xv6-loongarch的安装使用

xv6是 麻省理工的一个教学操作系统，是 Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 的 Unix 的重新实现版本 6 (v6)。 被广泛应用于操作系统教学课程，现有x86和RISC-V版本。其中x86版本已停止维护和更新。

LoongArch是由我国龙芯中科研发的自主指令系统（龙芯架构）。

本项目将xv6移植到LoongArch平台上，感谢张福新老师提供的初始版本，下面将介绍如何在Ubuntu 20.04中通过QEMU模拟器（在PC上模拟LoongArch硬件）编译xv6并运行调试。

配置交叉编译环境

为了能编译在LoongArch下运行的xv6内核，需要下载交叉编译工具链。

wget https://github.com/loongson/build-tools/releases/download/2022.05.29/loongarch64-clfs-5.0-cross-tools-gcc-full.tar.xz

sudo tar -vxf loongarch64-clfs-5.0-cross-tools-gcc-full.tar.xz -C /opt

配置交叉编译工具的环境变量

. setenv.sh

setenv.sh是一个用于设置环境变量的脚本文件

#!/bin/sh
set -x
CC_PREFIX=/opt/cross-tools

export PATH=$CC_PREFIX/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$CC_PREFIX/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$CC_PREFIX/loongarch64-unknown-linux-gnu/lib/:$LD_LIBRARY_PATH

set +x

上述的命令只是临时设置环境变量，如需永久设置，可通过修改/etc/profile实现； 通过命令检验是否设置成功

loongarch64-unknown-linux-gnu-gcc --version

看到如下提示则说明已正确设置

编译xv6内核

下载xv6-loongarch

git clone --recurse-submodules https://github.com/SKT-CPUOS/xv6-loongarch-exp.git
cd xv6-loongarch-exp

开始编译

make all

终端会输出包括如下部分的编译信息

当前路径下会生成fs.img文件，\kernel下也会生成所有链接时需要的*.o, *.d等文件，以及最终的kernel二进制文件

QEMU运行xv6-loongarch

cd qemu-loongarch-runenv

通过脚本文件./run_loongarch.sh的-k参数，指定我们编译好的xv6-loongarch内核，即可启动仿真运行

./run_loongarch.sh -k ../kernel/kernel

（如果提示有缺少的库，则按提示安装即可
例如: 如果提示缺少spice-server 可以尝试： apt install -y libspice-server-dev
如果提示缺少libSDL2-2.0.so.0 可以尝试：sudo apt-get install -y libsdl2-2.0-0
如果提示缺少libfdt.so.1 可以尝试：sudo apt-get install libfdt-dev
如果提示缺少libusbredirparser.so.1 可以尝试：sudo apt-get install libusbredirparser-dev
如果提示缺少libfuse3.so.3 可以尝试：sudo apt-get install libfuse3-dev fuse3
请根据自己系统的具体情况进行相应的完善)

启动后如下图所示，按下“Ctrl” + “A”组合键，松开后再按"X"来退出QEMU。

调试观察

GDB工具安装使用

安装一些必要依赖，根据编译时的报错情况自行安装所需依赖

sudo apt install texinfo bison flex libgmp-dev

编译gdb工具，大概需要等待几分钟的时间

git clone https://github.com/foxsen/binutils-gdb 
cd binutils-gdb 
git checkout loongarch-v2022-03-10 
mkdir build 
cd build 
../configure --target=loongarch64-unknown-linux-gnu --prefix=/opt/gdb 
make 
make install

查看自定义的安装路径下的文件，如下图所示

GDB调试观察

使用-D参数启动调试模式，实际上是执行调试服务器gdbserver的角色，默认监听TCP::1234端口，等待gdb客户端的接入。

./run_loongarch.sh -k ../kernel/kernel -D

此时在另一个终端上启动gdb，并指定被调试对象(编译好的kernel文件路径)

/opt/gdb/bin/loongarch64-unknown-linux-gnu-gdb ../kernel/kernel

在gdb命令提示符下执行target remote :1234命令连接到xv6目标系统上

target remote :1234

使用b命令在kernel/main.c的函数入口设置断点，并使用c命令继续执行xv6内核代码，直到碰到断点

此时xv6的输出窗口中显示了相应的启动过程，但由于设置了断点，仍未到达shell的初始化。

GDB调试基本指令

运行命令

• r(run)
• c(continue)
• n(next)
• s(step)
• q(quit)

断点

• b(break n

查看运行信息

• i(info) stack
• i register
• i thread