组件开发指南

TGOSKits 的核心价值不仅在于将各仓库整合到同一工作区，更在于使开发者能够从组件出发，追踪其在 ArceOS、StarryOS 和 Axvisor 中的实际使用方式。本文档介绍 TGOSKits 的多层组件架构、改动影响评估、验证路径选择，以及将新组件接入三套系统的标准流程。

若已知目标 crate 的名称，建议配合组件概述阅读本文档：本文档侧重说明"组件处于哪一层、通常影响哪些系统"，而组件概述负责回答"它依赖哪些包、文档入口在哪里"。

1. 组件层次结构

新开发者常见的误解是：只有 components/ 下的目录才算组件。实际上，TGOSKits 包含六类组件化层次，每一层均有其职责定位和消费者群体。理解这些层次的划分，对于评估改动影响范围和选择验证路径至关重要。

下表总结了六类组件层次的路径、职责、典型内容与主要消费者：

路径	角色	典型内容	主要消费者
`components/`	subtree 管理的独立可复用 crate	`ax-errno`、`ax-kspin`、`axvm`、`starry-process`	三套系统都可能直接或间接使用
`os/arceos/modules/`	ArceOS 内核模块	`ax-hal`、`ax-task`、`ax-net`、`ax-fs`	ArceOS，且经常被 StarryOS 和 Axvisor 复用
`os/arceos/api/`	feature 与对外 API 聚合	`ax-feat`、`ax-api`	ArceOS 应用、StarryOS、Axvisor
`os/arceos/ulib/`	用户侧库	`ax-std`、`ax-libc`	ArceOS 示例与用户应用
`os/StarryOS/kernel/`	StarryOS 内核逻辑	syscall、进程、内存、文件系统	`starryos` 包
`os/axvisor/`	Hypervisor 运行时与配置	`src/`、`configs/board/`、`configs/vms/`	Axvisor

除上述六类核心组件层次外，以下两个目录在验证组件功能和系统集成时也需关注：

platforms/*：平台实现
test-suit/*：系统级测试入口

2. 组件依赖关系

理解组件的依赖流向对于评估改动影响范围至关重要。以下流程图展示了从可复用 crate 到最终系统的典型路径：

上述流程图表示常见的三种组件依赖路径：

纯复用 crate 直接被系统包依赖
例如 components/starry-process、virtualization/axvm
先经过 ArceOS 模块层，再被上层系统消费
例如 ax-hal、ax-task、ax-driver、ax-net
通过平台和配置接到最终系统
例如内置动态平台 platforms/axplat-dyn、外部自定义 ax-plat-* 兼容包、Axvisor 的 configs/board/*.toml

2.1 依赖统计

仓库内 148 个 crate 之间的内部有向边共 533 条，最大层级 16。

分类	数
ArceOS 层	30
Axvisor 层	2
StarryOS 层	2
工具层	2
平台层	2
测试层	17
组件层	93

2.2 详细依赖数据

组件概述 — 分类统计、依赖图与外部依赖概要
层级关系 — 16 层分级总览与逐 crate 层级表

3. 改动定位

在开始修改前，需首先明确改动所属的层次及其影响的系统范围，以便选择合适的开发位置和验证策略。下表根据功能类型推荐了优先查看的位置和常见影响面：

你要改什么	优先看哪里	常见影响面
通用基础能力：错误、锁、页表、Per-CPU、容器	`components/axerrno`、`components/kspin`、`memory/page_table_multiarch`、`components/percpu`	三套系统都可能受影响
ArceOS 内核服务：调度、HAL、驱动、网络、文件系统	`os/arceos/modules/`、`drivers/`，以及相关 `memory/` / `platforms/`	ArceOS，且可能波及 StarryOS / Axvisor
ArceOS 的 feature 或应用接口	`os/arceos/api/axfeat`、`os/arceos/ulib/axstd`、`os/arceos/ulib/axlibc`	ArceOS 应用与上层系统
StarryOS 的 Linux 兼容行为	`components/starry-`、`os/StarryOS/kernel/`	StarryOS
Hypervisor、vCPU、虚拟设备、VM 管理	`virtualization/axvm`、`virtualization/axvm-types`、`virtualization/_vcpu`、`virtualization/axdevice`、`virtualization/axvisor_api`、`os/axvisor/src/`	Axvisor
平台、板级适配或 VM 启动配置	`platforms/`、`os/axvisor/configs/`	一到多个系统

