zenglox Files

zenglOX v3.2.0 USB v1.1, UHCI, USB KeyBoard, USB Mouse

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当前版本新增的功能，以及修复的BUG
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当前版本针对Qemu模拟器，增加了UHCI控制器(USB v1.1标准)的驱动程式，
以及USB鼠标和键盘的驱动程式，目前只能在Qemu模拟器下实现USB的鼠标键盘功能。
这些驱动程式的代码，主要是从pdoane的osdev项目中移植过来的，
另外，有部分代码是从Linux-3.2.0的内核源码中移植过来的。

pdoane的osdev项目的github地址为：https://github.com/pdoane/osdev

除了USB相关的驱动程式外，当前版本还增加了klog日志，该日志会将内核通过
zlox_monitor_write等函数输出的信息，记录到里面，当然目前最多只能记录10 * 1024即10K字节
的内容。这样，在命令行中，就可以通过cat klog或者ee编辑器来查看klog里的内容，
从而可以简单的查看下内核输出了些什么信息。

在内核刚启动时，当zlox_monitor_write输出的内容很多时，会自动滚屏。之前的版本
中并没有滚屏相关的函数。

shell命令行中可以使用Home，End及上下左右键
(上下键在之前的版本里就有了，主要是左右键可以移动光标)，

此外，当前版本实现了真正意义上的多任务，当然，文件读写操作目前同一时间只允许一个任务执行，
在之前的版本中，当你执行任何一个程式时，其实是以关闭中断的方式在运行的，
除非遇到syscall_idle_cpu系统调用时，才会将CPU资源释放出去，鼠标键盘以及定时器中断才能
被处理，因此，当你执行isoget -all命令或者用cat命令显示一个内容很长的文件时，
你会发现鼠标键盘都不能使用，必须等这些命令执行完毕才能用，那么，如果某个
用户程式陷入死循环的话，那么内核基本上也就挂在那里了。

当前版本通过将desktop程式里的syscall_execve语句的位置做调整，让桌面启动的
其他应用能够以开中断的方式运行，然后通过对zlox_task.c文件中的任务调度算法
做调整，让每个应用都能分配到合理的CPU资源。另外，针对一些可能会长时间进行
I/O操作的系统调用，比如文件读写相关的函数，以及zlox_cmd_window_put之类的显示输出
函数，都在里面加入了zlox_isr_detect_proc_irq函数，该函数会调用_zlox_idle_cpu函数来
将控制权释放出去，让别的任务有机会运行，以及让鼠标键盘之类的中断能被响应。

由于当前版本可以多个任务并行运行，而文件读写操作中，目前有太多全局变量有可能会
在并行运行时被修改破坏掉，因此，在zlox_fs.c文件里加入了g_fs_lock的文件锁，当某个任务需要
进行文件读写相关的操作时，会先判断该文件锁是否被其他任务加锁了，如果加锁了，它就会
释放CPU资源，然后等待解锁。因此，如果多个任务同时都需要进行文件读写操作的话，就可能
出现某些任务等待另一些任务的情况。这都是文件锁在起作用。

在多任务当中，那些主动使用了syscall_idle_cpu系统调用的任务具有最低优先级，
其他的有消息需要处理的任务，或者在执行文件读写的任务，或者在执行显示输出操作的任务，
以及其他没有使用过syscall_idle_cpu系统调用的任务，这些任务都被认为是处于Busy繁忙中的任务，
都具有相同优先级。他们会平分CPU资源，如果你觉得某个任务过于繁忙了，一直没停下来的话，
或者陷入了死循环的话，可以另启一个终端，用ps命令查看其ID号，再用kill命令将其终止掉。
当某个任务被强行终止掉时，如果它执行过文件锁的加锁操作的话，会自动将文件锁解除掉，
从而让其他任务可以继续加锁执行。

