2025年操作系统原理及应用（操作系统原理及应用(linux)(第二版)）

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理解操作系统与硬件的接口方法
实现一个可打印字符的函数（非系统调用），用于后续的调试和开发。

了解virt机器

查看QEMU关于 virt的描述，或者查看QEMU的源码，如github上的 virt.h 和 virt.c。virt.c中可见如下有关内存映射的内容。

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这段代码定义了一个静态常量数组，用于描述虚拟地址空间中各个内存区域的映射关系。例如是实际RAM区域的描述，其大小取决于初始RAM和设备内存设置，并且指定了RAM的起始地址和长度。

通过QEMU导出设备树
1. 安装设备树格式转换工具：
  设备树编译器（device tree compiler，DTC）是一个用于编译、反编译和转换设备树源文件的工具。设备树是一种用于描述硬件平台信息和设备配置的数据结构，它在嵌入式系统中广泛应用于描述硬件设备的信息，包括处理器、外围设备、总线、中断控制器等。
  
  设备树编译器的主要用途包括：

讯享网<ol><li>编译设备树源文件&#xff1a;将设备树源文件&#xff08;通常是以或为扩展名的文件&#xff09;编译成二进制格式&#xff0c;以便在系统引导过程中加载和使用。</li><li>反编译设备树二进制文件&#xff1a;将设备树二进制文件反编译成可读的设备树源文件&#xff0c;方便查看和修改。</li><li>转换设备树格式&#xff1a;可以将设备树源文件从一种格式转换为另一种格式&#xff0c;例如从DTS&#xff08;Device Tree Source&#xff09;格式转换为DTSI&#xff08;Device Tree Source Include&#xff09;格式&#xff0c;或者将设备树源文件转换为设备树二进制文件。</li><li>验证设备树&#xff1a;通过编译设备树源文件来验证设备树的语法和语义&#xff0c;以确保设备树描述的硬件配置是正确的。</li></ol> </li><li> <p>通过QEMU导出设备树并转成可读格式:</p> <pre></pre> </li></ol> </li></ol>

实现PRT_Printf

新建 src/bsp/print.c 文件，完成如下部分。

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宏定义

在 print.c 中包含所需头文件，并定义后续将会用到的宏:

串口的初始化

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函数的主要作用是初始化UART的FIFO功能。它通过读取LCR寄存器，设置FIFO启用位，然后写回LCR寄存器来完成这一操作。

往串口发送字符

定义了将基址reg_base+偏移offset处寄存器的值读出寄存器，并向该寄存器中写入值的函数；定义了一个检查函数，通过Flag register中的TXFF位来判断发送缓冲是否已满，最后在最大时间范围内轮询，若发送缓冲区未满则向数据寄存器写入字符，实现发送字符到串口，达到输出字符的目的。

上面的代码很简单，就是通过轮询的方式向 PL011 的数据寄存器 DR 写入数据即可实现往串口发送字符，实现字符输出。

支持格式化输出

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这段代码实现了一个基于格式化字符串的输出函数，并在内部使用了函数来实现格式化输出。函数的作用是根据给定的格式化字符串，将格式化后的字符串输出到某个设备上。

实现 vsnprintf_s 函数

新建 src/bsp/vsnprintf_s.c 实现 vsnprintf_s 函数：

调用 PRT_Printf 函数

main.c 修改为调用 PRT_Printf 函数输出信息：

将新增文件纳入构建系统

构建项目并执行

不启用 fifo，通过检测 UARTFR 寄存器的 TXFE 位来发送数据。
- FIFO（First In, First Out）是一种常见的数据结构，用于在数据传输过程中临时存储数据。在 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通信中，FIFO 用于缓冲待发送的数据和接收到的数据，以允许更高效地传输数据。UART 控制器中的 FIFO 通常包括发送 FIFO 和接收 FIFO。
  发送 FIFO：用于临时存储待发送的数据，当 UART 控制器准备好发送新的数据时，会从发送 FIFO 中取出数据进行发送。
  
  接收 FIFO：用于临时存储接收到的数据，当 UART 控制器接收到新的数据时，会将其存储到接收 FIFO 中，以便后续处理。
  
  使用 FIFO 可以减少对 CPU 的频繁中断，提高数据传输的效率。
- TXFE 是 UARTFR 寄存器中的一个位，用于指示发送 FIFO 缓冲区是否为空。在一些 UART 控制器中，TXFE 位为 1 表示发送 FIFO 缓冲区为空，可以安全地向其中写入新的数据。因此，当 TXFE 位为 1 时，表示可以向 FIFO 缓冲区发送数据。