课程实例-操作系统（研讨课）

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• 课程实例-操作系统（研讨课）
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  • 环境搭建
    • 注
    • 准备
    • RISC-V 64 交叉编译环境
    • QEMU
    • minicom
    • Project0 测试
  • 踩坑
    • rebuild-uboot 报错：multiple definition of 'yylloc'

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环境搭建

注

• [2022.12.01更新] 在 Project 5 网卡驱动实验中，wsl 和 vmware 会出现 make run-net 启动 QEMU 模拟器很慢（>2min）的问题，严重影响调试。原因是它执行了非常多次 DHCP 广播操作，进一步的原因尚不明确，暂无解决方法。建议同学们从一开始就按建议使用 virtual box
• [2022.11.03更新] 经过3个 Project 的测试，wsl 环境开发没有任何问题，QEMU 模拟运行正常。但上板仍需使用虚拟机
• [2022.08.29更新] 警告：本课程后续需要通过 USB 串口连接 Pynq 开发板，而 WSL 对于 USB 设备的支持不完善，需要参考官方文档、甚至重新编译内核
• 本节使用的方法理论上与老师给出的虚拟机相同
  • riscv 交叉编译环境：

    $ riscv64-unknown-linux-gnu-gcc --version
    riscv64-unknown-linux-gnu-gcc (GCC) 9.2.0
    Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
    This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
    warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A    PARTICULAR PURPOSE.
    

  • QEMU：

    $ ~/OSLab-RISC-V/qemu/riscv64-softmmu/qemu-system-riscv64 --version
    QEMU emulator version 4.1.1.1 DASICS
    Copyright (c) 2003-2019 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers
    

  • minicom：

    $ minicom -v
    minicom version 2.8
    Copyright (C) Miquel van Smoorenburg.
    This program is free software; you can redistribute it and/or
    modify it under the terms of the GNU General Public License
    as published by the Free Software Foundation; either version
    2 of the License, or (at your option) any later version.
    

• 且 Project0 测试正常
• 但不排除老师还做了其它我尚不清楚的修改、造成环境不一致的可能性
• 仅适用于有一定折腾能力、因各种原因（老师提供的镜像导入运行失败、希望使用 WSL）自行搭建环境的同学

准备

• 一个 Linux 环境（示例使用的环境为 WSL2 Ubuntu 22.04 LTS）
• 老师在预备课上提供的 SD 卡中如下三个文件，拷入 Linux 系统备用：
  • riscv64-linux.tar.gz
  • OSLab-RISC-V.tar.gz
  • minicom.tar.gz

    $ pwd
    /home/user
    $ ls
    ... OSLab-RISC-V.tar.gz  minicom.tar.gz  riscv64-linux.tar.gz ...
    

RISC-V 64 交叉编译环境

可执行文件已编译好，只需解压、放到系统目录中、修改环境变量即可

1. 解压文件

   $ tar -xvf riscv64-linux.tar.gz
   ...
   

2. 移动到系统目录中，并设置权限

   $ sudo mv opt/riscv64-linux /opt
   $ sudo chown root:root /opt/riscv64-linux -R
   

3. 添加/opt/riscv64-linux/bin到环境变量
   • 临时修改（重启终端失效）

     $ export PATH=/opt/riscv64-linux/bin:$PATH
     

   • 长期修改，需要将上面的命令添加到 shell 启动脚本中。以 Ubuntu 默认的 bash 为例，添加到~/.bashrc中

     $ nano ~/.bashrc        // 可使用任意编辑器，这里用 nano
     // 在文件末尾另起一行，写入“export PATH=/opt/riscv64-linux/ bin:$PATH”
     $ source ~/.bashrc      // 保存后使改动生效，亦可重启终端
     

     若不确定自己使用的 shell，可以使用echo $SHELL查看

4. 验证配置

   $ riscv64-unknown-linux-gnu-gcc --version
   riscv64-unknown-linux-gnu-gcc (GCC) 9.2.0
   Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
   This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
   warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A    PARTICULAR PURPOSE.
   

QEMU

要编译，但老师已写好编译脚本，只需解压并运行即可

1. 解压文件

   $ tar -xvf OSLab-RISC-V.tar.gz
   ...
   

2. 安装编译所需环境

   $ sudo apt install pkg-config libglib2.0-dev libpixman-1-dev
   ...
   

3. 运行编译脚本。此步需要时间较长，且有大量 Warning（似乎是不同 Python 版本间==和is的差异引起，助教老师说无需在意，没有报 Error 就行），请耐心

   $ cd OSLab-RISC-V
   $ ./rebuild-qemu.sh
   ...
   

