Bran的内核开发教程(bkerndev)-04 创建main函数和链接C文件
创建main函数和链接C文件
一般C语言使用main()函数作为程序的入口点, 为了符合我们平时的编程习惯, 这里我们也使用main()函数作为C代码的入口点, 并在"start.asm"文件中添加中断服务程序来调用C函数。
在这一节教程,我们将尝试创建一个"main.c"文件和一个包含常用函数原型的头文件"system.h"。"main.c"中包含mian()函数, 它将作为你C代码的入口。在内核开发中, 我们一般不从main()函数返回。多数操作系统在main中初始化内核和子程序、加载shell, 然后main函数会进入空循环中。在多任务系统中, 当没有其他需要运行的任务时, 将一直执行这个空循环。下面是"main.c"文件的示例,其中包含了最基本的main()函数和一些我们以后会用到的函数体。
main.c
#include <system.h>
/* 你将要自己完成这些代码 */
unsigned char *memcpy(unsigned char *dest, const unsigned char *src, int count)
{
/* 在此处添加代码, 将'src'中count字节的数据复制到'dest'中,
* 最后返回'dest' */
}
unsigned char *memset(unsigned char *dest, unsigned char val, int count)
{
/* 在此处添加代码, 将'dest'中的count字节全部设置成值'val',
* 最后返回'dest' */
}
unsigned short *memsetw(unsigned short *dest, unsigned short val, int count)
{
/* 在此处添加代码, 将'dest'中的count双字节设置成值'val',
* 最后返回'dest'
* 注意'val'是双字节 16-bit*/
}
int strlen(const char *str)
{
/* 返回字符串的长度
* 遇到某个字节的值为0x00结束 */
}
/* 我们之后将使用这个函数通过IO端口从设备读取数据, 如键盘等
* 我们使用内联汇编代码(inline assembly)实现该功能 */
unsigned char inportb (unsigned short _port)
{
unsigned char rv;
__asm__ __volatile__ ("inb %1, %0" : "=a" (rv) : "dN" (_port));
return rv;
}
/* 我们将使用这个函数通过I/O端口向设备写数据
* 用来修改文本模式和光标位置
* 同样,我们使用内联汇编来实现这个单用C无法实现的功能 */
void outportb (unsigned short _port, unsigned char _data)
{
__asm__ __volatile__ ("outb %1, %0" : : "dN" (_port), "a" (_data));
}
/* 这是一个非常简单的main函数, 它内部仅进行死循环 */
void main()
{
/* 你可以在这里添加语句 */
/* 保留此循环
* 不过, 在'start.asm'里也有一个无限循环, 防止你不小心删除了下面这一行*/
for (;;);
}
在你编译之前, 我们需要在'start.asm'中添加2行代码。我们需要让编译器知道main()在外部文件中, 我们还需要从'start.asm'文件中调用main()函数。打开'start.asm'文件, 在stublet:的下面添加下面2行代码:
extern _main
call _main
先等等编译, _main前面的下划线是什么东西, 我们在C语言里声明的是main啊？编译器gcc在编译时会在所有函数和变量名前面加上下划线。因此, 要从汇编中引用C文件中的函数和变量, 我们都需要在前面加上下划线！
现在我们还缺少一个"system.h"文件。创建一个名为"include"的文件夹, 在该文件加下创建一个名为"system.h"的空白文本文件, 将mencpy、memset、memsetw、strlen、inportb、outportb这些函数的函数原型添加到该头文件中。#ifndef、#define、#endif用于防止头文件被多次声明。这个头文件用来包含你在内核中使用的所有函数, 你可以随意添加你需要的函数来扩展此库。
include/system.h
#ifndef __SYSTEM_H
#define __SYSTEM_H
/* MAIN.C */
extern unsigned char *memcpy(unsigned char *dest, const unsigned char *src, int count);
extern unsigned char *memset(unsigned char *dest, unsigned char val, int count);
extern unsigned short *memsetw(unsigned short *dest, unsigned short val, int count);
extern int strlen(const char *str);
extern unsigned char inportb (unsigned short _port);
extern void outportb (unsigned short _port, unsigned char _data);
#endif
接下来, 我们要来编译这些文件。打开之前的"build.bat"文件, 添加下面一行命令来编译你的"main.c"。这个命令运行了gcc编译器, gcc后面有一堆参数:
-Wall用于显示所有的警告-O、-fstrength-reduce、-fomit-frame-pointer、-finline-functions用于编译优化-nostdinc和-fno-builtin告诉编译器我们将不适用C标准库函数-I./include告诉编译器我们的头文件在当前文件夹下的"include"文件夹里-c表示当前仅编译, 不链接-o main.o表示输出文件名为main.omain.c是我们要编译的文件
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer -finline-functions -nostdinc -fno-builtin -I./include -c -o main.o main.c
别忘了, 按照"build.bat"文件中的指示, 把"main.o"添加到链接文件的列表中去。像这样:
ld -T link.ld -o kernel.bin start.o main.o
当前完整的"build.bat"文件内容如下:
build.bat
echo Now assembling, compiling, and linking your kernel:
nasm -f aout -o start.o start.asm
rem Remember this spot here: We will add 'gcc' commands here to compile C sources
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer -finline-functions -nostdinc -fno-builtin -I./include -c -o main.o main.c
rem This links all your files. Remember that as you add *.o files, you need to
rem add them after start.o. If you don't add them at all, they won't be in your kernel!
