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A. Travaux dirigés
B. Travaux pratiques

Codes (tgz) → [ gcc & simulateur ] [ TME 9 ] [ TME 10 ] [ TME 11 ]

Boot et premier programme en mode kernel

Cette page décrit la séance complète : TD et TP. Elle commence par des exercices à faire sur papier et puis elle continue et se termine par des questions sur le code et quelques exercices de codage simples à écrire et à tester sur le prototype. La partie pratique est découpée en 5 étapes. Pour chaque étape, nous donnons (1) une brève description, (2) une liste des objectifs principaux de l'étape, (3) une liste des fichiers avec un bref commentaire sur chaque fichier, (4) une liste de questions simples dont les réponses sont dans le code, le cours ou le TD et enfin (5) un exercice de codage.

IMPORTANT
Avant de faire cette séance, vous devez avoir lu les documents suivants :

Description des objectifs de cette séance et des suivantes : obligatoire
Cours de démarrage présentant l'architecture matérielle et logicielle que vous allez manipuler obligatoire
Configuration de l'environnement des TP : obligatoire
Document sur l'assembleur du MIPS et la convention d'appel des fonctions : recommandé, normalement déjà lu
Documentation sur le mode kernel du MIPS32 : optionnel pour cette séance

Récupération du code du TP

Vous devez avoir installé le simulateur du prototype almo1 et la chaine de cross-compilation MIPS (Config sections 2.2 et 3.2)
Téléchargez l'archive code du tp1 et placez là dans le répertoire ~/kO6 (ou dans le répertoire que vous avez choisi, relisez la page sur la configuration si ce n'est pas clair).
Ouvrez un terminal
Allez dans le répertoire kO6 : cd ~/kO6
Décompressez l'archive du tp1 (dans le répertoire kO6) : tar xvzf tp1.tgz
Exécutez la commande cd ; tree -L 1 kO6/tp1/.
(si vous n'avez pas tree sur votre Linux, vous pouvez l'installer, c'est un outil utile, mais pas indispensable pour ces TP)
Vous devrez obtenir ceci:
```
kO6/tp1
├── 1_hello_boot
├── 2_init_asm
├── 3_init_c
├── 4_nttys
├── 5_driver
└── Makefile
```

A. Travaux dirigés

A1. Analyse de l'architecture

Les trois figures ci-dessous donnent des informations sur l'architecture du prototype almo1 sur lequel vous allez travailler.

À gauche, vous avez un schéma simplifié.
Au centre, vous avez la représentation des 4 registres internes du contrôleur de terminal TTY nécessaires pour commander un couple écran-clavier.
À droite, vous avez la représentation de l'espace d'adressage du prototype.

Questions

Il y a deux mémoires dans almo1 : RAM et ROM. Qu'est-ce qui les distinguent et que contiennent-elles ?
Qu'est-ce l'espace d'adressage du MIPS ? Quelle taille fait-il ?
Quelles sont les instructions du MIPS permettant d'utiliser ces adresses ? Est-ce synonyme de mémoire ?
Dans quel composant matériel se trouve le code de démarrage et à quelle adresse est-il placé dans l'espace d'adressage et pourquoi à cette adresse ?
Quel composant permet de faire des entrées-sorties dans almo1 ?
Citez d'autres composants qui pourraient être présents dans un autre SoC ?
Il y a 4 registres dans le contrôleur de TTY, à quelles adresses sont-ils placés dans l'espace d'adressage ?
Comme ce sont des registres, est-ce que le MIPS peut les utiliser comme opérandes pour ses instructions (comme add, or, etc.) ?
Dans quel registre faut-il écrire pour envoyer un caractère sur l'écran du terminal (implicitement à la position du curseur) ?
Que contiennent les registres TTY_STATUS et TTY_READ ?
Quelle est l'adresse de TTY_WRITE dans l'espace d'adressage ?
Le contrôleur de TTY peut contrôler de 1 à 4 terminaux. Chaque terminal dispose d'un ensemble de 4 registres (on appelle ça une carte de registres, ou en anglais une register map). Ces ensembles de 4 registres sont placés à des adresses contiguës. S'il y a 2 terminaux (TTY0 et TTY1), à quelle adresse est le registre TTY_READ de TTY1 ?
Que représentent les flèches bleues sur le schéma ? Pourquoi ne vont-elles que dans une seule direction ?

