# Tutorial 03 - Hacky Hello World ## tl;dr * Se añade la macro global `print!()` para habilitar la "depuración basada en printf" ("printf debugging") lo más pronto posible. * Para mantener una duración razonable en este tutorial, las funciones de impresión por el momento "abusan" una propiedad de QEMU que nos permite hacer uso del `UART` de la Raspberry sin haberla configurado apropiadamente. * El uso del hardware real de `UART` se habilitará paso por paso en los siguientes tutoriales. ## Adiciones notables * `src/console.rs` introduce una interfaz con `Trait`s para comandos de consola. * `src/bsp/raspberrypi/console.rs` implementa la interfaz para que QEMU pueda crear una emulación de UART. * El *panic handler* (manejador de pánico) hace uso de la nueva macro `print!()` para mostrar mensajes de error del usuario. * Hay un nuevo objetivo en el Makefile: `make test`, destinado a la automatización de pruebas. Este comando inicia el kernel (núcleo) compilado en `QEMU`, y busca una cadena de texto específica en la salida que ha sido producida por el kernel (núcleo). * En este tutorial, se buscará la cadena `Stopping here`, que es creada por la macro `panic!()` al final del archivo `main.rs`. ## Pruébalo QEMU ya no está siendo ejecutado en modo ensamblador. Desde ahora en adelante mostrará la salida de la `consola`. ```console $ make qemu [...] Hello from Rust! Kernel panic: Stopping here. ``` ### Diccionario * *Hacky:* Solución torpe o poco elegante para un problema. * *Debugging:* Proceso para identificar y corregir errores de programación. * *printf debugging:* Usado para describir el trabajo de depuración (*debugging*) poniendo comandos que dan una salida en consola, como el de "printf", en diferentes lugares del programa; observando la información y tratando de deducir qué está mal en el programa basándose en la información que nos dan nuestros comandos. * *Traits:* Un *trait* le hace saber al compilador de Rust acerca de una funcionalidad que tiene un tipo de dato particular y que puede compartir con otros tipos de datos. > NOTA: Los *traits* son similares a una característica que se le conoce comúnmente como *interfaces* en otros lenguajes, aunque con algunas diferencias. Si deseas aprender más acerca de esto, por favor lee este capítulo del libro de Rust: [Traits: Defining Shared Behavior - The Rust Programming Language](https://doc.rust-lang.org/book/ch10-02-traits.html) ## Diferencias con el archivo anterior ```diff diff -uNr 02_runtime_init/Cargo.toml 03_hacky_hello_world/Cargo.toml --- 02_runtime_init/Cargo.toml +++ 03_hacky_hello_world/Cargo.toml @@ -1,6 +1,6 @@ [package] name = "mingo" -version = "0.2.0" +version = "0.3.0" authors = ["Andre Richter "] edition = "2021" diff -uNr 02_runtime_init/Makefile 03_hacky_hello_world/Makefile --- 02_runtime_init/Makefile +++ 03_hacky_hello_world/Makefile @@ -24,7 +24,7 @@ KERNEL_BIN = kernel8.img QEMU_BINARY = qemu-system-aarch64 QEMU_MACHINE_TYPE = raspi3 - QEMU_RELEASE_ARGS = -d in_asm -display none + QEMU_RELEASE_ARGS = -serial stdio -display none OBJDUMP_BINARY = aarch64-none-elf-objdump NM_BINARY = aarch64-none-elf-nm READELF_BINARY = aarch64-none-elf-readelf @@ -35,7 +35,7 @@ KERNEL_BIN = kernel8.img QEMU_BINARY = qemu-system-aarch64 QEMU_MACHINE_TYPE = - QEMU_RELEASE_ARGS = -d in_asm -display none + QEMU_RELEASE_ARGS = -serial stdio -display none OBJDUMP_BINARY = aarch64-none-elf-objdump NM_BINARY = aarch64-none-elf-nm READELF_BINARY = aarch64-none-elf-readelf @@ -71,17 +71,20 @@ --strip-all \ -O binary -EXEC_QEMU = $(QEMU_BINARY) -M $(QEMU_MACHINE_TYPE) +EXEC_QEMU = $(QEMU_BINARY) -M $(QEMU_MACHINE_TYPE) +EXEC_TEST_DISPATCH = ruby ../common/tests/dispatch.rb ##------------------------------------------------------------------------------ ## Dockerization ##------------------------------------------------------------------------------ -DOCKER_CMD = docker run -t --rm -v $(shell pwd):/work/tutorial -w /work/tutorial -DOCKER_CMD_INTERACT = $(DOCKER_CMD) -i +DOCKER_CMD = docker run -t --rm -v $(shell pwd):/work/tutorial -w /work/tutorial +DOCKER_CMD_INTERACT = $(DOCKER_CMD) -i +DOCKER_ARG_DIR_COMMON = -v $(shell pwd)/../common:/work/common # DOCKER_IMAGE defined in include file (see top of this file). DOCKER_QEMU = $(DOCKER_CMD_INTERACT) $(DOCKER_IMAGE) DOCKER_TOOLS = $(DOCKER_CMD) $(DOCKER_IMAGE) +DOCKER_TEST = $(DOCKER_CMD) $(DOCKER_ARG_DIR_COMMON) $(DOCKER_IMAGE) @@ -169,3 +172,28 @@ ##------------------------------------------------------------------------------ check: @RUSTFLAGS="$(RUSTFLAGS)" $(CHECK_CMD) --message-format=json + + + +##-------------------------------------------------------------------------------------------------- +## Testing targets +##-------------------------------------------------------------------------------------------------- +.PHONY: test test_boot + +ifeq ($(QEMU_MACHINE_TYPE),) # QEMU is not supported for the board. + +test_boot test : + $(call colorecho, "\n$(QEMU_MISSING_STRING)") + +else # QEMU is supported. + +##------------------------------------------------------------------------------ +## Run boot test +##------------------------------------------------------------------------------ +test_boot: $(KERNEL_BIN) + $(call colorecho, "\nBoot test - $(BSP)") + @$(DOCKER_TEST) $(EXEC_TEST_DISPATCH) $(EXEC_QEMU) $(QEMU_RELEASE_ARGS) -kernel $(KERNEL_BIN) + +test: test_boot + +endif diff -uNr 02_runtime_init/src/bsp/raspberrypi/console.rs 03_hacky_hello_world/src/bsp/raspberrypi/console.rs --- 02_runtime_init/src/bsp/raspberrypi/console.rs +++ 03_hacky_hello_world/src/bsp/raspberrypi/console.rs @@ -0,0 +1,47 @@ +// SPDX-License-Identifier: MIT OR Apache-2.0 +// +// Copyright (c) 2018-2022 Andre Richter + +//! BSP console facilities. + +use crate::console; +use core::fmt; + +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- +// Private Definitions +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- + +/// A mystical, magical device for generating QEMU output out of the void. +struct QEMUOutput; + +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- +// Private Code +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- + +/// Implementing `core::fmt::Write` enables usage of the `format_args!` macros, which in turn are +/// used to implement the `kernel`'s `print!` and `println!` macros. By implementing `write_str()`, +/// we get `write_fmt()` automatically. +/// +/// See [`src/print.rs`]. +/// +/// [`src/print.rs`]: ../../print/index.html +impl fmt::Write for QEMUOutput { + fn write_str(&mut self, s: &str) -> fmt::Result { + for c in s.chars() { + unsafe { + core::ptr::write_volatile(0x3F20_1000 as *mut u8, c as u8); + } + } + + Ok(()) + } +} + +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- +// Public Code +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- + +/// Return a reference to the console. +pub fn console() -> impl console::interface::Write { + QEMUOutput {} +} diff -uNr 02_runtime_init/src/bsp/raspberrypi.rs 