若不确定某个 crate 的维护者或来源仓库，可查看 scripts/repo/repos.csv，该文件记录了所有 subtree 组件的来源信息。

4. 组件修改与验证

修改已有组件时，推荐采用渐进式验证策略：从最小的消费者开始，逐步扩大验证范围，最后补充统一测试。该方法既能快速发现问题，又能避免在无关测试上浪费时间。

4.1 定位最近的消费者

建议先明确以下信息：

该 crate 被哪些包直接依赖
影响范围是单个系统还是多个系统
是否存在比"启动整套系统"更轻量的验证入口

通常可先查看相关 Cargo.toml，再选择最小运行路径。

4.2 最小验证路径

根据改动位置的不同，推荐的验证路径也有所差异：

改动位置	第一步验证	第二步验证
`components/axerrno`、`components/kspin`、`components/ax-lazyinit` 这类基础 crate	`cargo test -p <crate>`	`cargo xtask arceos run --package arceos-helloworld --arch riscv64`
`os/arceos/modules/*`	`cargo xtask arceos run --package arceos-helloworld --arch riscv64`	需要功能时换成 `arceos-httpserver --net` 或 `arceos-shell --blk`
`components/starry-`、`os/StarryOS/kernel/`	`cargo xtask starry run --arch riscv64 --package starryos`	`cargo starry test qemu --target riscv64`
`virtualization/axvm`、`virtualization/axvm-types`、`virtualization/_vcpu`、`virtualization/axdevice`、`os/axvisor/src/`	`cd os/axvisor && cargo xtask build`	准备好 Guest 后运行 `./scripts/setup_qemu.sh arceos`，再执行 `cargo xtask qemu --build-config ... --qemu-config ... --vmconfigs ...`

4.3 补充统一测试

完成最小路径验证后，若改动涉及跨系统基础组件，还需运行统一测试以确保不会破坏其他系统：

cargo xtask test
cargo arceos test qemu --target riscv64gc-unknown-none-elf
cargo starry test qemu --target riscv64
cargo axvisor test qemu --target aarch64

若修改的是跨系统基础组件，至少应执行以下测试：

一条宿主机/std 路径
一条 ArceOS 路径
一条该组件实际影响到的系统路径

5. 新增组件

新增组件时，首先应确定其所属层次，然后按照标准模板创建目录和配置文件。正确的初始结构设计能够显著降低后续维护和集成的成本。

5.1 确定所属层次

首先需明确新 crate 应属于哪一层：

真正可复用的独立 crate：放 components/
仅属于 ArceOS 的 OS 模块：放 os/arceos/modules/
仅属于 ArceOS 的 API 或用户库：放 os/arceos/api/ 或 os/arceos/ulib/
仅属于 StarryOS / Axvisor 的系统内部逻辑：优先放对应系统目录

5.2 标准目录结构

确定层次后，按以下标准结构创建组件目录。以下为 components/ 下独立 subtree crate 的推荐模板：

my_component/
├── Cargo.toml                  # Crate 元数据和依赖配置
├── rust-toolchain.toml         # Rust 工具链配置
├── LICENSE                     # 许可证文件
├── CHANGELOG.md                # 版本变更日志（可选）
├── README.md                   # 项目简介（英文）
├── README_CN.md                # README 中文版（可选）
├── .cargo/
│   └── config.toml             # Cargo 配置（默认 target、编译选项等）
├── .github/
│   ├── workflows/
│   │  ├── check.yml            # 代码检查工作流
│   │  ├── test.yml             # 测试工作流
│   │  ├── deploy.yml           # 文档部署工作流
│   │  └── release.yml          # 发布工作流
│   └── config.json             # 项目配置文件
├── scripts/                    # 实用脚本
│   ├── check.sh                # 代码检查（调用 axci/check.sh）
│   └── test.sh                 # 测试（调用 axci/tests.sh）
├── tests/                      # 集成测试文件
└── src/                        # 组件源码目录
    └── lib.rs                  # 库入口，导出公共 API

注意：如果组件仅作为 TGOSKits 内部原型，不需要立即添加 .github/、scripts/、tests/ 等 subtree CI 相关文件。只有在组件准备作为独立 subtree 仓库长期维护时才需要补齐。

5.3 配置文件模板

Cargo.toml

[package]
name = "my_component"
version = "0.1.0"
edition = "2024"
authors = ["作者"]
description = "组件描述"
license = "Apache-2.0"
repository = "https://github.com/org/repo"
keywords = ["os", "component"]
categories = ["embedded", "no-std"]

[dependencies]

在 TGOSKits 工作区内，更推荐直接复用根工作区的配置：

[package]
name = "my_component"
version = "0.1.0"
edition.workspace = true

[dependencies]

.github/config.json

CI/CD 流程读取的组件配置文件：

{
  "targets": [
    "aarch64-unknown-none-softfloat"
  ],
  "rust_components": [
    "rust-src",
    "clippy",
    "rustfmt"
  ]
}