当前版本还对某些程式的参数和用法做了些调整：

例如: testoverflow的参数调整为 testoverflow [-u][-x][-k] 
其中，testoverflow -u 还是跟以前一样是抛出一个用户栈溢出的错误，
testoverflow -x则会陷入一个for语句的死循环，如果是之前的版本，这样的死循环会当掉系统，
当前版本里，可以将其kill掉，testoverflow -k 则会通过syscall_overflow_test系统调用，
以内核栈溢出的方式，抛出double fault异常，这个异常属于严重错误，会当掉系统，然后
dump出一些基本的寄存器信息，testoverflow属于测试用的程式。

ee编辑器目前为v1.4.0的版本，可以通过ee -v命令来查看版本号。
增加了F3功能键，当按下F3键时，会将编辑器设置为read only
只读模式，同时在顶部flags区域显示一个小写的r字母，表示当前位于只读模式，再按下F3时，
可以切换回writable可写模式，同时顶部的flags区域的r字母会变回小数点，
因此，F3键可以在只读和可写模式之间进行切换，默认是可写模式，在只读模式下，你不能修改
文件的内容，当然可以保存文件，这样，当你只需要查看文件内容时，就可以设置为只读模式，
来防止一些误修改的操作，因为，ee编辑器里有很多功能是通过ctrl+字符来实现的，如果
ctrl键没按下的话，那么对应的字符就会误修改文件的内容。

zengl程式增加了一个-l参数，只有使用-l或-d参数时，zengl才会将debug info调试信息输出
到 hd/zl.log 的文件中，如果zengl后面只跟随了脚本文件名的话，将不会输出调试信息。

由于修改了ee和zengl程式，因此，当前版本在执行时，需要通过isoget -all命令来更新磁盘里
的文件数据。

ps程式的参数调整为：ps [shownum][-m][-d [shownum]][-u [shownum]][-x [shownum]]
即ps程式的最后可以跟随一个数字，表示显示前多少条任务信息，这样，当任务数量多的时候，可以
将任务信息，一部分一部分的显示出来。

lspci程式在显示每个PCI设备的信息时，会多显示一个prog_if的信息，通过class，sub_class以及
prog_if信息，就可以更准确的判断出设备类型，比如，UHCI控制器的PCI配置空间里的class
为0x0C，sub_class为0x03，prog_if为0x00 。

cat程式的参数调整为：cat <filename> [show char num]
也就是在cat程式的最后可以提供一个数字，通过该数字来确定要输出前多少个字符，
这是个可选参数，当没提供这个显示字符数时，将会把文件里的所有内容都显示出来。
当文件内容很多时，通过显示字符数可以将内容一段一段的显示出来，比如提供1000的话，
就可以看到前1000个字符底部的数据，提供2000的话，就可以看到前2000个字符的底部数据，
因为，term终端没有垂直滚动条，我们目前只能看到一部分输出内容。

当前版本还修复了zlox_kheap.c与zlox_uheap.c文件中的堆算法上的BUG。在zlox_free
与zlox_uheap_free函数中，当header指针被contract回收操作，完全释放掉了对应的物理内存
页面时，再对header指针进行读操作时，就会抛出分页不存在的错误。

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在GCC 4.9.x中，交叉编译环境的组建
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在ubuntu 15.04的系统中，系统自带的GCC是4.9.2的版本。这个版本的GCC无法对v0.0.1版本中
提到的binutils-2.23.1，以及gcc-4.7.2进行编译，这是由于GCC 4.9.2具有
更加严格的语法检测机制，以及该系统环境下的texinfo，因为版本的兼容问题，
也会导致gcc-4.7.2在编译时报错。

因此，我们就需要使用更高版本的gcc来构建交叉编译环境。

gcc-4.9.2的交叉编译环境的组建过程与gcc-4.7.2的过程是差不多的，过程如下：

搭建交叉编译环境最好是在命令行下切换到root用户，
在Ubuntu里默认没有给root设置密码，
可以通过以下命令来设置root密码并切换到root用户：

zengl@ubuntu:~$ sudo passwd root

zengl@ubuntu:~$ su -

第一个sudo passwd root命令输入后，会提示输入两次root的新密码，设置密码后，
就可以用su -来切换到root ，下面搭建交叉编译工具的过程都用的是root用户。