03_hacky_hello_world/src/bsp/raspberrypi.rs --- 02_runtime_init/src/bsp/raspberrypi.rs +++ 03_hacky_hello_world/src/bsp/raspberrypi.rs @@ -4,4 +4,5 @@ //! Top-level BSP file for the Raspberry Pi 3 and 4. +pub mod console; pub mod cpu; diff -uNr 02_runtime_init/src/console.rs 03_hacky_hello_world/src/console.rs --- 02_runtime_init/src/console.rs +++ 03_hacky_hello_world/src/console.rs @@ -0,0 +1,19 @@ +// SPDX-License-Identifier: MIT OR Apache-2.0 +// +// Copyright (c) 2018-2022 Andre Richter + +//! System console. + +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- +// Public Definitions +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- + +/// Console interfaces. +pub mod interface { + /// Console write functions. + /// + /// `core::fmt::Write` is exactly what we need for now. Re-export it here because + /// implementing `console::Write` gives a better hint to the reader about the + /// intention. + pub use core::fmt::Write; +} diff -uNr 02_runtime_init/src/main.rs 03_hacky_hello_world/src/main.rs --- 02_runtime_init/src/main.rs +++ 03_hacky_hello_world/src/main.rs @@ -104,12 +104,16 @@ //! - It is implemented in `src/_arch/__arch_name__/cpu/boot.s`. //! 2. Once finished with architectural setup, the arch code calls `kernel_init()`. +#![feature(format_args_nl)] +#![feature(panic_info_message)] #![no_main] #![no_std] mod bsp; +mod console; mod cpu; mod panic_wait; +mod print; /// Early init code. /// @@ -117,5 +121,7 @@ /// /// - Only a single core must be active and running this function. unsafe fn kernel_init() -> ! { - panic!() + println!("[0] Hello from Rust!"); + + panic!("Stopping here.") } diff -uNr 02_runtime_init/src/panic_wait.rs 03_hacky_hello_world/src/panic_wait.rs --- 02_runtime_init/src/panic_wait.rs +++ 03_hacky_hello_world/src/panic_wait.rs @@ -4,10 +4,16 @@ //! A panic handler that infinitely waits. -use crate::cpu; +use crate::{cpu, println}; use core::panic::PanicInfo; #[panic_handler] -fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! { +fn panic(info: &PanicInfo) -> ! { + if let Some(args) = info.message() { + println!("\nKernel panic: {}", args); + } else { + println!("\nKernel panic!"); + } + cpu::wait_forever() } diff -uNr 02_runtime_init/src/print.rs 03_hacky_hello_world/src/print.rs --- 02_runtime_init/src/print.rs +++ 03_hacky_hello_world/src/print.rs @@ -0,0 +1,38 @@ +// SPDX-License-Identifier: MIT OR Apache-2.0 +// +// Copyright (c) 2018-2022 Andre Richter + +//! Printing. + +use crate::{bsp, console}; +use core::fmt; + +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- +// Public Code +//-------------------------------------------------------------------------------------------------- + +#[doc(hidden)] +pub fn _print(args: fmt::Arguments) { + use console::interface::Write; + + bsp::console::console().write_fmt(args).unwrap(); +} + +/// Prints without a newline. +/// +/// Carbon copy from +#[macro_export] +macro_rules! print { + ($($arg:tt)*) => ($crate::print::_print(format_args!($($arg)*))); +} + +/// Prints with a newline. +/// +/// Carbon copy from +#[macro_export] +macro_rules! println { + () => ($crate::print!("\n")); + ($($arg:tt)*) => ({ + $crate::print::_print(format_args_nl!($($arg)*)); + }) +} diff -uNr 02_runtime_init/tests/boot_test_string.rb 03_hacky_hello_world/tests/boot_test_string.rb --- 02_runtime_init/tests/boot_test_string.rb +++ 03_hacky_hello_world/tests/boot_test_string.rb @@ -0,0 +1,3 @@ +# frozen_string_literal: true + +EXPECTED_PRINT = 'Stopping here' ```