字段	说明
`targets`	编译目标平台列表
`rust_components`	需要安装的 Rust 组件

.cargo/config.toml

[target.aarch64-unknown-linux-gnu]
linker = "aarch64-linux-gnu-gcc"
runner = ["qemu-aarch64", "-L", "/usr/aarch64-linux-gnu"]

rust-toolchain.toml

[toolchain]
profile = "minimal"
channel = "nightly-2025-05-20"
components = ["rust-src", "llvm-tools", "rustfmt", "clippy"]
targets = ["aarch64-unknown-none-softfloat"]

5.4 把组件接到根 workspace

普通 leaf crate 常见需要两步：在根 Cargo.toml 的 [workspace.members] 里加入路径，以及在 [patch.crates-io] 里加入同名 patch，让其他包解析到本地源码：

[workspace]
members = [
    "components/my_component",
]

[patch.crates-io]
my_component = { path = "components/my_component" }

5.5 遇到嵌套 workspace 时不要照抄

历史上部分组件曾放在嵌套 workspace 中；迁移到 memory/*、virtualization/* 这类根目录分类后，给这些分类加新 crate 时，需要特别注意处理方式：

先在它自己的 workspace 里接好
再在根 Cargo.toml 里为具体 leaf crate 增加 dependency path；若已被 memory/*、virtualization/* 这类 glob 覆盖，就不要重复添加显式 member
不要把已经迁走的历史父目录重新塞回根 workspace

5.6 什么时候需要改 `repos.csv`

只有当这个新组件本身要作为独立 subtree 仓库管理时，才需要把它加入 scripts/repo/repos.csv。如果你只是先在 TGOSKits 内部做原型，不一定要立刻动 subtree 配置。Subtree 的详细操作请参阅仓库管理。

6. ArceOS 集成

在 ArceOS 中集成组件的典型链路为：在 components/ 或 os/arceos/modules/ 实现复用逻辑，若需作为可选能力暴露则接入 os/arceos/api/axfeat，若需直接供应用使用则接入 os/arceos/ulib/axstd 或 ax-libc，最后通过 apps/arceos/* 或 test-suit/arceos/* 进行验证。

最常用的三个验证入口：

cargo xtask arceos run --package arceos-helloworld --arch riscv64
cargo xtask arceos run --package arceos-httpserver --arch riscv64 --net
cargo xtask arceos run --package arceos-shell --arch riscv64 --blk

各层适用场景：

仅修改内部实现：通常只需修改 components/ 或 modules/
新增 feature 开关：修改 os/arceos/api/axfeat
新增应用侧 API：修改 os/arceos/ulib/axstd 或 ax-libc
新增示例：添加至 apps/arceos/

7. StarryOS 集成

StarryOS 既复用了大量 ArceOS 模块，也维护了自身的 starry-* 组件和 os/StarryOS/kernel/ 内核逻辑。因此，在 StarryOS 中集成组件时，需明确改动属于通用基础能力、Linux 兼容行为还是启动包和平台入口。

常见路径如下：

通用基础能力：先改 components/* 或 os/arceos/modules/*
Linux 兼容行为：改 components/starry-* 或 os/StarryOS/kernel/*
启动包、特性组合、平台入口：改 os/StarryOS/starryos

验证时建议优先使用根目录集成入口：

cargo xtask starry rootfs --arch riscv64
cargo xtask starry run --arch riscv64 --package starryos

若改动会影响用户态行为（如 syscall、文件系统或 rootfs 内程序），通常还需进行以下额外验证：

将测试程序放入 rootfs
或扩展 test-suit/starryos

8. Axvisor 集成

Axvisor 的组件化架构通常分为三层：复用 crate（如 axvm、axvm-types、arm_vcpu/x86_vcpu/riscv_vcpu/loongarch_vcpu、axdevice、axvisor_api）、Hypervisor 运行时（os/axvisor/src/*）以及板级与 VM 配置（os/axvisor/configs/board/* 与 os/axvisor/configs/vms/*）。因此，进行 Axvisor 相关改动时需区分"代码"改动与"配置"改动，以及改动影响的是 Hypervisor 本身还是 Guest 启动参数。

最小验证路径通常为：

cd os/axvisor
cargo xtask build

仅在 Guest 镜像、tmp/rootfs.img 和 vmconfigs 均已就绪后，再继续执行：

cd os/axvisor
./scripts/setup_qemu.sh arceos
cargo xtask qemu \
  --build-config configs/board/qemu-aarch64.toml \
  --qemu-config .github/workflows/qemu-aarch64.toml \
  --vmconfigs tmp/vmconfigs/arceos-aarch64-qemu-smp1.generated.toml

若修改涉及板级能力，还需同时关注：

platforms/axplat-dyn
外部自定义 ax-plat-* 兼容包（若改动显式面向它们）
os/axvisor/configs/board/*.toml