A2. Programmation assembleur

L'usage du code assembleur est réduit au minimum. Il est utilisé uniquement où c'est indispensable. C'est le cas du code de démarrage. Ce code ne peut pas être écrit en C pour au moins une raison importante. Le compilateur C suppose la présence d'une pile et d'un registre du processeur contenant le pointeur de pile, or au démarrage les registres sont vides (leur contenu n'est pas significatif). Dans cette partie, nous allons nous intéresser à quelques éléments de l'assembleur qui vous permettront de comprendre le code en TP.

Questions

Nous savons que l'adresse du premier registre du TTY est 0xd0200000 est qu'à cette adresse se trouve le registre TTY_WRITE du TTY0.
Écrivez le code permettant d'écrire le code ASCII 'x' sur le terminal 0. Vous avez droit à tous les registres du MIPS puisqu'à ce stade il n'y pas de conventions sur leur utilisation.
Un problème avec le code précédent est que l'adresse du TTY est un choix de l'architecte du prototype et s'il décide de placer le TTY ailleurs dans l'espace d'adressage, il faudra réécrire le code. Il est préférable d'utiliser une étiquette pour désigner cette adresse : on suppose désormais que l'adresse du premier registre du TTY se nomme __tty_regs_map. Le code assembleur ne connait pas l'adresse, mais il ne connaît que le symbole. Ainsi, pour écrire 'x' sur le terminal 0, nous devons utiliser la macro instruction la $r, label. Cette macro-instruction est remplacée lors de l'assemblage du code par une suite composée de deux instructions lui et ori. Il existe aussi la macro instruction li qui demande de charger une valeur sur 32 bits dans un registre. Pour être plus précis, les macro-instructions
```
la $r, label
li $r, 0x87654321
```
sont remplacées par
```
lui $r, label>>16
ori $r, $r, label & 0xFFFF
lui $r, 0x8765
ori $r, $r, 0x4321
```
Réécrivez le code de la question précédente en utilisant la et li
En assembleur pour sauter à une adresse de manière inconditionnelle, on utilise les instructions j label et jr $r. Ces instructions permettent-elles d'effectuer un saut à n'importe quelle adresse ?
Vous avez utilisé les directives .text et .data pour définir les sections où placer les instructions et les variables globales, mais il existe la possibilité de demander la création d'une nouvelle section dans le code objet produit par le compilateur avec la directive .section name,"flags"
- name est le nom de la nouvelle section. On met souvent un .name (avec un .au début) pour montrer que c'est une section et
- "flags" informe sur le contenu : "ax" pour des instructions, "ad" pour des données (ceux que ça intéresse pourront regarder le manuel de l'assembleur Assembleur/Directives/.section)
Écrivez le code assembleur créant la section ".mytext" et suivi de l'addition des registres $5 et $6 dans $4
À quoi sert la directive .globl label ?
Écrivez une séquence de code qui affiche la chaîne de caractère "Hello" sur TTY0. Ce n'est pas une fonction et vous pouvez utiliser tous les registres que vous voulez. Vous supposez que __tty_regs_maps est déjà défini.
En regardant le dessin de l'espace d'adressage du prototype almo1 (plus haut et sur le slide 7 du cours 9), dites à quelle adresse devra être initialisé le pointeur de pile pour le kernel. Rappelez pourquoi c'est indispensable de le définir avant d'appeler une fonction C et écrivez le code qui fait l'initialisation, en supposant que l'adresse du pointeur de pile a pour nom __kdata_end.

A3. Programmation en C

Vous savez déjà programmer en C, mais vous allez voir des syntaxes ou des cas d'usage que vous ne connaissez peut-être pas encore. Les questions qui sont posées ici n'ont pas toutes été vues en cours, mais vous connaissez peut-être les réponses, sinon ce sera l'occasion d'apprendre.

