【一生一芯 / PA】AM 核心文件逐行解析（上）：从 start.S 到 gpu.c

本文按依赖顺序，逐行解析 AM 的 10 个核心文件。

代码路径：~/ysyx-workbench/abstract-machine

1. `start.S`

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.section entry, "ax"
.globl _start
.type _start, @function

_start:
  mv s0, zero
  la sp, _stack_pointer
  call _trm_init

.size _start, . - _start

行	解释
`.section entry, "ax"`	放入可执行段 `entry`，链接脚本会把它放在 `0x80000000`
`.globl _start`	声明全局符号
`.type _start, @function`	标记为函数
`_start:`	入口标签
`mv s0, zero`	帧指针清零
`la sp, _stack_pointer`	设置栈指针
`call _trm_init`	调用 `_trm_init`，并把返回地址存入 `ra`
`.size ...`	记录符号大小

2. `trm.c`

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#include <am.h>
#include <nemu.h>

extern char _heap_start;
int main(const char *args);

Area heap = RANGE(&_heap_start, PMEM_END);

static const char mainargs[MAINARGS_MAX_LEN] =
    TOSTRING(MAINARGS_PLACEHOLDER);

static Context *event_handler(Event ev, Context *ctx) {
  switch (ev.event) {
    case EVENT_YIELD: break;
    case EVENT_SYSCALL:
      if (ctx->GPRx == 0) halt(ctx->GPR1);
      break;
    case EVENT_IRQ_TIMER: break;
    default: panic("Unhandled event"); break;
  }
  return ctx;
}

void putch(char ch) { outb(SERIAL_PORT, ch); }

void halt(int code) { nemu_trap(code); while (1); }

void _trm_init() {
  cte_init(event_handler);
  int ret = main(mainargs);
  halt(ret);
}

内容	解释
`Area heap`	定义堆 `[_heap_start, PMEM_END)`
`mainargs`	保存传给 `main` 的参数
`event_handler`	异常/中断处理函数
`putch`	输出字符，写 `0xa00003f8`
`halt`	通过 `ebreak` 停机
`_trm_init`	注册 CTE，启动 `main`

3. `nemu.h`

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#if defined(__riscv)
# define nemu_trap(code) asm volatile("mv a0, %0; ebreak" : :"r"(code))
#endif

#define DEVICE_BASE 0xa0000000

#define SERIAL_PORT     (DEVICE_BASE + 0x00003f8)
#define KBD_ADDR        (DEVICE_BASE + 0x0000060)
#define RTC_ADDR        (DEVICE_BASE + 0x0000048)
#define VGACTL_ADDR     (DEVICE_BASE + 0x0000100)
#define AUDIO_ADDR      (DEVICE_BASE + 0x0000200)
#define DISK_ADDR       (DEVICE_BASE + 0x0000300)
#define FB_ADDR         (MMIO_BASE   + 0x1000000)

作用：

nemu_trap：定义停机指令
各设备 MMIO 地址
PMEM_END：物理内存结束地址
NEMU_PADDR_SPACE：合法地址空间

4. `riscv.h`

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static inline uint8_t  inb(uintptr_t addr) { return *(volatile uint8_t  *)addr; }
static inline uint32_t inl(uintptr_t addr) { return *(volatile uint32_t *)addr; }

static inline void outb(uintptr_t addr, uint8_t data) { *(volatile uint8_t *)addr = data; }
static inline void outl(uintptr_t addr, uint32_t data) { *(volatile uint32_t *)addr = data; }

作用：

inb/inw/inl：读 1/2/4 字节
outb/outw/outl：写 1/2/4 字节
PTE_*：页表权限位
MODE_U/S/M：特权模式
MSTATUS_*：状态位

volatile 保证每次读写都真正执行，不被编译器优化。

5. `am.h`

核心接口：

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typedef struct { void *start, *end; } Area;

typedef struct {
  enum {
    EVENT_NULL = 0,
    EVENT_YIELD, EVENT_SYSCALL, EVENT_PAGEFAULT, EVENT_ERROR,
    EVENT_IRQ_TIMER, EVENT_IRQ_IODEV,
  } event;
  uintptr_t cause, ref;
  const char *msg;
} Event;

// TRM
void putch(char ch);
void halt(int code);

// IOE
void ioe_read(int reg, void *buf);
void ioe_write(int reg, void *buf);

// CTE
bool cte_init(...);
void yield(void);
Context *kcontext(...);

// VME / MPE
...

