启动过程汇编与printf的有趣想法

关于我

欢迎来到我的博客！这里汇集了我对编程和技术的洞见和总结。本站内容分为几个主要类别，涵盖从具体技术实现到编程理念的广泛话题。

主要内容分类

• 项目工程：深入探讨技术的实现细节和理解。
• C/C++：围绕C/C++语言的技术点和编程技巧进行详细总结。
• 程序员哲学：分享程序员在职业生涯中应该具备的哲学理念和思考方式。

想要了解更多具体内容，您可以访问文章分类页面。

联系我

如果您有任何问题或想要交流，欢迎通过关于页面与我联系。

感谢您的阅读和支持，希望我的博客能为您的技术旅程带来帮助！

volatile在访存的作用

volatile作用的变量,会在访问的时候,直接读取/写入对于内存,在对于现代计算机来说是一件缓慢的事.一般都是存储在cache中,并且采取一定的策略进行写回内存.

如果不使用volatile,如果变量指向的是一个IO设备的寄存器,如果这个变量被映射到cache并且cache策略是写回策略.

那么我们就无法及时的控制IO设备.

关于fce…中的mario和kernels中的hello运行现象

如果将klib中的宏定义后,可以运行mario,如果没有定义,则不能运行.

说明,如果将宏定义后,将会自动将klib中的关键运行库链接进去,大部分还是运行在真机上(ARC=native)

运行hello时,通过统一的API,访问规则下的内存进行读写.有被模拟的设备(代码),对这样的读写行为进行了抽象,这就是模拟的设备,这个设备的实现依然依赖真机的GNU/Linux运行时环境.

再次深度理解代码

在经过了ftrace的实现之后,每一个第一个"记录"函数,就是_trm_init函数,现在,在遇到mainargs的传参问题时,来总体的分析一下这个过程.

整个ysyx项目中,不仅有c文件,makefile文件,mk文件,readme文件,各种elf等中间文件,其实还有余博写的汇编代码文件.整个nemu的启动,就是开始于这个start.S文件.

这里有一个jal指令,跳转到了_trm_init函数.

这里的_tram_init函数调用了main函数,并且传入了mainargs参数.

这个mainargs就是一个const char **类型,

main函数,只接受了args参数,并且分析了这个参数.

在amtests中,main函数主要是通过switch函数,来匹配对应的值,然后调用对应的函数.

switch中是一个CASE宏,专门用来匹配一个首字母和整个词的对应的.

mainargs值的来源

首先mainargs是一个环境变量,通过检索,在init_platform函数中,调用了getenv函数来获取mainargs环境变量的值.

在使用中,我们在命令行中给mainargs的值都是文件的名字,或者说可以定位这个程序的地址.

首先在make工程中,mainargs的值是经过处理(目录地址)然后被赋值给ASFLAGS变量的,ASFLAGS是在编译.S文件中,汇编编译使用的.这里带上了这个目标文件.

同样的CFLAGS也是被赋予了mainargs变量的值,也就是说,我们在命令行中定义的mainargs,其实是被不同的环境变量给按照不同的方式拿走了.

现在被CFLAGS拿走,那就更好说了,因为CFLAGS本来就是传给main中的args变量的.

在am-tests中,我们在mainargs中给了一个程序,然后这个程序其实在汇编编译阶段被编译进去,然后在main中的switch代码块中,被匹配到对应的文件名中的函数.然后调用这个程序文件.

第一段中提到的,在init_platform函数中,调用了getenv函数来获取了mainargs环境变量的值,但是这个init_platform函数并没有被调用.这应该是一个后续需要完成的一个任务.

mainargs在main中被传递

不同的文件,比如kernels中的hello的main,在获取了mainargs的参数后,就是当成一个字符串用来输出.在am-test中的hello.c文件,就是用来匹配了文件名.上述提到了mainargs中主要用来传递函数名是不对的.

关于printf宏的实现想法

已经实现了关于sprintf函数
sprintf声明:int sprintf(char *out, const char *fmt, …);
printf函数的声明:int printf(const char *fmt, …);

printf函数和sprintf函数的实现部分,有很大程度上是相似的.

sprintf:
识别fmt中的每一个字符,然后按照要求/规则一个一个写入out中.

printf函数:
识别fmt中的每一个字符,然后按照要求/规则直接/处理后打印出去.

printf函数也可以有另一种实现,调用sprintf函数,然后for循环打印out字符串即可.

实现过程

printf函数需要stdarg头文件,并且使用了变参系统,具体传参格式就是(fmt, …)

而sprintf同样如此,传参格式也是(fmt, …)

在printf中获得的参数会被处理成一个va_list args变量.

想要过去变量的值,就通过va_arg函数来获得.

如果想要将获得的变参传递给sprintf,那么只能传入va_list类型的args变量.

这样每一次调用sprintf,传入的是sprintf(out, fmt, args);

这里的args并不匹配fmt,因为args是一个变量(虽然里面是一个数组/链表类型的).这就让args只能匹配一个格式字符.

所以这会导致匹配问题,编译的时候出现内存溢出.

那么我就将其实现成宏的形式:

1
2
3
4
5
6

#define printf(fmt, ...) \
	do { \
	char out[256] = {0}; \
	sprintf(out, fmt, ##__VA_ARGS__); \
	putstr(out); \
	} while(0)

这个宏经过测试,其功能是正确的,只不过可能当字符串太长(超过255)时,会发生溢出.

处理这个printf链接问题

很多地方调用printf,是看成函数来调用的,并且要包含stdio头文件,在stdio头文件中是包含了printf函数的声明.

