Sophon

Sophon - เคอร์เนล Raspberry Pi ในสนิม

การทดลอง แบบโมดูลาร์ เคิร์นที่เขียนด้วยสนิม

ชื่อ "Sophon" มาจากนวนิยาย ปัญหาสามร่างกาย

เริ่มต้น

การตระเตรียม

1. ติดตั้ง Rustup
2. qemu-system-aarch64 (เลือก gdb-multiarch หรือ lldb สำหรับการดีบัก)
3. สำหรับการดีบัก: เครื่องมือ LLVM ( lldb , llvm-objcopy และ llvm-objdump )
4. การตั้งค่า VSCODE: ติดตั้งส่วนขยายการวิเคราะห์สนิม

วิ่งบน QEMU

$ cargo dev run 

วิ่งบนราสเบอร์รี่ Pi 4B

เตรียม UEFI และ USB ที่สามารถบู๊ตได้ (หนึ่งครั้ง)

1. เตรียมไดรฟ์ USB ด้วยเฟิร์มแวร์ UEFI
2. เสียบ USB กับ Raspberry Pi ของคุณและเชื่อมต่อกับจอภาพ HDMI (หรือใช้ UART0)
3. เริ่มเมนูการตั้งค่า Raspberry Pi และ Goto UEFI
4. นำทางไปยัง Device Manager → Raspberry Pi Configuration → Advanced Settings และเปิดใช้งาน ACPI + Device tree

ติดตั้งเคอร์เนล

1. cd boot/uefi
2. make deploy boot=/path/to/your/usb/directory
3. เสียบ USB กับ Raspberry Pi ของคุณและเชื่อมต่อสายเคเบิลอนุกรมเข้ากับพอร์ต UART0 อย่างถูกต้อง
4. ใช้ screen เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อนุกรม
   • เช่น screen /dev/tty.usbserial 115200
5. เริ่ม Raspberry Pi

ออกแบบ

แผนปัจจุบันคือ:

ทำให้เคอร์เนลเรียบง่ายและเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ แทนที่จะทำตามวิธีไมโครเคิร์นเนลที่ทำให้ส่วนประกอบเคอร์เนลแต่ละชิ้นเป็นกระบวนการของผู้ใช้ที่แยกได้ Sophon พยายามที่จะปฏิบัติต่อส่วนประกอบเป็นโมดูลเคอร์เนล สิ่งนี้คาดว่าจะมีประสิทธิภาพสูงกว่า micro-kernels เนื่องจากไม่มีสวิตช์บริบทและข้อความที่ผ่านเหนือศีรษะ

สิ่งที่ต้องทำ

รองเท้าบูท

• ทำให้เคอร์เนลบูตบน Aarch64 qemu (uefi)
• ทำให้เคอร์เนลบูตบนราสเบอร์รี่ Pi 4b (UEFI) จริง
• ตั้งค่าหน่วยความจำเสมือน EL1
• โหลดเคอร์เนลเป็น elf ที่ relocatable
• เริ่มเคอร์เนลที่ระดับข้อยกเว้น 1
• บูตเครือข่าย uefi
• การสนับสนุน U-Boot

เคอร์เนล

• เริ่มต้นไดรเวอร์ตามแผนผังอุปกรณ์
• การสนับสนุนตัวจัดการขัดจังหวะขั้นพื้นฐาน
• การจัดสรรเคอร์เนลกอง
• ตัวจับเวลาขัดจังหวะ
• สวิตช์การตั้งเวลา / บริบท
• Syscalls รองรับ
• Log syscall (เอาต์พุตไปยัง UART สำหรับการดีบักกระบวนการของผู้ใช้)
• โมดูลเคอร์เนล
• Syscalls ที่กำหนดโมดูล ( การโทรโมดูล )
• โมดูล VFS และ root-fs
• โมดูลการจัดการหน่วยความจำ mmap และ munmap syscalls
• โมดูลระบบไฟล์เช่น FAT32
• โมดูลการจัดการกระบวนการ
• กระบวนการและมัลติเธรด
• อินเทอร์เฟซไดรเวอร์ขึ้นอยู่กับโมดูล
• การสนับสนุน SMP

พื้นที่ผู้ใช้

• ดักจับและจัดการกับสแต็คเหนือโฟลว์อย่างถูกต้อง
• เปิดกระบวนการเริ่มต้นในโหมดพิเศษ
• เปิดกระบวนการเริ่มต้นในโหมดผู้ใช้
• tty
• อัปเดต/รีลีสหน้าอ้างอิงหลังจากออกจากกระบวนการ
• พอร์ต GCC/libc/rustc

สถาปัตยกรรม

• Aarch64
• x86_64
• x86
• ARMV6-M (RTOs)

คนอื่น

• การทดสอบหน่วย / การรวม
• การรวมอย่างต่อเนื่อง (ขึ้นอยู่กับการกระทำของ GitHub)

การอ้างอิง

1. Raspberry Pi Bare Bones Rust - Osdev
2. อินเตอร์เฟสคุณสมบัติกล่องจดหมาย
3. Raspberry Pi 3 บทช่วยสอน
4. Raspberry Raspberry Pi 3 บทช่วยสอน (สนิม)
5. เอกสารฮาร์ดแวร์ Raspberry Pi
6. การเรียนรู้ OS Dev โดยใช้ Linux Kernel & Raspberry Pi
7. เอกสาร ARM Quad-A7 (สำหรับการกำหนดค่าตัวจับเวลา)
8. วงกลม - การเขียนโปรแกรมโลหะเปลือย C ++ สำหรับ RPI
9. PANICOS - ระบบปฏิบัติการ X86 ที่เรียบง่ายพร้อมพื้นที่ผู้ใช้แบบกราฟิก