Merge pull request #190 from MRNIU/memory

Memory

README.md

@@ -10,7 +10,7 @@
 
 # SimpleKernel
 
-intr branch
+memory branch
 
 ## 关键词
 
@@ -113,27 +113,15 @@ intr branch
 
 - riscv64
 
-    1. 对 CSR 寄存器的抽象
-    2. 寄存器状态打印
-    3. 基于 Direct 的中断处理
-    4. 中断注册函数
-    5. 时钟中断
-
+    1. 
+
 - X86_64
 
-    1. cpu 抽象
-    2. 8259A pic 控制器抽象
-    3. 8253/8254 timer 控制器抽象
-    4. gdt 初始化
-    5. 中断处理流程
-    6. 中断注册函数
-    7. 时钟中断
+    1. 
 
 - TODO
 
-    riscv64 PLIC
-
-    x86_64 APIC
+
 
 - 全局对象
 
@@ -150,44 +138,37 @@ intr branch
 ## 已支持特性
 
   - [x] [BUILD] 使用 CMake 的构建系统
-
   - [x] [BUILD] 使用 gdb remote 调试
-
   - [x] [BUILD] 第三方资源集成
-
   - [x] [COMMON] C++ 全局对象的构造
-
   - [x] [COMMON] C++ 静态局部对象构造
-
   - [x] [COMMON] C 栈保护支持
-
   - [x] [COMMON] printf 支持
-
   - [x] [COMMON] 简单的 C++ 异常支持
-
   - [x] [COMMON] 带颜色的字符串输出
-
   - [x] [x86_64] 基于 gnuefi 的 bootloader
-
   - [x] [x86_64] 基于 serial 的基本输出
-
   - [x] [x86_64] 物理内存信息探测
-
   - [x] [x86_64] 显示缓冲区探测
-
   - [x] [x86_64] 调用栈回溯
-
   - [x] [riscv64] gp 寄存器的初始化
-
   - [x] [riscv64] 基于 opensbi 的基本输出
-
   - [x] [riscv64] device tree 硬件信息解析
-
   - [x] [riscv64] ns16550a 串口驱动
-
   - [x] [riscv64] 调用栈回溯(仅打印地址)
-
   - [ ] [aarch64] 基于 gnuefi 的 bootloader(调试中)
+  - [x] [riscv64] 对 CSR 寄存器的抽象
+  - [x] [riscv64] 寄存器状态打印
+  - [x] [riscv64] 基于 Direct 的中断处理
+  - [x] [riscv64] 中断注册函数
+  - [x] [riscv64] 时钟中断
+  - [x] [x86_64] cpu 抽象
+  - [x] [x86_64] 8259A pic 控制器抽象
+  - [x] [x86_64] 8253/8254 timer 控制器抽象
+  - [x] [x86_64] gdt 初始化
+  - [x] [x86_64] 中断处理流程
+  - [x] [x86_64] 中断注册函数
+  - [x] [x86_64] 时钟中断
 
 ## 使用的第三方资源
 

src/kernel/CMakeLists.txt

@@ -21,11 +21,13 @@ add_subdirectory(${PROJECT_SOURCE_DIR}/driver)
 
 add_executable(${PROJECT_NAME}
         main.cpp
+        physical_memory_manager.cpp
+        virtual_memory_manager.cpp
 )
 
-# 添加头文件
 target_include_directories(kernel PRIVATE
         include
+        ../
 )
 
 # 添加要链接的库

src/kernel/arch/aarch64/interrupt.cpp

@@ -18,7 +18,11 @@
 #include "kernel_log.hpp"
 #include "sk_cstdio"
 
+<<<<<<< HEAD
+Interrupt::Interrupt() { log::Info("Interrupt init.\n"); }
+=======
 Interrupt::Interrupt() { klog::Info("Interrupt init.\n"); }
+>>>>>>> new_intr
 
 void Interrupt::Do(uint64_t cause, uint8_t *context) {
   (void)cause;
@@ -31,7 +35,11 @@ void Interrupt::RegisterInterruptFunc(uint64_t cause, InterruptFunc func) {
 }
 
 uint32_t InterruptInit(uint32_t, uint8_t *) {
+<<<<<<< HEAD
+  log::Info("Hello InterruptInit\n");
+=======
   klog::Info("Hello InterruptInit\n");
+>>>>>>> new_intr
 
   return 0;
 }

src/kernel/arch/riscv64/include/cpu/cpu.hpp

@@ -27,4 +27,84 @@
 #include "sk_cstdio"
 #include "sk_iostream"
 
