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chapter1练习
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.. toctree::
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:hidden:
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:maxdepth: 4
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- 本节难度： **低**
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编程作业
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彩色化 LOG
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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。
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详细的原理不多说，感兴趣的同学可以参考 `ANSI转义序列 <https://zh.wikipedia.org/wiki/ANSI%E8%BD%AC%E4%B9%89%E5%BA%8F%E5%88%97>`_ ，现在执行如下这条命令试试
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.. code-block:: console
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$ echo -e "\x1b[31mhello world\x1b[0m"
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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。
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.. warning::
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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。
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我们推荐实现如下几个等级的输出，输出优先级依次降低：
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.. list-table:: log 等级推荐
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:header-rows: 1
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:align: center
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* - 名称
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- 颜色
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- 用途
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* - ERROR
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- 红色(31)
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- 表示发生严重错误，很可能或者已经导致程序崩溃
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* - WARN
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- 黄色(93)
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- 表示发生不常见情况，但是并不一定导致系统错误
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* - INFO
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- 蓝色(34)
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- 比较中庸的选项，输出比较重要的信息，比较常用
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* - DEBUG
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- 绿色(32)
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- 输出信息较多，在 debug 时使用
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* - TRACE
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- 灰色(90)
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- 最详细的输出，跟踪了每一步关键路径的执行
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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:
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.. image:: color-demo.png
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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：
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.. code-block:: rust
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// 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
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info!(".text [{:#x}, {:#x})", s_text as usize, e_text as usize);
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debug!(".rodata [{:#x}, {:#x})", s_rodata as usize, e_rodata as usize);
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error!(".data [{:#x}, {:#x})", s_data as usize, e_data as usize);
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.. code-block:: c
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info("load range : [%d, %d] start = %d\n", s, e, start);
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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。
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实验要求
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- 实现分支：ch1。
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- 完成实验指导书中的内容，在裸机上实现 ``hello world`` 输出。
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- 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)。
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- 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）。
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- 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``。
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challenge: 支持多核，实现多个核的 boot。
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实验检查
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- 实验目录要求(Rust)
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.. code-block::
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├── os(内核实现)
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│ ├── Cargo.toml(配置文件)
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│ ├── 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)
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│ └── src(所有内核的源代码放在 os/src 目录下)
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│ ├── main.rs(内核主函数)
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│ └── ...
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├── reports
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│ ├── lab1.md/pdf
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│ └── ...
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├── README.md（其他必要的说明）
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├── ...
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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。
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- 检查
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.. code-block:: console
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$ cd os
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$ git checkout ch1
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$ make run LOG=INFO
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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。
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tips
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- 对于 Rust, 可以使用 crate `log <https://docs.rs/log/0.4.14/log/>`_ ，推荐参考 `rCore <https://github.com/rcore-os/rCore/blob/master/kernel/src/logging.rs>`_
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- 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 <https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/printk.h#L312-L385>`_ 使用宏实现代码重用。
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- 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。
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问答作业
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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）
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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。
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3. tips:
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- 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 <https://github.com/rustsbi/rustsbi-qemu/blob/main/rustsbi-qemu/src/main.rs#L146>`_ 。
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- 可以使用示例代码 Makefile 中的 ``make debug`` 指令。
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- 一些可能用到的 gdb 指令：
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- ``x/10i 0x80000000`` : 显示 0x80000000 处的10条汇编指令。
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- ``x/10i $pc`` : 显示即将执行的10条汇编指令。
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- ``x/10xw 0x80000000`` : 显示 0x80000000 处的10条数据，格式为16进制32bit。
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- ``info register``: 显示当前所有寄存器信息。
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- ``info r t0``: 显示 t0 寄存器的值。
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- ``break funcname``: 在目标函数第一条指令处设置断点。
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- ``break *0x80200000``: 在 0x80200000 出设置断点。
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- ``continue``: 执行直到碰到断点。
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- ``si``: 单步执行一条汇编指令。
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报告要求
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- 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）
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- 由于彩色输出不好自动测试，请附正确运行后的截图。
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- 完成问答问题。
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- (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。
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