Questions

Quels sont les usages du mot clé static en C ? (c'est une directive que l'on donne au compilateur C)
Pourquoi déclarer des fonctions ou des variables extern ?
Comment déclarer un tableau de structures en variable globale ? La structure est nommée test_s, elle a deux champs int nommés a et b. Le tableau est nommé tab et a 2 cases.
Quelle est la différence entre #include "file.h" et #include <file.h> ? Quelle option du compilateur C permet de spécifier les répertoires lesquels se trouvent les fichiers include ?
Comment définir une macro-instruction C uniquement si elle n'est pas déjà définie ? Écrivez un exemple.
Comment être certain de ne pas inclure plusieurs fois le même fichier .h ?
Supposons que la structure tty_s et le tableau de registres de TTY soient définis comme suit. Écrivez une fonction C int getchar(void) bloquante qui attend un caractère tapé au clavier sur le TTY0. Nous vous rappelons qu'il faut attendre que le registre TTY_STATUS soit différent de 0 avant de lire TTY_READ. NTTYS est un #define définit dans le Makefile de compilation avec le nombre de terminaux du SoC (en utilisant l'option -D de gcc).
```
struct tty_s {
    int write;          // tty's output address
    int status;         // tty's status address something to read if not null)
    int read;           // tty's input address
    int unused;         // unused address
};
extern volatile struct tty_s __tty_regs_map[NTTYS];
```
Savez-vous à quoi sert le mot clé volatile ? Nous n'en avons pas parlé en cours, mais c'est nécessaire pour les adresses des registres de périphérique, une idée ... ?

A4. Compilation

Pour obtenir le programme exécutable, nous allons utiliser :

gcc -o file.o -c file.c
- Appel du compilateur avec l'option -c qui demande à gcc de faire le préprocessing puis la compilation c pour produire le fichier objet file.o
ld -o bin.x -Tkernel.ld files.o ...
- Appel de l'éditeur de liens pour produire l'exécutable bin.x en assemblant tous les fichiers objets .o, en les plaçant dans l'espace d'adressage et résolvant les liens entre eux.
  Autrement dit, quand un fichier h.o utilise une fonction fg() ou une variable vg définie dans un autre fichier g.o (h et g sont là pour illustrer), alors l'éditeur de liens place dans l'espace d'adressage les sections .text et .data des fichiers h.o et g.o, puis il détermine alors quelles sont les adresses de fg() et vg en mémoire et il complètent les instructions de h qui utilisent ces adresses.
objdump -D file.o > file.o.s ou objdump -D bin.x > bin.x.s
- Appel du désassembleur qui prend les fichiers binaires (.o ou .x) pour retrouver le code produit par le compilateur à des fins de debug ou de curiosité.

Questions

Le fichier kernel.ld décrit l'espace d'adressage et la manière de remplir les sections dans le programme exécutable. Ce fichier est utilisé par l'éditeur de lien. C'est un ldscript, c'est-à-dire un `script` pour ld.

__tty_regs_map   = 0xd0200000 ; 
__boot_origin    = 0xbfc00000 ; 
__boot_length    = 0x00001000 ; 
__ktext_origin   = 0x80000000 ; 
__ktext_length   = 0x00020000 ;
[... question 1 ...]
__kdata_end      = __kdata_origin + __kdata_length ; 

MEMORY {
    boot_region  : ORIGIN = __boot_origin,  LENGTH = __boot_length
    ktext_region : ORIGIN = __ktext_origin, LENGTH = __ktext_length
[... question 2 ...]
}

SECTIONS {
    .boot : {
        *(.boot)    
    } > boot_region
[... question 3 ...]
    .kdata : {
        *(.*data*)      
    } > kdata_region
}

Le fichier kernel.ld commence par la déclaration des variables donnant des informations sur les adresses et les tailles des régions de mémoire. Ces symboles n'ont pas de type et ils sont visibles de tous les programmes C, il faut juste leur donner un type pour que le compilateur puisse les exploiter, c'est ce que nous avons fait pour extern volatile struct tty_s __tty_regs_map[NTTYS]. En regardant dans le dessin de la représentation de l'espace d'adressage, complétez les lignes de déclaration des variables pour la région kdata_region
Le fichier contient ensuite la déclaration des régions (dans MEMORY{...}) qui seront remplies par l'éditeur de lien avec les sections trouvées dans les fichiers objets selon un ordre décrit dans la partie SECTIONS{} du ldscript. Complétez cette partie (la zone [... question 2 ...]) pour ajouter les lignes correspondant à la déclaration de la région kdata_region ?
Enfin le fichier contient comment sont remplies les régions avec les sections. Complétez les lignes correspondant à la description du remplissage de la région ktext_region. Vous devez la remplir avec les sections .text issus de tous les fichiers.