下面使用mkdir命令新建/mnt/zenglOX/opt/cross目录：

root@ubuntu:~# mkdir -p /mnt/zenglOX/opt/cross

最后生成的交叉编译工具集都会安装在/mnt/zenglOX/opt/cross目录内，
当然你也可以安装到别的目录里，不过如果安装在其他目录里，
在编译zenglOX时，就需要对makefile文件里的相关路径进行修改。

我们先来构建binutils-2.25：

先从网盘中下载binutils-2.25.tar.bz2文件，
也可以从 ftp://ftp.gnu.org/gnu/binutils/ 链接中找到对应的版本进行下载，
例如binutils-2.25版本的完整地址为：
ftp://ftp.gnu.org/gnu/binutils/binutils-2.25.tar.bz2 

将下载的压缩包放置到/mnt/zenglOX目录里，然后使用如下命令进行解压：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# tar xvf binutils-2.25.tar.bz2

接着创建binutils-build目录：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# mkdir binutils-build

进入该目录：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# cd binutils-build
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/binutils-build# 

在用configure进行配置之前，需要先安装texinfo：
(否则后面编译时，可能会报`makeinfo' is missing on your system以及
 recipe for target 'bfd.info' failed的相关错误，
另外，如果读者遇到了这个编译错误后，再去安装texinfo的话，就必须重新configure配置一遍，
因为只有这样，才能让Makefile文件中与texinfo相关的宏信息修正过来)

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/binutils-build# sudo apt-get install texinfo

通过前面解压的binutils-2.25目录里的configure脚本来生成Makefile文件：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/binutils-build# ../binutils-2.25/configure --prefix=/mnt/zenglOX/opt/cross --target=i586-elf --disable-nls

生成了Makefile后，就可以用make命令来编译了：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/binutils-build# make

编译成功后，通过make install命令来安装：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/binutils-build# make install

安装完后，应该就可以在/mnt/zenglOX/opt/cross/bin目录中，
看到生成的binutils相关的可执行文件了：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/binutils-build# ls ../opt/cross/bin/
i586-elf-addr2line  i586-elf-elfedit  i586-elf-nm       i586-elf-readelf
i586-elf-ar         i586-elf-gprof    i586-elf-objcopy  i586-elf-size
i586-elf-as         i586-elf-ld       i586-elf-objdump  i586-elf-strings
i586-elf-c++filt    i586-elf-ld.bfd   i586-elf-ranlib   i586-elf-strip

binutils的交叉工具编译安装好后，就可以继续安装gcc-4.9.2的交叉编译工具了，
先从网盘中下载gcc-4.9.2.tar.bz2，gmp-6.0.0a.tar.bz2，mpfr-3.1.2.tar.bz2，以及
mpc-1.0.3.tar.gz文件，当然也可以从gnu的ftp站点中下载这些文件，具体的链接地址如下：

ftp://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-4.9.2/gcc-4.9.2.tar.bz2
ftp://ftp.gnu.org/gnu/gmp/gmp-6.0.0a.tar.bz2
ftp://ftp.gnu.org/gnu/mpc/mpc-1.0.3.tar.gz
ftp://ftp.gnu.org/gnu/mpfr/mpfr-3.1.2.tar.bz2

其实也就是 ftp://ftp.gnu.org/gnu/ 这个ftp目录中的各个项目的地址。我们可以
在这个ftp站点里看到gcc及其他GNU工具的各个版本。

将这些文件下载到/mnt/zenglOX目录中后，对这些文件进行解压：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# tar xvf gcc-4.9.2.tar.bz2 
root@ubuntu:/mnt/zenglOX# tar xvf gmp-6.0.0a.tar.bz2
root@ubuntu:/mnt/zenglOX# tar xvf mpfr-3.1.2.tar.bz2
root@ubuntu:/mnt/zenglOX# tar xvf mpc-1.0.3.tar.gz

