supervisor-32： 32位监控程序

移植介绍

使用如下命令下载supervisor的源码

git clone https://github.com/z4yx/supervisor-mips32.git
修改/kernel/kern/init.S 文件

在111行起始处，将原来控制串口可读中断部分代码注释，加入适配MNaive MIPS的关中断程序，之后再加入等待同步的程序。

修改/kernel/kern/kernel.lh文件

将 SerialData 的地址改为 0xBFD03000，SerialStat的地址改为0xBFD03014

修改/kernel/kern/utils.S文件

在15行起始处，修改 截取写状态位 地址为 0x0020

在37行起始处，修改 截取读状态位 地址为 0x0001

修改/term/term.py文件

第30行，将编译环境指定为龙芯编译环境的绝对路径 CCPREFIX = '/opt/gcc-4.3-ls232/bin/mipsel-linux-'

第61行，修改 len(binary) == 16 and binary[ 4 : ] = '\0' * 12:

说明一下，这里是修改代码段的数据大小。对于龙芯的编译环境，.text的大小是16字节，其中前四个字节是代码数据，后面12个字节是 '\0'，所以需要判断并提取出来。 至于如何查看.text的大小，可以编一个文本进行格式转换，假如现在已经编译了一个 a.out文件 mipsel-linux-objcopy -j.text a.out -Obinary b 即可查看.text的大小

在kernel目录下，输入如下命令编译程序

make clean
make ON_FPGA=y

也可以直接修改makefile文件第19行为 override ON_FPGA ?= y，则可以输入make 编译程序

若编译失败，检测配置的交叉编译环境 在mmakefile第7行处更改

使用介绍

监控程序，能够接受用户命令，支持输入汇编指令并运行，查看寄存器及内存状态等功能。监控程序可在学生实现的 32 位 MIPS CPU 上运行，一方面可以帮助学生理解、掌握 MIPS 指令系统及其软件开发，另一方面可以作为验证学生 CPU 功能正确性的标准。

监控程序分为两个部分，Kernel 和 Term。其中 Kernel 使用 MIPS32 汇编语言编写，运行在实现的 CPU 中，用于管理硬件资源；Term 是上位机程序，使用 Python 语言编写，有基于命令行的用户界面，达到与用户交互的目的。Kernel 和 Term 直接通过串口通信，即用户在 Term 界面中输入的命令、代码经过 Term 处理后，通过串口传输给 Kernel 程序；反过来，Kernel 输出的信息也会通过串口传输到 Term，并展示给用户。

Term

Term 程序运行在实验者的电脑上，提供监控程序和人交互的界面。Term 支持7种命令，它们分别是

  • R：按照$1至$30的顺序返回用户程序寄存器值。

  • D：显示从指定地址开始的一段内存区域中的数据。

  • A：用户输入汇编指令，并放置到指定地址上

  • U：从指定地址读取一定长度的数据，并显示反汇编结果。

  • G：执行指定地址的用户程序。

  • T：查看指定的TLB条目。本功能仅在Kernel支持TLB时有效。

  • Q：退出 Term

利用这些命令，实验者可以输入一段汇编程序，检查数据是否正确写入，并让程序在处理器上运行验证。

启动term.py程序之前，需要进行串口通信同步，打开minicom，看到terminal不断的显示 ...，按下回车，出现"Monitor initial"，同步成功。 此时可以启动term.py Term 程序位于`term`文件夹中，可执行文件为`term.py`。运行程序时用 -s 选项指定串口。例如：

./term.py -s /dev/ttyUSB0（串口名称根据实际情况修改）

用户程序编写

根据监控程序设计，用户程序的代码区为0x80100000-0x803FFFFF，实验时需要把用户程序写入这一区域。

用户程序的最后需要以jr $31结束，从而保证正确返回监控程序。

在输入用户程序的过程中，既可以用汇编指令，也可以直接写16进制的机器码。空行表示输入结束。

以下是一次输入用户程序并运行的过程演示：

MONITOR for MIPS32 - initialized.
>> A 
>>addr: 0x80100000 
one instruction per line, empty line to end. 
[0x80100000] addiu $2,$0,1 
[0x80100004] addu $3,$2,$2 
[0x80100008] jr $31 
[0x8010000c] nop 
[0x80100010] 
>> U 
>>addr: 0x80100000 
>>num: 16 
0x80100000: li v0,1 
0x80100004: addu v1,v0,v0 
0x80100008: jr ra 
0x8010000c: nop 
>> G 
>>addr: 0x80100000 

elapsed time: 0.000s 
>> R 
R1 (AT) = 0x00000000 
R2 (v0) = 0x00000001 
R3 (v1) = 0x00000002 
R4 (a0) = 0x00000000 
R5 (a1) = 0x00000000 
R6 (a2) = 0x00000000 
...

进阶一：中断和异常支持

作为扩展功能之一，Kernel 支持中断方式的I/O，和 Syscall 功能。要启用这一功能，编译时的命令变为：

make ON_FPGA=y EN_INT=y

这一编译选项，会使得代码编译时增加宏定义`ENABLE_INT`，从而使能中断相关的代码。

进阶二：TLB支持

在支持异常处理的基础上，可以进一步使能TLB支持，从而实现用户态地址映射。要启用这一功能，编译时的命令变为：

make ON_FPGA=y EN_INT=y EN_TLB=y

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