Nous allons systématiquement utiliser des Makefiles pour la compilation du code, mais aussi pour lancer le simulateur du prototype almo1. Pour cette première séance, les Makefiles ne permettent pas de faire des recompilations partielles de fichiers. Les Makefiles sont utilisés pour agréger toutes les actions que nous voulons faire sur les fichiers, c'est-à-dire : compiler, exécuter avec ou sans trace, nettoyer le répertoire. Nous avons recopié partiellement le premier Makefile pour montrer sa forme et poser quelques questions, auxquels vous savez certainement répondre.

# Tools and parameters definitions
# ------------------------------------------------------------------------------
NTTY   ?= 2 #                          default number of ttys

CC      = mipsel-unknown-elf-gcc #     compiler
LD      = mipsel-unknown-elf-ld #      linker
OD      = mipsel-unknown-elf-objdump # desassembler
SX      = almo1.x #                    prototype simulator

CFLAGS  = -c #                         stop after compilation, then produce .o
CFLAGS += -Wall -Werror #              gives almost all C warnings and considers them to be errors
CFLAGS += -mips32r2 #                  define of MIPS version
CFLAGS += -std=c99 #                   define of syntax version of C
CFLAGS += -fno-common #                do not use common sections for non-static vars (only bss)
CFLAGS += -fno-builtin #               do not use builtin functions of gcc (such as strlen)
CFLAGS += -fomit-frame-pointer #       only use of stack pointer ($29)
CFLAGS += -G0 #                        do not use global data pointer ($28)
CFLAGS += -O3 #                        full optimisation mode of compiler
CFLAGS += -I. #                        directories where include files like <file.h> are located
CFLAGS += -DNTTYS=$(NTTY) #            #define NTTYS with the number of ttys in the prototype    

# Rules (here they are used such as simple shell scripts)
# ------------------------------------------------------------------------------
help:
    @echo "\nUsage : make <compil|exec|clean> [NTTY=num]\n"
    @echo "        compil  : compiles all sources"
    @echo "        exec    : executes the prototype"
    @echo "        clean   : clean all compiled files\n"

compil:
    $(CC) -o hcpua.o $(CFLAGS) hcpua.S
    @$(OD) -D hcpua.o > hcpua.o.s
    $(LD) -o kernel.x -T kernel.ld hcpua.o
    @$(OD) -D kernel.x > kernel.x.s

exec: compil
    $(SX) -KERNEL kernel.x -NTTYS $(NTTY)

clean:
    -rm *.o* *.x* *~ *.log.* proc?_term? 2> /dev/null || true

Au début du fichier se trouve la déclaration des variables du Makefile, quelle est la différence entre =, ?= et += ?
Où est utilisé CFLAGS ? Que fait -DNTTYS=$(NTTY) et pourquoi est-ce utile ici ?
Si on exécute make sans cible, que se passe-t-il ?
à quoi servent @ et - au début de certaines commandes ?

B. Travaux pratiques

Pour les travaux pratiques, vous devez d'abord répondre aux questions, elles ont pour but de vous faire lire le code et revoir les points du cours. Les réponses sont dans le cours ou dans les fichiers sources. Certaines ont déjà été traitées en TD, c'est normal. Ensuite, vous passez aux exercices pratiques.

Le code se trouve dans $kO6/tp1/, ouvrez un terminal et allez-y (Notez que la variable shell $kO6 est définie dans votre environnement si vous avez suivi les consignes de la page Config sections 2.2). Dans ce répertoire, vous avez 5 sous-répertoires et un Makefile. Le fichier $kO6/tp1/Makefile permet de faire le ménage en appelant les Makefiles des sous-répertoires avec la cible clean, il est simple, mais c'est un Makefile hiérarchique. Ouvrez-le par curiosité.