由于编译gcc需要用到gmp、mpfr和mpc的源代码，所以首先进入解压后的gcc目录，
在该目录里建立一些符号链接来指向之前解压的gmp、mpfr和mpc的源代码的位置：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# cd gcc-4.9.2/
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-4.9.2# ln -s ../gmp-6.0.0 gmp
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-4.9.2# ln -s ../mpc-1.0.3 mpc
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-4.9.2# ln -s ../mpfr-3.1.2 mpfr
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-4.9.2# cd ..
root@ubuntu:/mnt/zenglOX# 

接着创建gcc-build目录：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# mkdir gcc-build

进入该目录，并通过之前解压的gcc-4.9.2目录中的configure工具来生成Makefile：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX# cd gcc-build
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# ../gcc-4.9.2/configure --prefix=/mnt/zenglOX/opt/cross --target=i586-elf --enable-languages=c,c++ --disable-nls --without-headers

通过make all-gcc来编译GCC：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# make all-gcc

编译成功后，通过make install-gcc来安装GCC：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# make install-gcc

安装成功后，应该就可以在/mnt/zenglOX/opt/cross/bin目录中，
看到用于交叉编译的4.9.2版本的GCC的相关可执行文件了：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# ls ../opt/cross/bin/
i586-elf-addr2line  i586-elf-g++         i586-elf-gprof    i586-elf-readelf
i586-elf-ar         i586-elf-gcc         i586-elf-ld       i586-elf-size
i586-elf-as         i586-elf-gcc-4.9.2   i586-elf-ld.bfd   i586-elf-strings
i586-elf-c++        i586-elf-gcc-ar      i586-elf-nm       i586-elf-strip
i586-elf-c++filt    i586-elf-gcc-nm      i586-elf-objcopy
i586-elf-cpp        i586-elf-gcc-ranlib  i586-elf-objdump
i586-elf-elfedit    i586-elf-gcov        i586-elf-ranlib

生成gcc后还需要生成对应的libgcc：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# make all-target-libgcc 
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# make install-target-libgcc

上面使用make all-target-libgcc命令来编译libgcc，
使用make install-target-libgcc安装libgcc，
编译安装后，可以在opt/cross/lib目录里查看到生成的libgcc：

root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# ls ../opt/cross/lib/gcc/i586-elf/4.9.2/ -l
总用量 476
-rw-r--r-- 1 root root   2432  6月  5 00:37 crtbegin.o
-rw-r--r-- 1 root root   1388  6月  5 00:37 crtend.o
drwxr-xr-x 2 root root   4096  6月  5 00:37 include
drwxr-xr-x 2 root root   4096  6月  5 00:27 include-fixed
drwxr-xr-x 3 root root   4096  6月  5 00:34 install-tools
-rw-r--r-- 1 root root 417486  6月  5 00:37 libgcc.a
-rw-r--r-- 1 root root  44900  6月  5 00:37 libgcov.a
drwxr-xr-x 3 root root   4096  6月  5 00:34 plugin
root@ubuntu:/mnt/zenglOX/gcc-build# 

这样，适用于ubuntu 15.04(也就是gcc 4.9.2的系统环境)的完整的交叉编译工具就生成好了。

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Qemu 2.3.0的安装
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为什么要使用2.3.0的版本，因为，在之前zenglOX v3.1.0版本的官方文章中，
我们提到过，qemu在播放音频数据时，会严重阻塞虚拟CPU指令的执行，
当qemu升级到2.3.0版本后，就不存在这个问题了，这样，即使不开启KVM硬件
加速功能，也可以调试和开发与音频相关的驱动了。

在使用KVM硬件加速功能时，某些断点必须通过gdb的hbreak命令，也就是硬件断点才能
中断下来，因此，在开发阶段，关闭KVM可以方便我们的调试(关闭KVM时，直接用软件断点就可以中断下来)，
在开发结束后，再启用KVM进行测试即可。