+namespace cpu {
+namespace vmm {
+enum {
+  VALID_OFFSET = 0,
+  READ_OFFSET = 1,
+  WRITE_OFFSET = 2,
+  EXEC_OFFSET = 3,
+  USER_OFFSET = 4,
+  GLOBAL_OFFSET = 5,
+  ACCESSED_OFFSET = 6,
+  DIRTY_OFFSET = 7,
+  VALID = 1 << VALID_OFFSET,
+  READ = 1 << READ_OFFSET,
+  WRITE = 1 << WRITE_OFFSET,
+  EXEC = 1 << EXEC_OFFSET,
+  USER = 1 << USER_OFFSET,
+  GLOBAL = 1 << GLOBAL_OFFSET,
+  ACCESSED = 1 << ACCESSED_OFFSET,
+  DIRTY = 1 << DIRTY_OFFSET,
+};
+/// 有效位
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_VALID = VALID;
+/// 可读位
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_READABLE = READ;
+/// 可写位s
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_WRITABLE = WRITE;
+/// 可执行位
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_EXECUTABLE = EXEC;
+/// 用户位
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_USER = USER;
+/// 全局位，我们不会使用
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_GLOBAL = GLOBAL;
+/// 已使用位，用于替换算法
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_ACCESSED = ACCESSED;
+/// 已修改位，用于替换算法
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_DIRTY = DIRTY;
+/// 内核虚拟地址相对物理地址的偏移
+static constexpr const size_t KERNEL_OFFSET = 0x0;
+/// PTE 属性位数
+static constexpr const size_t VMM_PTE_PROP_BITS = 10;
+/// PTE 页内偏移位数
+static constexpr const size_t VMM_PAGE_OFF_BITS = 12;
+/// VPN 位数
+static constexpr const size_t VMM_VPN_BITS = 9;
+/// VPN 位数掩码，9 位 VPN
+static constexpr const size_t VMM_VPN_BITS_MASK = 0x1FF;
+/// riscv64 使用了三级页表
+static constexpr const size_t VMM_PT_LEVEL = 3;
+
+// 开启 PG
+inline void EnablePage() {
+  kAllCsr.satp.asid.Write(0);
+  kAllCsr.satp.mode.Write(register_info::csr::SatpInfo::kSv39);
+}
+inline void DisablePage() {
+  kAllCsr.satp.mode.Write(register_info::csr::SatpInfo::kBare);
+}
+
+/**
+ * @brief 设置 页目录
+ * @param  _pgd            要设置的页表
+ * @return true            成功
+ * @return false           失败
+ */
+inline void SetPageDirectory(uint64_t pgd) { kAllCsr.satp.ppn.Write(pgd); }
+
+/**
+ * @brief 获取页目录
+ * @return uint64_t        页目录值
+ */
+inline uint64_t GetPageDirectory() { return kAllCsr.satp.ppn.Get(); }
+
+inline void FlushPage(uint64_t addr) {
+  (void)addr;
+  __asm__ volatile("sfence.vma zero, zero");
+}
+
+}  // namespace vmm
+}  // namespace cpu
+
 #endif  // SIMPLEKERNEL_SRC_KERNEL_ARCH_RISCV64_INCLUDE_CPU_CPU_HPP_

src/kernel/arch/riscv64/include/cpu/regs.hpp

@@ -38,6 +38,37 @@
  */
 namespace cpu {
 
+// namespace vmm_info {
+// /// 有效位
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_VALID = CPU::pte_t::VALID;
+// /// 可读位
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_READABLE = CPU::pte_t::READ;
+// /// 可写位s
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_WRITABLE = CPU::pte_t::WRITE;
+// /// 可执行位
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_EXECUTABLE = CPU::pte_t::EXEC;
+// /// 用户位
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_USER = CPU::pte_t::USER;
+// /// 全局位，我们不会使用
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_GLOBAL = CPU::pte_t::GLOBAL;
+// /// 已使用位，用于替换算法
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_ACCESSED = CPU::pte_t::ACCESSED;
+// /// 已修改位，用于替换算法
+// static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_DIRTY = CPU::pte_t::DIRTY;
+// /// 内核虚拟地址相对物理地址的偏移
+// static constexpr const size_t KERNEL_OFFSET = 0x0;
+// /// PTE 属性位数
+// static constexpr const size_t VMM_PTE_PROP_BITS = 10;
+// /// PTE 页内偏移位数
+// static constexpr const size_t VMM_PAGE_OFF_BITS = 12;
+// /// VPN 位数
+// static constexpr const size_t VMM_VPN_BITS = 9;
+// /// VPN 位数掩码，9 位 VPN
+// static constexpr const size_t VMM_VPN_BITS_MASK = 0x1FF;
+// /// riscv64 使用了三级页表
+// static constexpr const size_t VMM_PT_LEVEL = 3;
+// };  // namespace vmm_info
+
 // 第一部分：寄存器定义
 namespace register_info {
 

src/kernel/arch/x86_64/include/cpu/cpu.hpp

@@ -512,6 +512,53 @@ struct InterruptContextErrorCode {
   }
 };
 