B1. Premier programme en assembleur dans la seule section de boot

Nous commençons par un petit programme de quelques lignes en assembleur, placé entièrement dans la région mémoire du boot, qui réalise l'affichage du message "Hello World". C'est un tout tout petit programme, mais pour obtenir l'exécutable, vous devrez utiliser tous les outils de la chaîne de cross-compilation MIPS et pour l'exécuter vous devrez exécuter le simulateur du prototype. C'est simple, mais c'est nouveau pour beaucoup d'entre vous

Objectifs

produire un exécutable à partir d'un code en assembleur.
savoir comment afficher un caractère sur un terminal.
analyse d'une trace d'exécution

Fichiers

1_hello_boot
├── hcpua.S      : code dépendant du cpu matériel en assembleur
├── kernel.ld    : ldscript décrivant l'espace d'adressage pour l'éditeur de lien
└── Makefile     : description des actions possibles sur le code : compilation, exécution, nettoyage, etc.

Questions

Dans quel fichier se trouve la description de l'espace d'adressage du MIPS ? Que trouve-t-on dans ce fichier ?
Dans quel fichier se trouve le code de boot et pourquoi, selon vous, avoir nommé ce fichier ainsi ?
À quelle adresse démarre le MIPS ? Où peut-on le vérifier ?
Que produit gcc quand on utilise l'option -c ?
Que fait l'éditeur de liens ? Comment est-il invoqué ?
De quels fichiers a besoin l'éditeur de liens pour fonctionner ?
Dans quelle section se trouve le code de boot pour le compilateur ? (la réponse est dans le code assembleur)
Dans quelle section se trouve le message "hello" pour le compilateur ? Ce choix est particulier, mais ce message est en lecture seule.
Dans quelle section se trouve le code de boot dans le code exécutable ? (la réponse est dans hcpua.S)
Dans quelle région de la mémoire le code de boot est-il placé ? (la réponse est dans kernel.ld)
Comment connaît-on l'adresse du registre de sortie du contrôleur de terminal TTY ? (la réponse est dans `kernel.ld' et sur cette page)
Le code de boot se contente d'afficher un message, comment sait-on que le message est fini et que le programme doit s'arrêter ? (ou quel est le caractère de fin de chaîne ?)
Pourquoi terminer le programme par un dead: j dead ? Notez qu'on ne peut pas encore faire un syscall exit parce qu'il n'y a pas de gestionnaire de syscall et surtout parce syscall est une instruction appeler par une application utilisateur, et qu'il n'y en a pas encore.

Exercices

Exécutez le programme en lançant le simulateur avec make exec, qu'observez-vous ?
Exécutez le programme en lançant le simulateur avec make debug.
Cela exécute le programme pour une courte durée et cela produit deux fichiers trace0.s et label0.s.
trace0.s contient la trace des instructions assembleur exécutées par le processeur.
Ouvrez trace.0.s et repérez ce qui est cité ici
- On voit la séquence des instructions exécutées
- La première colonne nous informe que les adresses lues sont dans l'espace Kernel
- La seconde colonne sont les numéros de cycles
- La troisième sont les adresses
- La quatrième le code binaire des instructions
- Le reste de la ligne contient l'instruction désassemblée
- Lorsque les adresses ont un nom, c'est à dire qu'une étiquette leur a été attribuée, celle-ci est indiquée.

label0.s contient la séquence des appels de fonctions de l'exécutions. C'est en fait un extrait de la trace.
Ouvrez le fichier label0.s et interprétez ce que vous voyez.

Modifiez le code de hcpua.S afin d'afficher le message "Au revoir\n" après le message "Hello".
Vous devez avoir deux messages, et pas seulement étendre le premier.

B2. Saut dans le code du noyau en assembleur

Dans le deuxième programme, nous restons en assembleur, mais nous avons deux fichiers source : (1) le fichier contenant le code de boot et (2) le fichier contenant le code du noyau. Ici, le code du noyau c'est juste une fonction kinit(). Ce n'est pas vraiment une fonction car on n'utilise pas la pile.

Objectifs

Savoir comment le programme de boot fait pour sauter à l'adresse de la routine kinit.
Avoir un fichier kernel.ld un peu plus complet.

Fichiers

2_init_asm/
├── hcpua.S      : code dépendant du cpu matériel en assembleur
├── kernel.ld    : ldscript décrivant l'espace d'adressage pour l'éditeur de lien
├── kinit.S      : fichier contenant le code de démarrage du noyau, ici c'est une routine kinit.
└── Makefile     : description des actions possibles sur le code : compilation, exécution, nettoyage, etc.

