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楼主 # 2022-02-11 15:38:08

shaoxi2010
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使用rust对arm9处理器进行裸机开发

基于之前对f1c200快速启动项目的研究,抽离出基本的在arm9处理器上最基本运行代码。
适配串口后同样能在f1c200上跑起来,供大家一起研究共同进步。

git地址: https://github.com/shaoxi2010/rust-arm9

项目目标
由于目前rust官方没有提供arm9的裸机环境支持,但是本身又不想放弃f1c200这个便宜又实在的平台。
这里就单纯的抛砖引玉作用了,吸引大家一起来研究下arm9的rust开发。

代码参考来源xboot,大佬真强。
使用rust与c开发的优缺点
1. cargo的存在使得rust不用在额外学习makefile等,简化项目管理统一编译
2. rust本身提供了很多基础实现,可以很方便的使用
3. rust提供的抽象可以很直观的理解代码含义,自身命名空间有效解决隔离问题
4. rust的抽象成本非常低,异常逻辑完善,debug起来很直观
5. rust的格式化字符串消耗较大,但灵活度高,在小内存比较难控制
6. rust的内联汇编与GCC内联汇编有些许的不一样,需要一定的学习成本
实现原理
核心思想与gcc编译内核一致,只要需要rust生成代码时,去除掉允许库相关依赖,程序严格
上来讲是可以允许在裸机环境。这时我们在采用arm-none-eabi-gcc的链接功能,将程序链接
成为一个完整环境即可,即可以同时将C与RUST一同编译链接实现。
在编写程序中遇到的问题
1. 首先裸机开发需要link.lds链接文件,需要将text,data,rodata(不链接没有字符串),bss段
2. 在start的启动汇编上需要设置sp地址否则会发现程序异常跑飞,qemu反复验证
3. 启动汇编需要清理bss段,否则static变量会出问题,qemu反复验证
4. rust内连汇编切记,会引起寄存器变化一定要使用inout实现,否则变量可能会被认为不变而不会对寄存器赋值直接跑飞,反汇编
5. 对于cpu操作应当详细参考arm手册,操作cp异常也可能会导致程序卡死,cache_flush卡死,qemu联调发现
6. rust的目标armv5te-unknown-linux-gnueabi目标会使用动态链接器,如Scrt1.o、libc,需要添加-no-pie和-no-stdlib避免链接
7. unwind在裸机环境并不支持,需要关闭栈回溯功能使用profile下panic = "abort"
8. __aeabi_unwind_cpp_pr0和eh_personality方法依赖于libgcc,也是栈回溯的一部分,空实现就行。
9. 关闭mmu并不会对数据进行flush操作,需要手动flush相关内容,不知道是不是ARM9特有
10. asm与gloabl_asm均会对{}进行解析处理,arm指令内带{}需要使用{{}}包装,或者使用raw模式,参见rust内联汇编文档
11. mmu的页彪需要对齐,否则会卡死在打开mmu上,qemu联调
程序运行与程序验证
1. 首先使用rustup target add armv5te-unknown-linux-gnueabi添加rust的arm9支持 (nightly)
2. 使用apt install arm-none-eabi-gcc安装arm工具链
3. 使用cargo build --release 生成二进制
4. 使用 arm-none-eabi-objcopy --binray target/armv5te-unknown-linux-gnueabi/release/rust-arm9 arm9生成裸机运行二进制
5. 下载目标机器
QEMU虚拟化运行和gdb联调
在实际环境下可能没有设备可以调试,使用QEMU虚拟机调试是很有效的办法。
QMUE 平台
1. 当前代码平台适配versatilepb即ARM Versatile/PB (ARM926EJ-S)
2. 使用qemu-system-arm -M versatilepb -serial stdio -display none -kernel target/armv5te-unknown-linux-gnueabi/release/rust-arm9运行
3. 即可看到hello world 输出
GDB联合调试
1. 添加QEMU调试参数-s -S运行即qemu-system-arm -s -S -M versatilepb -serial stdio -display none -kernel target/armv5te-unknown-linux-gnueabi/release/rust-arm9
2. 使用gdb-multiarch target/armv5te-unknown-linux-gnueabi/release/rust-arm9加载GDB
3. 进入gdb后使用target remote :1234,即可看到程序停在入口_start
4. 使用break等命令添加断点,或者反汇编等操作,一步步监视运行,调试程序bug

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