chapter1练习

• 本节难度： 低

编程作业

彩色化 LOG

lab1 的工作使得我们从硬件世界跳入了软件世界，当看到自己的小 os 可以在裸机硬件上输出 hello world 是不是很高兴呢？但是为了后续的一步开发，更好的调试环境也是必不可少的，第一章的练习要求大家实现更加炫酷的彩色log。

详细的原理不多说，感兴趣的同学可以参考 ANSI转义序列 ，现在执行如下这条命令试试

$ echo -e "\x1b[31mhello world\x1b[0m"

如果你明白了我们是如何利用串口实现输出，那么要实现彩色输出就十分容易了，只需要用需要输出的字符串替换上一条命令中的 hello world，用期望颜色替换 31(代表红色)　即可。

警告

以下内容仅为推荐实现，不是练习要求，有时间和兴趣的同学可以尝试。

我们推荐实现如下几个等级的输出，输出优先级依次降低：

我们可以输出比设定输出等级以及更高输出等级的信息，如设置 LOG = INFO，则输出　ERROR、WARN、INFO 等级的信息。简单 demo 如下，输出等级为 INFO:

为了方便使用彩色输出，我们要求同学们实现彩色输出的宏或者函数，用以代替 print 完成输出内核信息的功能，它们有着和 prinf 十分相似的使用格式，要求支持可变参数解析，形如：

// 这段代码输出了 os 内存空间布局，这到这些信息对于编写 os 十分重要
info!(".text [{:#x}, {:#x})", s_text as usize, e_text as usize);
debug!(".rodata [{:#x}, {:#x})", s_rodata as usize, e_rodata as usize);
error!(".data [{:#x}, {:#x})", s_data as usize, e_data as usize);

info("load range : [%d, %d] start = %d\n", s, e, start);

在以后，我们还可以在 log 信息中增加线程、CPU等信息（只是一个推荐，不做要求），这些信息将极大的方便你的代码调试。

实验要求

• 实现分支：ch1。

• 完成实验指导书中的内容，在裸机上实现 hello world 输出。

• 实现彩色输出宏(只要求可以彩色输出，不要求 log 等级控制，不要求多种颜色)。

• 隐形要求：可以关闭内核所有输出。从 lab2 开始要求关闭内核所有输出（如果实现了 log 等级控制，那么这一点自然就实现了）。

• 利用彩色输出宏输出 os 内存空间布局，即：输出 .text、.data、.rodata、.bss 各段位置，输出等级为 INFO。

challenge: 支持多核，实现多个核的 boot。

实验检查

• 实验目录要求(Rust)

├── os(内核实现)
│   ├── Cargo.toml(配置文件)
│   ├── Makefile (要求 make run LOG=xxx 可以正确执行，可以不实现对 LOG 这一属性的支持，设置默认输出等级为 INFO)
│   └── src(所有内核的源代码放在 os/src 目录下)
│       ├── main.rs(内核主函数)
│       └── ...
├── reports
│   ├── lab1.md/pdf
│   └── ...
├── README.md（其他必要的说明）
├── ...

报告命名 labx.md/pdf，统一放在 reports 目录下。每个实验新增一个报告，为了方便修改，检查报告是以最新分支的所有报告为准。

• 检查

$ cd os
$ git checkout ch1
$ make run LOG=INFO

可以正确执行(可以不支持LOG参数，只有要彩色输出就好)，可以看到正确的内存布局输出，根据实现不同数值可能有差异，但应该位于 linker.ld 中指示 BASE_ADDRESS 后一段内存，输出之后关机。

tips

• 对于 Rust, 可以使用 crate log ，推荐参考 rCore

• 对于 C，可以实现不同的函数（注意不推荐多层可变参数解析，有时会出现不稳定情况），也可以参考 linux printk 使用宏实现代码重用。

• 两种语言都可以使用 extern 关键字获得在其他文件中定义的符号。

问答作业

1. 为了方便 os 处理，Ｍ态软件会将 S 态异常/中断委托给 S 态软件，请指出有哪些寄存器记录了委托信息，rustsbi 委托了哪些异常/中断？（也可以直接给出寄存器的值）

2. 请学习 gdb 调试工具的使用(这对后续调试很重要)，并通过 gdb 简单跟踪从机器加电到跳转到 0x80200000 的简单过程。只需要描述重要的跳转即可，只需要描述在 qemu 上的情况。

3. tips:

• 事实上进入 rustsbi 之后就不需要使用 gdb 调试了。可以直接阅读代码。rustsbi起始代码 。

• 可以使用示例代码 Makefile 中的 make debug 指令。

• 一些可能用到的 gdb 指令：

  • x/10i 0x80000000 : 显示 0x80000000 处的10条汇编指令。

  • x/10i $pc : 显示即将执行的10条汇编指令。

  • x/10xw 0x80000000 : 显示 0x80000000 处的10条数据，格式为16进制32bit。

  • info register: 显示当前所有寄存器信息。

  • info r t0: 显示 t0 寄存器的值。

  • break funcname: 在目标函数第一条指令处设置断点。

  • break *0x80200000: 在 0x80200000 出设置断点。

  • continue: 执行直到碰到断点。

  • si: 单步执行一条汇编指令。

报告要求

• 简单总结本次实验你编程的内容。（控制在5行以内，不要贴代码）

• 由于彩色输出不好自动测试，请附正确运行后的截图。

• 完成问答问题。

• (optional) 你对本次实验设计及难度/工作量的看法，以及有哪些需要改进的地方，欢迎畅所欲言。