Questions

Regarder dans le fichier hcpua.S, dans quelle section est désormais le code de boot ?
Le code de boot ne fait que sauter à l'adresse kinit avec l'instruction jr, il n'y a pas de retour, ce n'est donc pas un jal. Où est défini kinit ? Comment le code de boot connait-il cette adresse ? Pourquoi ne pas avoir utilisé j init et donc pourquoi passer par un registre ?
Dans kernel.ld, que signifie *(.*data*) ?
Quelle est la valeur de __kdata_end ? Pourquoi mettre 2 «_» au début des variables du ldscript ? (réponse)

Exercices

Exécutez le programme sur le simulateur. Est-ce différent de l'étape 1 ?
Modifiez le code, comme pour l'étape 1, afin d'afficher un second message ?

B3. Saut dans la fonction kinit() du noyau en langage C

Dans ce troisième programme, nous faisons la même chose que pour le deuxième mais kinit() est désormais écrit en langage C. Cela change peu de choses, sauf une chose importante kinit() est une fonction et donc il faut absolument une pile d'exécution.

Objectifs

Savoir comment et où déclarer la pile d'exécution du noyau.
Savoir comment afficher un caractère sur un terminal depuis un programme C.

Fichiers

3_init_c/
├── hcpua.S      : code dépendant du cpu matériel en assembleur
├── kernel.ld    : ldscript décrivant l'espace d'adressage pour l'éditeur de lien
├── kinit.c      : fichier en C contenant le code de démarrage du noyau, ici c'est la fonction kinit().
└── Makefile     : description des actions possibles sur le code : compilation, exécution, nettoyage, etc.

Questions

Quand faut-il initialiser la pile ? Dans quel fichier est-ce ? Quelle est la valeur du pointeur initial ?
Dans quel fichier le mot clé volatile est-il utilisé ? Rappeler son rôle.

Exercices

Exécutez le programme sur le simulateur. Est-ce différent de l'étape 1 ?
Ouvrez les fichiers kinit.o.s et kernel.x.s, le premier fichier est le désassemblage de kinit.o et le second est le désassemblage de kernel.x. Dans ces fichiers, vous avez plusieurs sections. Les sections .MIPS.abiflags, .reginfo et .pdr ne nous sont pas utiles (elles servent au chargeur d'application, elles contiennent des informations sur le contenu du fichier et cela ne nous intéresse pas).
Notez l'adresse de kinit dans les deux fichiers, sont-ce les mêmes ? Sont-elles dans les mêmes sections ? Expliquez pourquoi.
Modifiez le code de kinit.c, et comme pour l'étape 1, afficher un second message ?

B4. Accès aux registres de contrôle des terminaux `TTY`

Le prototype de SoC que nous utilisons pour les TP est configurable. Il est possible par exemple de choisir le nombre de terminaux texte (TTY). Par défaut, il y en a un mais, nous pouvons en avoir jusqu'à 4. Nous allons modifier le code du noyau pour s'adapter à cette variabilité. En outre, pour le moment, nous ne faisions qu'écrire sur le terminal, maintenant, nous allons aussi lire le clavier.

Objectifs

Savoir comment compiler un programme C avec du code conditionnel.
Savoir comment décrire en C l'ensemble des registres d'un contrôleur de périphérique et y accéder.

Fichiers

4_nttys/
├── hcpua.S      : code dépendant du cpu matériel en assembleur
├── kernel.ld    : ldscript décrivant l'espace d'adressage pour l'éditeur de lien
├── kinit.c      : fichier en C contenant le code de démarrage du noyau, ici c'est la fonction kinit().
└── Makefile     : description des actions possibles sur le code : compilation, exécution, nettoyage, etc.

Questions

Dans le fichier kinit.c, il est question d'un loopback, à quoi cela sert-il ?
Dans le fichier kinit.c, on trouve __tty_regs_map[ tty%NTTYS ].write = *s, expliquez le modulo.
Exécutez le programme sur le simulateur. Qu'observez-vous ? Est-ce que les deux fenêtres ont le même comportement vis-à-vis du clavier ?

Exercices

Modifiez le code pour afficher un message sur le second terminal, il y a toujours une attente sur le premier terminal.
Modifiez le code pour que le programme affiche les touches tapées au clavier sur les deux terminaux. C'est-à-dire, ce que vous tapez sur le terminal proc0_term0 s'affiche sur ce même terminal, et pareil pour proc0_term1. L'idée est de ne plus faire d'attente bloquante sur le registre TTY_STATUS de chaque terminal. Pour que cela soit plus amusant, changez la casse (minuscule ←→ majuscule) sur le terminal proc1_term1 (si vous tapez bonjour 123, il affiche BONJOUR 123 et inversement.

