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2024秋冬季开源操作系统训练营第三阶段总结报告_郑昱可

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内容

三阶段的项目我选择了Rust for Linux驱动开发方向。

具体内容是用Rust重写PL011串口驱动,并能通过跨内核驱动框架，使驱动在arceos和linux运行

这次的项目基于Raspi4b or Raspi3b in Qemu进行开发。

我使用的开发的仓库地址是(R4L_DRV)[https://github.com/Oveln/R4L_DRV]

练习部分

内容

练习部分分三个

  • 用Rust for Linux写一个简单的杂项设备驱动，能做到输入和输出
  • 用跨内核驱动框架，实现一个设备驱动，能控制Raspi4b上的某个引脚，从而控制LED的亮灭

遇到的困难

此前我完全没有接触过驱动的编写，对硬件的原理知之甚少。经过很长一段时间的RTFM，以及了解硬件编程相关的知识。

同时对Linux设备驱动相关的内容也进行了比较充足的了解。

收获

练习部分的收获主要是

  • 第一次接触了Linux的设备驱动，对文件树中的/dev/xxx的设备文件有了认知
  • 更加明白了什么叫Every thing is File
  • 稍微看的懂电路原理图了x
  • 对很长的文档的恐惧逐渐消退

实战部分:使用Rust重写PL011驱动

问题一

串口驱动的内容相较于简单的GPIO繁琐且复杂，需要我进一步的了解Linux的串口子系统tty-uart_driver-uart_port相关的注册关系。

在经过一些努力

  • RTFS
  • 找网上的资料学习（特别感谢野火的文档教程

这个问题逐渐的被解决了

问题二

Rust for Linux经过数年的发展，在某些方面有了完备的抽象。但这次项目所涉及的uart_driver、uart_port、console等结构体没有被支持。

这个问题没什么简单的办法，在Rust for Linux社区中也没有找到好的实现。只能自己做。

如何抽象函数指针

比如，在uart_port中有很多void*类型的函数指针，如何对这些函数指针进行良好的Rust抽象就成了一大问题。

我在R4L的代码中找到的解决方案是

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struct ops {
    void* print_int(int)
    void* print_char(char)
}

以上代码可以通过Rust进行如下封装

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pub struct OperationsVtable<T>(marker::PhantomData<T>);
pub trait Ops {
    fn print_int(x: i32);
    fn print_char(x: char);
}
impl<T: Ops> OperationsVtable<T> {
    unsafe extern "C" fn print_int(x: c_int) {
        T::print_int(x);
    }
    unsafe extern "C" fn print_char(x: c_char) {
        T::print_char(x);
    }

    const VTABLE: bindings::ops = bindings::ops {
        print_int: Some(Self::print_int),
        print_char: Some(Self::print_char)
    };

    pub(crate) unsafe fn build() -> *const bindings::ops {
        &Self::VTABLE as *const _
    }
}

// 在定义了上面三段后就可以定义一个自己的Ops

struct MyOps;

impl Ops for MyOps {
    ...
}

// 之后想要得到MyOps的对应的C的ops结构体只需要

let ops = OperationsVtable<MyOps>::build();

现在的成果和收获

对Linux的C代码中的serial_core.h中的uart_driver和uart_port以及console做了比较完整的抽象。

我也能够比较好的使用Rust中的Pin使数据固定在内存上的某个地方了。