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.. _term-remove-std:
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makefile 和 qemu
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.. toctree::
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:hidden:
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:maxdepth: 5
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本节导读
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为了帮助大家进一步理解我们的项目的链接和编译的过程，这里简要介绍一下 makefile 的内容。
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.. warning::
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注意，makefile 在整个实验过程中不可修改，否则可能导致 CI 无法通过！
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makefile 内部
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指定编译使用的工具
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.. code-block:: makefile
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TOOLPREFIX = riscv64-unknown-elf-
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CC = $(TOOLPREFIX)gcc
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AS = $(TOOLPREFIX)gas
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LD = $(TOOLPREFIX)ld
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OBJCOPY = $(TOOLPREFIX)objcopy
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OBJDUMP = $(TOOLPREFIX)objdump
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GDB = $(TOOLPREFIX)gdb
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这里makefile调用了大家设定好的PATH之中的riscv64工具链。如果没有设置好，那么之后的编译就会因为找不到这些文件而出错。
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添加编译flag
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.. code-block:: makefile
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CFLAGS = -Wall -Werror -O -fno-omit-frame-pointer -ggdb
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CFLAGS += -MD
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CFLAGS += -mcmodel=medany
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CFLAGS += -ffreestanding -fno-common -nostdlib -mno-relax
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CFLAGS += -I.
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CFLAGS += $(shell $(CC) -fno-stack-protector -E -x c /dev/null >/dev/null 2>&1 && echo -fno-stack-protector)
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比较需要注意的是我们设置了警告也会报错，因此大家写代码的时候最好避免 warning 的出现，这是良好的编程习惯。
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设置编译目标
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.. code-block:: makefile
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# 目录定义
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K = os
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BUILDDIR = build
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# .o 目标的确定，也就是 os 目录下所有的 .c 和 .s 都编译成 .o
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C_SRCS = $(wildcard $K/*.c)
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AS_SRCS = $(wildcard $K/*.S)
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C_OBJS = $(addprefix $(BUILDDIR)/, $(addsuffix .o, $(basename $(C_SRCS))))
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AS_OBJS = $(addprefix $(BUILDDIR)/, $(addsuffix .o, $(basename $(AS_SRCS))))
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OBJS = $(C_OBJS) $(AS_OBJS)
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# kernel 镜像由所有的 .o 按照 kernel.ld 链接而成
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$(BUILDDIR)/kernel: $(OBJS) $(K)/kernel.ld
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$(LD) $(LDFLAGS) -T kernel.ld -o kernel $(OBJS)
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请同学们自行查阅并了解``wildcard``、``addprefix``、``addsuffix``、``basename``的意义。
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运行 qemu
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.. code-block:: makefile
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QEMU = qemu-system-riscv64
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QEMUOPTS = \
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-nographic \
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-smp $(CPUS) \
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-machine virt \
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-bios $(BOOTLOADER) \
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-kernel kernel
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run: $(BUILDDIR)/kernel
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$(QEMU) $(QEMUOPTS)
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这个就是最关键的地方:make run。我们查看这条指令的结构，它首先执行上面 kernel 所需要的链接以及编译操作得到一个二进制的kernel。之后执行按照QEMUOPTS变量指定的参数启动qemu。QEMUOPTS意义如下：
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- nographic: 无图形界面
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- smp 1: 单核 (默认值，可以省略)
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- machine virt: 模拟硬件 RISC-V VirtIO Board
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- bios $(bios): 使用制定 bios，这里指向的是我们提供的 rustsbi 的bin文件。
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- kernel： 使用 elf 格式的 kernel。
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因此qemu会按照上述的参数启动，使用我们的rustsbi来进行一系列初始化，并将程序计数器移动至0x80200000并开始执行我们的OS。我们之后所有执行测试都是使用的make run指令。
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gdb 调试
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.. code-block:: makefile
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# QEMU's gdb stub command line changed in 0.11
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QEMUGDB = $(shell if $(QEMU) -help | grep -q '^-gdb'; \
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then echo "-gdb tcp::1234"; \
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else echo "-s -p 1234"; fi)
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debug: kernel .gdbinit
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$(QEMU) $(QEMUOPTS) -S $(QEMUGDB) &
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sleep 1
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$(GDB)
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使用 make debug 来使用 gdb 调试 qemu。程序自身执行的机制和直接 make run 一样。在解析 bootloader 的行为时可以使用 gdb 在其中添加断点来查看对应寄存器和内存的内容。gdb的具体使用方法和汇编课程上一致。不熟悉的同学可以在训练章节查看到可能用到的gdb指令的简单用法，也十分推荐同学们自学一些基础的 gdb 使用方法，掌握 gdb 对本课程帮助很大。
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LOG 支持
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.. code-block:: makefile
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ifeq ($(LOG), error)
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CFLAGS += -D LOG_LEVEL_ERROR
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else ifeq ($(LOG), warn)
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CFLAGS += -D LOG_LEVEL_WARN
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else ifeq ($(LOG), info)
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CFLAGS += -D LOG_LEVEL_INFO
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else ifeq ($(LOG), debug)
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CFLAGS += -D LOG_LEVEL_DEBUG
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else ifeq ($(LOG), trace)
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CFLAGS += -D LOG_LEVEL_TRACE
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endif
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我们的 log 等级选择是通过 -D 参数来实现的，这也是大家 ``make run LOG=xxx`` 的原理。从这里我们也可以看到 ``LOG`` 的可选值。
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.. warngin::
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FIX ME:
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大家在实际使用中会发现，由于 LOG 是静态编译是就确认的参数，所以如果想要改变 LOG 等级，就需要重新编译几乎所有的源文件。目前在需要改变 LOG 等级的时候需要 make clean 然后重新 make run。 |