下面看下ubuntu 15.04系统中，Qemu 2.3.0的安装过程：

先将网盘中的qemu-2.3.0.tar.bz2的压缩包下载到Downloads目录(也可以从Qemu官网下载)，

然后解压：

zengl@ubuntu:~$ cd Downloads/
zengl@ubuntu:~/Downloads$ ls
qemu-2.3.0.tar.bz2
zengl@ubuntu:~/Downloads$ tar xvf qemu-2.3.0.tar.bz2
zengl@ubuntu:~/Downloads$ ls
qemu-2.3.0  qemu-2.3.0.tar.bz2
zengl@ubuntu:~/Downloads$ 

创建qemu-build-2.3.0：

zengl@ubuntu:~/Downloads$ mkdir qemu-build-2.3.0

进入该目录：

zengl@ubuntu:~/Downloads$ cd qemu-build-2.3.0/
zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ 

在进行配置之前，需要先安装一些依赖项(如果已经安装过，可以跳过)：

zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ sudo apt-get install libsdl1.2-dev
zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ sudo apt-get install autoconf automake libtool
zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ sudo apt-get install zlib1g-dev
zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ sudo apt-get install libglib2.0-dev

通过之前解压的qemu-2.3.0目录中的configure来进行配置
(配置参数与qemu 2.2.0的配置参数是一样的)：

zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ ../qemu-2.3.0/configure --target-list=i386-softmmu --enable-debug --disable-pie --enable-sdl --audio-drv-list='oss alsa sdl'

通过make和sudo make install命令来进行编译安装：

zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ make
zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ sudo make install

安装好后，通过qemu-system-i386 --version来查看版本号信息：

zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ qemu-system-i386 --version
QEMU emulator version 2.3.0, Copyright (c) 2003-2008 Fabrice Bellard
zengl@ubuntu:~/Downloads/qemu-build-2.3.0$ 

GCC交叉编译环境与Qemu 2.3.0都安装好后，就可以对源代码进行编译测试了：

zengl@ubuntu:~/zenglOX/zenglOX_v3.2.0$ make

在make生成zenglOX.bin后，在执行make iso之前，如果是新安装的ubuntu 15.04系统，
那么，还需要安装xorriso：
(否则会报grub-mkrescue: warning: Your xorriso doesn't support `--grub2-boot-info'.
 Some features are disabled. Please use xorriso 1.2.9 or later..
 之类的错误信息)

zengl@ubuntu:~/zenglOX/zenglOX_v3.2.0$ sudo apt-get install xorriso

接着，就可以make iso来生成zenglOX.iso的镜像文件了：

zengl@ubuntu:~/zenglOX/zenglOX_v3.2.0$ make iso

最后，通过startQemu来启动Qemu：

zengl@ubuntu:~/zenglOX/zenglOX_v3.2.0$ chmod +x startQemu
zengl@ubuntu:~/zenglOX/zenglOX_v3.2.0$ ./startQemu

在另外一个终端中，通过gdb来连接：

zengl@ubuntu:~/zenglOX/zenglOX_v3.2.0$ gdb -q zenglOX.bin
Reading symbols from zenglOX.bin...done.
(gdb) target remote localhost:1234
Remote debugging using localhost:1234
0x0000fff0 in ?? ()
(gdb) hb zlox_kernel_main 
Hardware assisted breakpoint 1 at 0x10003b: file zlox_kernel.c, line 38.
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 1, zlox_kernel_main (mboot_ptr=0x10000, initial_stack=524032)
    at zlox_kernel.c:38
38	{
(gdb) c
Continuing.

