重写程序入口点 _start

• 代码

我们在第一章中，曾自己重写了一个 C runtime 的入口点 _start ，在那里我们仅仅只是让它死循环。但是现在，类似 C runtime ，我们希望这个函数可以为我们设置内核的运行环境(不妨称为 kernel runtime ) 。随后，我们才真正开始执行内核的代码。

但是具体而言我们需要设置怎样的运行环境呢？

[info] 第一条指令

在 CPU 加电或 reset 后，它首先会进行自检 (POST, Power-On Self-Test)，通过自检后会跳转到启动代码 bootloader 的入口。在 bootloader 中，我们进行外设探测，并对内核的运行环境进行初步设置。随后， bootloader 会将内核代码从硬盘 load 到内存中，并跳转到内核入口，正式进入内核。

所以 CPU 所执行的第一条指令是指 bootloader 的第一条指令。

幸运的是， 我们已经有现成的 bootloader 实现 OpenSBI 。

[info] riscv64的特权级

如图所示，共有如下几个特权级：

从 U 到 S 再到 M，权限不断提高，这意味着你可以使用更多的特权指令，访需求权限更高的寄存器等等。我们可以使用一些指令来修改 CPU 的当前特权级。而当当前特权级不足以执行特权指令或访问一些寄存器时，CPU 会通过某种方式告诉我们。

其中 OpenSBI 运行在 M Mode (CPU 加电后也就运行在 M Mode) ，我们的内核运行在 S Mode ， 而我们要支持的用户程序运行在 U Mode 。所以在开发过程中我们只需关注 S Mode 。

所以 OpenSBI 所做的一件事情就是把 CPU 从 M Mode 切换到 S Mode ，接着跳转到一个固定地址 0x80200000，开始执行内核代码。（这就是为什么在上一节中我们将程序放在了这个地址上）

接着我们要在 _start 中设置内核的运行环境了，我们直接来看代码：

# src/boot/entry64.asm

    .section .text.entry
    .globl _start
_start:
    la sp, bootstacktop
    call rust_main

    .section .bss.stack
    .align 12
    .global bootstack
bootstack:
    .space 4096 * 4
    .global bootstacktop
bootstacktop:

可以看到之前未被定义的 $\text{.bss.stack}$ 段出现了，我们只是在这里分配了一块 $4096\times{4}\text{Bytes}=\text{16KiB}$ 的内存作为内核的栈。之前的 $\text{.text.entry}$ 也出现了：我们将 _start 函数放在了 $\text{.text}$ 段的开头。

我们看看 _start 里面做了什么：

1. 修改栈指针寄存器 $\text{sp}$ 为 $\text{.bss.stack}$ 段的结束地址，由于栈是从高地址往低地址增长，所以高地址是栈顶；
2. 使用 call 指令跳转到 rust_main 。这意味着我们的内核运行环境设置完成了，正式进入内核。

我们将 src/main.rs 里面的 _start 函数删除，并换成 rust_main ：

// src/main.rs

#![feature(global_asm)]

global_asm!(include_str!("boot/entry64.asm"));

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
    loop {}
}

到现在为止我们终于将一切都准备好了，接下来就要配合 OpenSBI 运行我们的内核！