+namespace vmm {
+/// P = 1 表示有效； P = 0 表示无效。
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_VALID = 1 << 0;
+/// 如果为 0  表示页面只读或可执行。
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_READABLE = 0;
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_WRITABLE = 1 << 1;
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_EXECUTABLE = 0;
+/// U/S-- 位 2 是用户 / 超级用户 (User/Supervisor) 标志。
+/// 如果为 1 那么运行在任何特权级上的程序都可以访问该页面。
+static constexpr const uint8_t VMM_PAGE_USER = 1 << 2;
+/// 内核虚拟地址相对物理地址的偏移
+static constexpr const size_t KERNEL_OFFSET = 0x0;
+/// PTE 属性位数
+static constexpr const size_t VMM_PTE_PROP_BITS = 12;
+/// PTE 页内偏移位数
+static constexpr const size_t VMM_PAGE_OFF_BITS = 12;
+/// VPN 位数
+static constexpr const size_t VMM_VPN_BITS = 9;
+/// VPN 位数掩码，9 位 VPN
+static constexpr const size_t VMM_VPN_BITS_MASK = 0x1FF;
+/// x86_64 使用了四级页表
+static constexpr const size_t VMM_PT_LEVEL = 4;
+
+// 开启 PG
+inline void EnablePage() { kAllCr.cr0.pg.Set(); }
+inline void DisablePage() { kAllCr.cr0.pg.Clear(); }
+
+/**
+ * @brief 设置 页目录
+ * @param  _pgd            要设置的页表
+ * @return true            成功
+ * @return false           失败
+ */
+inline void SetPageDirectory(uint64_t pgd) { kAllCr.cr3.Write(pgd); }
+
+/**
+ * @brief 获取页目录 CR3
+ * @return uint64_t        CR3 值
+ */
+inline uint64_t GetPageDirectory() { return kAllCr.cr3.Read(); }
+
+inline void FlushPage(uint64_t addr) {
+  __asm__ volatile("invlpg (%0)" : : "r"(addr) : "memory");
+}
+
+};  // namespace vmm
+
 };  // namespace cpu
 
 #endif  // SIMPLEKERNEL_SRC_KERNEL_ARCH_X86_64_INCLUDE_CPU_CPU_HPP_

src/kernel/arch/x86_64/include/cpu/regs.hpp

@@ -999,7 +999,15 @@ class WriteOnlyRegBase {
       klog::Err("TODO\n");
     } else if constexpr (std::is_same<RegInfo,
                                       register_info::cr::Cr0Info>::value) {
-      __asm__ volatile("bts %%cr0, %0" : : "r"(offset) :);
+      // __asm__ volatile("bts %%cr0, %0" : : "r"(offset) :);
+      uint64_t value;
+      __asm__ volatile(
+          "mov %%cr0, %0\n\t"
+          "bts %1, %0\n\t"
+          "mov %0, %%cr0"
+          : "=r"(value)
+          : "r"(offset)
+          : "memory");
     } else if constexpr (std::is_same<RegInfo,
                                       register_info::cr::Cr2Info>::value) {
       __asm__ volatile("bts %%cr2, %0" : : "r"(offset) :);
@@ -1059,7 +1067,16 @@ class WriteOnlyRegBase {
       klog::Err("TODO\n");
     } else if constexpr (std::is_same<RegInfo,
                                       register_info::cr::Cr0Info>::value) {
-      __asm__ volatile("btr %%cr0, %0" : : "r"(offset) :);
+      // __asm__ volatile("btr %%cr0, %0" : : "r"(offset) :);
+      // __asm__ volatile("bts %%cr0, %0" : : "r"(offset) :);
+      uint64_t value;
+      __asm__ volatile(
+          "mov %%cr0, %0\n\t"
+          "btr %1, %0\n\t"
+          "mov %0, %%cr0"
+          : "=r"(value)
+          : "r"(offset)
+          : "memory");
     } else if constexpr (std::is_same<RegInfo,
                                       register_info::cr::Cr2Info>::value) {
       __asm__ volatile("btr %%cr2, %0" : : "r"(offset) :);

src/kernel/include/kernel.h

@@ -43,4 +43,8 @@ uint32_t main(uint32_t argc, uint8_t* argv);
 
 uint32_t InterruptInit(uint32_t argc, uint8_t* argv);
 
+uint32_t PhysicalMemoryInit(uint32_t argc, uint8_t* argv);
+
+uint32_t VirtualMemoryInit(uint32_t argc, uint8_t* argv);
+
 #endif /* SIMPLEKERNEL_SRC_KERNEL_INCLUDE_KERNEL_H_ */