将printf函数实现成宏,那我们必须要处理避免让程序去包含stdio头文件中关于printf函数的定义.所以我们干脆将所有的包含stdio头文件的程序(如am-test中的alutest)换成包含klib头文件.

klib头文件中声明了自己编写的io函数.我们应该把printf宏放到这个文件中.

因为在应用的时候,是默认当成函数的,所以要包含klib.h.而不是要包含klib-macros.h头文件.

所以放入了klib.h中的printf宏,有一个问题,就是宏内部是调用了putstr宏.

为了避免不必要的麻烦和过多的干扰(我可能不太熟悉这里面的关系,尽可能简化,以达到单纯的测试这一个功能).我将putstr宏展开:

1
2
3
4
5
6

#define printf(fmt, ...) \
        do { \
        char out[256] = {0}; \
        sprintf(out, fmt, ##__VA_ARGS__); \
        ({ for (const char *p = out; *p; p++) putch(*p); }); \
        } while(0)

在简单测试集中(自己编写的一个printf测试函数),是完全通过测试的,但是在使用alu-test进行测试的时候出现如下错误:

1
2
3
4
5
6

+ LD -> build/alutest-riscv32-nemu.elf
/home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/abstract-machine/am/build/am-riscv32-nemu.a(start.o): in function `.L0 ':
(entry+0xc): relocation truncated to fit: R_RISCV_JAL against symbol `_trm_init' defined in .text._trm_init section in /home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/abstract-machine/am/build/am-riscv32-nemu.a(trm.o)
/home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/am-kernels/tests/alu-tests/build/riscv32-nemu/build/alu_test.o: in function `.L0 ':
alu_test.c:(.text.startup.main+0x94): relocation truncated to fit: R_RISCV_JAL against `.L29381'
make: *** [/home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/abstract-machine/Makefile:141: /home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/am-kernels/tests/alu-tests/build/alutest-riscv32-nemu.elf] Error 1

这是一个编译阶段比较深的时候出现的问题,具体因为什么,我不熟悉编译原理.

咨询gpt,得到的回答:这个错误是RISC-V架构特有的链接问题，通常出现在32位RISC-V系统中。错误信息表明链接器无法正确处理JAL（Jump and Link）指令的重定位…
链接脚本可能没有正确地安排代码段…

这两段是我觉得可能比较正确的回答.

上面是ARCH=riscv32-nemu的结果.如果编译到native时会一直出现:

1
2
3
4
5

In file included from /home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/abstract-machine/am/src/native/ioe/audio.c:4:
/home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/abstract-machine/klib/include/klib.h:41:9: error: expected identifier or ‘(’ before ‘do’
   41 |         do { \
      |         ^~

关于这个问题,我修改了printf宏的不同代码块包含.用do{}while(0),或者加入更多的括号,但是都是错误的.

这个问题先遗留下来

所以,现在打算实现函数的printf.

printf函数实现

由于传入的fmt是const类型,所以,我们不应该在fmt上修改格式字符串.

与sprintf函数相比,printf又不需要得到一个转换良好的out字符串.

为了更好的性能,直接将处理好的字符输出出去,而不是拷贝到另一个buf中,然后等待统一输出.

这里的实现很简单.

主要是复用了putstr宏,itoa_special函数.

其中putstr宏有一个漏洞,就是内部宏的实现是声明了一个局部变量p,作为迭代器.

所以在传入putstr宏参数的时候,不可以是p名称.否则会报错.

1

char *p = va_arg(args, char*); putstr(p);

便会报错

时钟实现

关于在__am_timer_uptime中实现关于读取系统运行时间.

三个基本操作:
获取到系统启动的时间
获取到现在时间
计算时间间隔.

在该函数的上面是__am_timer_init函数,我怀疑就是用来初始化,并且获取系统启动时间的.

在rtc.c文件中调用了io_read宏,然后该宏调用了ioe_read函数.

观察到,ioe_init函数中是调用了__am_timer_init函数.

所以这进一步证实了其作用.

并且关于运行rtc文件,其实__am_timer_uptime实现正确与否,与此无关系.因为我试着随便给读取出来的数加值,rtc依然运行正确.

所以__am_timer_init函数必须实现.

实现之后,经过输出调试,发现系统启动时间就是0;

补充printf实现

将原先的sprintf的实现,转移到vsprintf实现上.

因为vsprintf的接口是接受一个va_list变量,这样就可以让printf和vsprintf调用.

之前遇到的问题就是:printf和sprintf的接口一致,都使用了变参系统,是无法相互调用的.

其次,printf中的%f是无法实现的.

在benchmacro测试集中,是出现了输出浮点数的例子.

但是还没有来得及实现%f,文档中也没有提这件事.

看了测试源码,发现源码中有fmt函数将浮点自动转换了整数分段输出.

这种简单的事,为何不让我们自己实现.

当我实现的时候,发现报错了:

1
2
3
4
5
6
7
8
9

riscv64-linux-gnu-ld:
/home/bruce/project-a/git-project/ysyx-workbench/abstract-
machine/klib/build/klib-riscv32-nemu.a(stdio.o): in function .L30’:
stdio.c:(.text.vsprintf+0x17c): undefined reference to
__truncdfsf2’
riscv64-linux-gnu-ld: stdio.c:(.text.vsprintf+0x188): undefined
reference to __fixsfsi’

这是在浮点转换为整数的时候,一个编译错误.

我打算先将这个问题搁置.

• ← Previous Post
• Next Post →