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第二讲实践与实验介绍

第三节硬件启动与软件启动

向勇陈渝李国良任炬

2024年春季

提纲

1. RISC-V开发板

QEMU启动参数和流程
x86启动流程

K210开发板

基于RISC-V 64 多核处理器

哪吒D1开发板

基于RISC-V 64 单核处理器

HiFive Unmatched 开发板（U740）

基于RISC-V 64 多核处理器

提纲

RISC-V开发板

2. QEMU启动参数和流程

x86启动流程

QEMU模拟器

使用软件 qemu-system-riscv64 来模拟一台 64 位 RISC-V 架构的计算机，它包含:

一个 CPU（可调整为多核）
一块物理内存
若干 I/O 外设

QEMU启动参数

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin,addr=0x80200000

machine virt 表示将模拟的 64 位 RISC-V 计算机设置为名为 virt 的虚拟计算机
物理内存的默认大小为 128MiB

QEMU启动参数

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin,addr=0x80200000

nographic 表示模拟器不需要提供图形界面，而只需要对外输出字符流

QEMU启动参数

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin,addr=0x80200000

bios 可以设置 QEMU 模拟器开机时用来初始化的引导加载程序（bootloader）
这里使用预编译好的 rustsbi-qemu.bin

QEMU启动参数

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin,addr=0x80200000

device的loader 参数可以在 QEMU 模拟器开机之前将一个宿主机上的文件载入到 QEMU 的物理内存的指定位置中
file 和 addr 参数分别可以设置待载入文件的路径以及将文件载入到的 QEMU 物理内存上的物理地址

QEMU启动流程

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin,addr=0x80200000

通常计算机加电之后的启动流程可以分成若干个阶段，每个阶段均由一层软件负责
每一层软件在完成它承担的初始化工作，然后跳转到下一层软件的入口地址，将计算机的控制权移交给了下一层软件。

QEMU启动流程

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin,addr=0x80200000

QEMU 模拟的启动流程则可以分为三个阶段：

由固化在 QEMU模拟的计算机内存中的一小段汇编程序初始化并跳转执行bootloader；
由 bootloader 负责，初始化并加载OS，跳转OS执行；
由内核执行初始化工作。

提纲

RISC-V开发板
QEMU启动参数和流程

3. x86启动流程

真实计算机(x86)的启动流程

基于x86的PC的启动固件的引导流程，从IBM PC机诞生第一天起，本质上就没有改变过。

Rom Stage：直接在ROM上运行BIOS代码；
Ram Stage：在RAM上运行代码，检测并初始化芯片组、主板等；
Bootloader Stage：在存储设备上找到Bootloader，加载执行Bootloader；
OS Stage：Bootloader初始化外设，在存储设备上找到OS，加载执行OS。

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