上面通过 hb zlox_kernel_main 的gdb命令设置了一个硬件断点，因为
startQemu脚本中默认是开启的kvm硬件加速的，你可以根据需要，在开发时，
暂时去掉startQemu里的-enable-kvm参数，在startQemu里有两条qemu启动语句，
最后一条被注释掉了，这两条启动语句的区别仅在于：第一条开启了kvm，
而第二条注释掉的启动语句中，没有开启kvm。因此，可以根据需要，进行选择使用。

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Other
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在VMware中，请不要在虚拟机的设置中加入USB Controller，
因为该虚拟机的USB控制器可能会占用掉Sound Blaster 16声卡的中断线，而且，
USB控制器就当前版本而言，对VMware和VirtualBox都没有什么太多的意义。

目前，将zenglOX.iso挂载到VMware与VirtualBox中后，也只能测试下除USB以外的其他功能。
如果以后加入了OHCI，EHCI(USB 2.0)及xHCI(USB 3.0)之类的USB控制器的驱动的话，
有可能会起到作用。

另外，作者建议读者使用ubuntustudio-15.04-dvd的镜像来安装系统，因为
标准的Ubuntu Desktop桌面版系统里，qemu的SDL的渲染效果有点模糊，而且有些
渲染上的BUG，比如偶尔会出现一些残留白线的情况。
在Ubuntu Studio的系统里，只要不手动调整qemu的窗口尺寸(也就是让它自行调整窗口尺寸)，
那么SDL就可以很清楚的将图像信息显示出来，也没有渲染上的问题。
当然，如果你中间手动调整了qemu窗口的尺寸的话，
也会出现图像有点模糊的情况，以及偶尔会出现的残留白线的情况。
这当然只是作者的一点经验，原因尚不清楚。

在zenglOX源码包里，新增了一个startQemu.bat的文件，这是为windows环境下的qemu进行测试
用的批处理文件，作者不推荐使用windows版的qemu，因为windows下的qemu也会出现图像显示
不清晰，以及偶尔会出现的残留白线的情况，另外执行性能也不如Linux中的qemu。这当然也
只是作者的经验。如果读者没有这样的问题的话，那么就是作者的系统和配置问题了。

在ubuntu studio 15.04的系统中，Gedit编辑器有点问题，也可以说是BUG，光标有时候
会消失，因此，你可以选择其他的GUI编辑器，比如：Geany编辑器。

另外，该系统中，默认的Fcitx输入法系统也工作的不好，
读者可以在语言支持中切换到iBus，切换后需要注销并重新登录。

最后，与USB相关的驱动代码，位于 zlox_usb.c 及 zlox_usb.h 文件中。
与UHCI控制器相关的驱动代码，位于 zlox_uhci.c 及 zlox_uhci.h 文件中。
与USB HUB相关的驱动代码，位于 zlox_usb_hub.c 及 zlox_usb_hub.h 文件中。
与USB键盘相关的驱动代码，位于 zlox_usb_keyboard.c 及 zlox_usb_keyboard.h 文件中。
与USB鼠标相关的驱动代码，位于 zlox_usb_mouse.c 及 zlox_usb_mouse.h 文件中。

USB v1.1的相关标准，可以参考网盘里的usb11_RemovePassword.pdf文件(移除了加密保护，方便复制文件的内容来进行翻译)
UHCI控制器相关的内容，可以参考网盘里的uhci11d.pdf文件。
USB鼠标与键盘的相关内容，可以参考网盘里的HID1_11.pdf文件。

注意：如果你想通过U盘来启动你的hobby OS，如果是用的readme.md文件中介绍的grub-install的
方式的话，请不要使用UEFI的方式来启动，可以在主板的BIOS中进行设置，UEFI的启动方式下，
GRUB2设置的VBE图形界面就会失效，那就什么都看不到了。在作者的技嘉主板的台式机中，
进入BIOS后，可以通过BIOS Features页面中的OS Type下的Boot Mode Selection来选择，
我一般设置为Legacy Only，它还有两个选项，一个是UEFI and Legacy，一个是UEFI Only，当使用
UEFI and legacy时，还需要在Boot Option中进行选择，因此，为了简单起见，作者就直接使用
的是Legacy Only选项。

时间: 2015年6月6日
作者: zenglong
官网: www.zengl.com