ld -T link.ld -o kernel.bin start.o main.o
echo Done!
pause
最后, 如果你不知道该怎么实现那些附加函数, 如memcpy函数, 这里有一份参考代码:
#include <system.h>
unsigned char *memcpy(unsigned char *dest, const unsigned char *src, int count)
{
const unsigned char *sp = (const unsigned char *)src;
unsigned char *dp = dest;
for(; count != 0; count--) *dp++ = *sp++;
return dest;
}
unsigned char *memset(unsigned char *dest, unsigned char val, int count)
{
unsigned char *temp = (unsigned char *)dest;
for( ; count != 0; count--) *temp++ = val;
return dest;
}
unsigned short *memsetw(unsigned short *dest, unsigned short val, int count)
{
unsigned short *temp = (unsigned short *)dest;
for( ; count != 0; count--) *temp++ = val;
return dest;
}
int strlen(const char *str)
{
int retval;
for(retval = 0; *str != '\0'; str++) retval++;
return retval;
}
/* 我们之后将使用这个函数通过IO端口从设备读取数据, 如键盘等
* 我们使用内联汇编代码(inline assembly)实现该功能 */
unsigned char inportb (unsigned short _port)
{
unsigned char rv;
__asm__ __volatile__ ("inb %1, %0" : "=a" (rv) : "dN" (_port));
return rv;
}
/* 我们将使用这个函数通过I/O端口向设备写数据
* 用来修改文本模式和光标位置
* 同样,我们使用内联汇编来实现这个单用C无法实现的功能 */
void outportb (unsigned short _port, unsigned char _data)
{
__asm__ __volatile__ ("outb %1, %0" : : "dN" (_port), "a" (_data));
}
/* 这是一个非常简单的main函数, 它内部仅进行死循环 */
void main()
{
/* 你可以在这里添加语句 */
/* 保留此循环
* 不过, 在'start.asm'里也有一个无限循环, 防止你不小心删除了下面这一行*/
for (;;);
}
PS: 下面是我自己写的
Win10安装gcc编译器
Win10安装gcc、g++、make: https://www.cnblogs.com/raina/p/10656106.html
本节教程对应的Linux下的编译脚本
echo "Now assembling, compiling, and linking your kernel:"
nasm -f elf64 -o start.o start.asm
# Remember this spot here: We will add 'gcc' commands here to compile C sources
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer -finline-functions -nostdinc -fno-builtin -I./include -c -o main.o main.c
# This links all your files. Remember that as you add *.o files, you need to
# add them after start.o. If you don't add them at all, they won't be in your kernel!
ld -T link.ld -o kernel.bin start.o main.o
echo "Done!"
read -p "Press a key to continue..."
_main的问题
我的gcc版本是7.4.0, 在编译C程序时并没有在函数和变量名前面自己加下划线, 所以按照原教程写的汇编代码, 编译后会报下面的错误:
start.o: In function `stublet':
start.asm:(.text+0x29): undefined reference to `_main'
把"start.asm"里_main的下划线去掉, 再编译就行了。
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