PATH5)/%.c49 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clean52 clean:53 -rm -rf $(BUILD_DIR)/*.o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EOI101 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EOI107 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3135 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 }#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#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);}#ifndef __KERNEL_DEBUG_H#define __KERNEL_DEBUG_Hvoid 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046 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 }#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); }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。