B5. Premier petit pilote pour le terminal

Dans l'étape précédente, nous accédons aux registres de périphérique directement dans la fonction kinit(), ce n'est pas très simple. C'est pourquoi nous allons ajouter un niveau d'abstraction qui représente un début de pilote de périphérique (device driver). Ce pilote, même tout petit constitue une couche logicielle avec une API.

Objectifs

Savoir comment créer un début de pilote pour le terminal TTY.
Savoir comment décrire une API en C
Savoir appeler une fonction en assembleur depuis le C

Fichiers

5_driver/
├── harch.c      : code dépendant de l'architecture du SoC, pour le moment c'est juste le pilote du TTY
├── harch.h      : API du code dépendant de l'architecture
├── hcpu.h       : prototype de la fonction clock()
├── hcpua.S      : code dépendant du cpu matériel en assembleur
├── kernel.ld    : ldscript décrivant l'espace d'adressage pour l'éditeur de lien
├── kinit.c      : fichier en C contenant le code de démarrage du noyau, ici c'est la fonction kinit().
└── Makefile     : description des actions possibles sur le code : compilation, exécution, nettoyage, etc.

Questions

Le code du driver du TTY est dans le fichier harch.c et les prototypes sont dans harch.h. Si vous ouvrez harch.h vous allez voir que seuls les prototypes des fonctions tty_gets() et tty_puts() sont présents. La structure décrivant la carte des registres du TTY est déclarée dans le .c. Pourquoi avoir fait ainsi ?
Le MIPS dispose d'un compteur de cycles internes. Ce compteur est dans un banc de registres accessibles uniquement quand le processeur fonctionne en mode kernel. Nous verrons ça au prochain cours, mais en attendant nous allons quand même exploiter ce compteur. Pourquoi avoir mis la fonction dans hcpua.S ? Rappeler, pourquoi avoir mis .globl clock
Compilez et exécutez le code avec make exec. Observez. Ensuite ouvrez le fichier kernel.x.s et regardez où a été placée la fonction clock().
Est-ce un problème si kinit() n'est plus au début du segment ktext ? Posez-vous la question de qui a besoin de connaître l'adresse de kinit()

Exercices

Afin de vous détendre un peu, vous allez créer un petit jeu guess
- guess tire un nombre entre '0' et '9' et vous devez le deviner en faisant des propositions.
  guess vous dit si c'est trop grand ou trop petit. Ce programme ne va révolutionner votre vie de programmeur(se), mais bon, c'est probablement le premier programme que vous allez écrire et faire tourner sur une machine sans système d'exploitation.
Étapes
- Vous créez deux fichiers guess.c et guess.h.
  - guess.c contient le jeu il y au moins une fonction guess()
  - guess.h contient les déclarations externes de guess.c
- kinit() doit lancer guess()
- guess()
  - vous demande de taper une touche pour démarrer le jeu.
  - effectue un tirage d'un nombre en utilisant la fonction clock() et ne gardant que le chiffre de poids faible (ce n'est pas aléatoire, mais c'est mieux que rien)
  - exécute en boucle jusqu'à réussite
    - demande d'un chiffre
    - comparaison avec le tirage et affichage des messages "trop grand", "trop petit" ou "gagné"
- Vous devrez modifier le Makefile puisque vous avez un fichier à compiler en plus.
- Si c'est trop facile, vous pouvez complexifier en utilisant des nombres à 2 chiffres ou plus.

Context Navigation

Boot et premier programme en mode kernel

A. Travaux dirigés

A1. Analyse de l'architecture

A2. Programmation assembleur

A3. Programmation en C

A4. Compilation

B. Travaux pratiques

B1. Premier programme en assembleur dans la seule section de boot

B2. Saut dans le code du noyau en assembleur

B3. Saut dans la fonction kinit() du noyau en langage C

B4. Accès aux registres de contrôle des terminaux TTY

B5. Premier petit pilote pour le terminal

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B4. Accès aux registres de contrôle des terminaux `TTY`