作用：

定义 Area、Event、AddrSpace
声明 TRM/IOE/CTE/VME/MPE 五层接口

6. `amdev.h`

核心宏：

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#define AM_DEVREG(id, reg, perm, ...) \
  enum { AM_##reg = (id) }; \
  typedef struct { __VA_ARGS__; } AM_##reg##_T;

AM_DEVREG(6, TIMER_UPTIME, RD, uint64_t us);

展开后：

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enum { AM_TIMER_UPTIME = 6 };
typedef struct { uint64_t us; } AM_TIMER_UPTIME_T;

作用：

定义所有设备寄存器编号和结构体
供 io_read/io_write 使用

7. `ioe.c`

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static void *lut[128] = {
  [AM_TIMER_CONFIG] = __am_timer_config,
  [AM_TIMER_RTC   ] = __am_timer_rtc,
  [AM_TIMER_UPTIME] = __am_timer_uptime,
  ...
};

bool ioe_init() {
  for (int i = 0; i < LENGTH(lut); i++)
    if (!lut[i]) lut[i] = fail;
  __am_gpu_init();
  __am_timer_init();
  __am_audio_init();
  return true;
}

void ioe_read(int reg, void *buf) {
  ((handler_t)lut[reg])(buf);
}

作用：

lut：设备编号 → 处理函数
ioe_init：填充空项、初始化设备
ioe_read/ioe_write：查表分发

8. `timer.c`

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void __am_timer_init() {
  outl(RTC_ADDR, 0);
  outl(RTC_ADDR + 4, 0);
}

void __am_timer_uptime(AM_TIMER_UPTIME_T *uptime) {
  uptime->us = inl(RTC_ADDR + 4);
  uptime->us <<= 32;
  uptime->us += inl(RTC_ADDR);
}

void __am_timer_rtc(AM_TIMER_RTC_T *rtc) {
  rtc->year = 1900; // 目前写死
}

作用：

初始化定时器
读取 64 位 uptime
读取 RTC 日历（当前写死）

9. `input.c`

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#define KEYDOWN_MASK 0x8000

void __am_input_keybrd(AM_INPUT_KEYBRD_T *kbd) {
  uint32_t kc = inl(KBD_ADDR);
  kbd->keydown = kc & KEYDOWN_MASK ? true : false;
  kbd->keycode = kc & ~KEYDOWN_MASK;
}

作用：

读 0xa0000060
拆出 keydown 和 keycode

10. `gpu.c`

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void __am_gpu_init() {
  uint32_t screen_wh = inl(VGACTL_ADDR);
  screen_w = screen_wh >> 16;
  screen_h = screen_wh & 0xffff;
}

void __am_gpu_fbdraw(AM_GPU_FBDRAW_T *ctl) {
  uint32_t *fb = (uint32_t *)(uintptr_t)FB_ADDR;

  for (int i = 0; i < h; i++) {
    uint32_t *dst = fb + (y + i) * screen_w + x;
    uint32_t *src = pixels + i * w;
    for (int j = 0; j < w; j++) dst[j] = src[j];
  }

  if (ctl->sync) outl(SYNC_ADDR, 1);
}

作用：

读取屏幕宽高
把像素写入帧缓冲
刷新屏幕

总结

这 10 个文件组成了 AM 的最小可运行环境：

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start.S  -> 启动
trm.c    -> TRM
nemu.h   -> 硬件约定
riscv.h  -> MMIO 读写
am.h     -> 总接口
amdev.h  -> 设备定义
ioe.c    -> 设备分发
timer.c  -> 定时器
input.c  -> 键盘
gpu.c    -> 显卡

这就是 AM 核心文件逐行解析的上半部分。

【一生一芯 / PA】AM 核心文件逐行解析（上）：从 start.S 到 gpu.c

目录

1. start.S

2. trm.c

3. nemu.h

4. riscv.h

5. am.h

6. amdev.h

7. ioe.c

8. timer.c

9. input.c

10. gpu.c

总结

1. `start.S`

2. `trm.c`

3. `nemu.h`

4. `riscv.h`

5. `am.h`

6. `amdev.h`

7. `ioe.c`

8. `timer.c`

9. `input.c`

10. `gpu.c`