9. 测试与质量检查

组件通过 scripts/ 下的脚本调用 axci 统一测试框架。首次运行时自动下载 axci 到 scripts/.axci/ 目录。

9.1 test.sh — 测试

# 运行全部测试（单元测试 + 集成测试）
./scripts/test.sh

# 仅运行单元测试
./scripts/test.sh unit

# 仅运行集成测试
./scripts/test.sh integration

# 列出所有可用的测试套件
./scripts/test.sh list

# 指定编译目标
./scripts/test.sh --targets aarch64-unknown-none-softfloat

# 指定测试套件（支持前缀匹配）
./scripts/test.sh integration --suite axvisor-qemu

# 仅显示将要执行的命令
./scripts/test.sh --dry-run -v

# 使用文件系统模式，不修改配置文件
./scripts/test.sh integration --suite axvisor-qemu-aarch64-arceos --fs

# 打印 U-Boot 和串口输出到终端
./scripts/test.sh integration --suite axvisor-qemu-aarch64-arceos --fs --print

支持的测试类型：

类型	说明	示例
单元测试	`cargo test` 在宿主机运行	`./scripts/test.sh unit`
QEMU 集成测试	在 QEMU 中启动 axvisor 运行客户机镜像	`--suite axvisor-qemu-aarch64-arceos`
开发板集成测试	通过 U-Boot 在物理开发板上运行	`--suite axvisor-board-phytiumpi-arceos`
Starry 测试	构建并运行 StarryOS	`--suite starry-aarch64`

9.2 check.sh — 代码检查

# 运行全部检查（格式 + clippy + 构建 + 文档）
./scripts/check.sh

# 仅运行指定阶段
./scripts/check.sh --only fmt
./scripts/check.sh --only clippy
./scripts/check.sh --only build

# 指定编译目标
./scripts/check.sh --targets aarch64-unknown-none-softfloat

10. 持续集成与部署

CI 工作流通常通过调用 axci 的共享工作流实现。

check.yml — 代码检查

触发条件：推送到任意分支（tag 除外）、PR、手动触发

功能：格式检查 (rustfmt)、静态分析 (clippy)、编译检查、文档生成检查

jobs:
  check:
    uses: arceos-hypervisor/axci/.github/workflows/check.yml@main

test.yml — 集成测试

触发条件：push 到任意分支（tag 除外）、PR、手动触发

功能：运行单元测试、QEMU / 开发板集成测试

release.yml — 发布

触发条件：push 版本 tag（v*.*.* 或 v*.*.*-preview.*）

流程：check + test 通过后执行 verify-tag → GitHub Release → crates.io publish

deploy.yml — 文档部署

触发条件：push 稳定版 tag（v*.*.*，不含 -preview.*）

功能：生成 API 文档 (rustdoc) 并部署到 GitHub Pages

11. 什么时候需要看仓库管理

并不是所有的组件开发工作都需要深入了解 subtree 的细节。下面这些场景暂时不需要进入 subtree 细节：

修改已有组件源码
在 TGOSKits 里先做联调验证
只做根 workspace 内的依赖接线

但是，下面这些场景就应该去看仓库管理：

新增一个要长期独立维护的 subtree 组件
需要同步组件仓库和主仓库
需要改 scripts/repo/repos.csv

12. 推荐阅读顺序

为了帮助开发者系统地掌握 TGOSKits 的组件开发和集成，建议按照以下顺序阅读相关文档：

快速开始: 先把三套系统入口跑通
构建系统: 再理解 workspace、xtask 和测试矩阵
ArceOS 开发指南: 继续看 ArceOS 的模块与 API 关系
StarryOS 开发指南: 继续看 StarryOS 的 rootfs、syscall 和内核入口
Axvisor 开发指南: 继续看 Axvisor 的板级配置、VM 配置和 Guest 启动

1. 组件层次结构​

2. 组件依赖关系​

2.1 依赖统计​

2.2 详细依赖数据​

3. 改动定位​

4. 组件修改与验证​

4.1 定位最近的消费者​

4.2 最小验证路径​

4.3 补充统一测试​

5. 新增组件​

5.1 确定所属层次​

5.2 标准目录结构​

5.3 配置文件模板​

Cargo.toml​

.github/config.json​

.cargo/config.toml​

rust-toolchain.toml​

5.4 把组件接到根 workspace​

5.5 遇到嵌套 workspace 时不要照抄​

5.6 什么时候需要改 repos.csv​

6. ArceOS 集成​

7. StarryOS 集成​

8. Axvisor 集成​

9. 测试与质量检查​

9.1 test.sh — 测试​

9.2 check.sh — 代码检查​

10. 持续集成与部署​

check.yml — 代码检查​

test.yml — 集成测试​

release.yml — 发布​

deploy.yml — 文档部署​

11. 什么时候需要看仓库管理​

12. 推荐阅读顺序​