4. 验证编译

   $ ./qemu/riscv64-softmmu/qemu-system-riscv64 --version
   QEMU emulator version 4.1.1.1 DASICS
   Copyright (c) 2003-2019 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers
   

minicom

要求为 2.8 及以上版本

• Ubuntu 22.04自带的 apt 源已满足要求：

  $ apt search minicom
  ...
  minicom/jammy 2.8-2 amd64
    Friendly menu driven serial communication program
  ...
  

  类似情况，使用包管理器安装即可

  $ sudo apt install minicom
  

• 否则，编译安装：
  1. 解压文件

     $ tar -xvf minicom.tar.gz
     ...
     

  2. 编译安装

     $ ./configure
     $ make -j4           // 该数字请根据实际 CPU 核心数量调整
     $ make install
     

  3. 验证安装

     $ minicom -v
     minicom version 2.8
     Copyright (C) Miquel van Smoorenburg.
     This program is free software; you can redistribute it and/or
     modify it under the terms of the GNU General Public License
     as published by the Free Software Foundation; either version
     2 of the License, or (at your option) any later version.
     

Project0 测试

克隆老师给出的仓库，进入 Project0 文件夹

检查 MakeFile 中工具路径是否与实际一致

$ cat MakeFile
...
# -----------------------------------------------------------------------
# Host Linux Variables
# -----------------------------------------------------------------------

SHELL           = /bin/sh
DIR_OSLAB       = $(HOME)/OSLab-RISC-V
DIR_QEMU        = $(DIR_OSLAB)/qemu

# -----------------------------------------------------------------------
# Build and Debug Tools
# -----------------------------------------------------------------------

CROSS_PREFIX    = riscv64-unknown-linux-gnu-
CC                              = $(CROSS_PREFIX)gcc
GDB                             = $(CROSS_PREFIX)gdb
QEMU                    = $(DIR_QEMU)/riscv64-softmmu/qemu-system-riscv64
...

上面为老师给出的配置，即之前编译的 QEMU 位于路径~/OSLab-RISC-V/qemu/riscv64-softmmu/qemu-system-riscv64下

只要最初在用户主目录~下执行解压命令tar -xvf OSLab-RISC-V.tar.gz，路径应该是正确的

检查后，编译

$ make
riscv64-unknown-linux-gnu-gcc -O0 -fno-builtin -nostdlib -nostdinc -Wall -mcmodel=medany -ggdb3 -Wl,--defsym=TEXT_START=0x50000000 -T riscv.lds -o  test test.S -e main

调试运行

$ make debug
/home/user/OSLab-RISC-V/qemu/riscv64-softmmu/qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt -m 256M -kernel  test -bios none -s -S

另起一终端使用 gdb

$ make gdb
riscv64-unknown-linux-gnu-gdb  test -ex "target remote:1234"
...
Reading symbols from test...
Remote debugging using :1234
0x0000000000010000 in ?? ()
(gdb)

如上，未报错，说明编译和运行正常，测试成功

踩坑

rebuild-uboot 报错：multiple definition of 'yylloc'

错误信息类似：

  ...
  HOSTLD  scripts/dtc/dtc
/usr/bin/ld: scripts/dtc/dtc-parser.tab.o:(.bss+0x10): multiple definition of `yylloc'; scripts/dtc/dtc-lexer.lex.o:(.bss+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status
make[2]: *** [scripts/Makefile.host:106: scripts/dtc/dtc] Error 1
make[1]: *** [scripts/Makefile.build:432: scripts/dtc] Error 2
make: *** [Makefile:528: scripts] Error 2

与成功 rebuild 的同学比较发现，gcc 版本不同

// 失败编译的gcc版本
$ gcc --version
gcc (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04) 11.3.0
Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
// 成功编译的gcc版本
$ gcc --version
gcc (Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.1) 9.4.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

怀疑是 gcc11 与 gcc9 的差异，检查系统中是否安装了 gcc9：

$ gcc-9 --version
gcc-9 (Ubuntu 9.5.0-1ubuntu1~22.04) 9.5.0
...

若未安装：

$ gcc-9 --version
bash: command not found: gcc-9

则使用 apt 进行安装

$ sudo apt install gcc-9 -y

随后修改 Makefile

$ nano ~/OSLab-RISC-V/u-boot/Makefile
// 大约第 255 行
HOSTCC       = cc
// 修改为
HOSTCC       = gcc-9

并重新执行编译脚本./rebuild-uboot.sh