https://github.com/kiselkovd/bootstrapping_linux_on_cpu

bootstrapping gnu/linux on verilog cpu with assembler & c
https://github.com/kiselkovd/bootstrapping_linux_on_cpu

Last synced: about 1 year ago
JSON representation

bootstrapping gnu/linux on verilog cpu with assembler & c

• Host: GitHub
• URL: https://github.com/kiselkovd/bootstrapping_linux_on_cpu
• Owner: KiselkovD
• Created: 2024-12-04T19:09:31.000Z (over 1 year ago)
• Default Branch: main
• Last Pushed: 2024-12-04T19:59:09.000Z (over 1 year ago)
• Last Synced: 2025-02-17T21:28:12.024Z (over 1 year ago)
• Language: Shell
• Size: 10.7 KB
• Stars: 0
• Watchers: 1
• Forks: 0
• Open Issues: 0
• Metadata Files:
  • Readme: README.md

Awesome Lists containing this project

README

          
# bootstrapping_Linux_on_CPU

## Текущий план

### Упрощенно

| **Verilog_CPU_32**  | on Verilog               |

| ------------------- | ------------------------ |

| **assemble (base)** | (working on) Verilog_CPU |

| compile ...           | writen on ...     | формат       |

| --------------------- | ----------------- | ------------ |

| **assemble (RISC-V)** | assemble (base)   | .hex автокод |

| **Forth**             | assemble (RISC-V) | .hex автокод |

| **TCC**               | Forth             |              |

| **GCC**               | TCC               |              |

| **GNU/Linux**         | C                 |              |

### Полноценно

   план действий 

  

    запустить что-то на верилог

     + 

  

  

    вывести .hex используя блок памяти, счетчик и часы

     - 

  

  

    реализовать LMC

     - 

  

  

    реализовать автокодер (а лучше assembler)

     - 

  

  

    написать assemble_RISC-V.asm

     - 

  

  

    RISC.hex скормить LMC

     - 

  

  

    форт.с в форт.asm

    TCC.c в TCC.asm

     - 

  

  

    скормить форт.asm

     - 

  

  

    TCC.c в TCC.fth

     - 

  

  

    скормить TCC.fth

    скормить TCC.asm

     - 

  

  

    скормить gcc.c

     - 

  

  

    скормить tiny core linux

     - 

   

## Вариации середины:

### Tiny C Compiler (TCC)

большинство стандартных функций C, может использоваться как интерпретатор.

### Минималистичные интерпретаторы и компиляторы

- **TinyCC**: Компактный компилятор C, известный своей высокой скоростью.

- **LCC**: Легкий компилятор C, оптимизированный для простоты.

- **Picol**: Минималистичный интерпретатор Tcl.

- **Forth**: Язык программирования с компактными реализациями.

- **The Super Tiny Interpreter**: Интерпретатор для подмножества JavaScript.

## Разбор шагов:

### Verilog_CPU

можно сделать на основе [Little Man Computer](https://habr.com/ru/articles/412057/)

### Assemble (base)

[ Минимальный набор команд ](##Основные-команды-RISC-V)

для создания остального ассемблера:

- Арифметические операции: ADD, SUB, MUL, DIV.

- Логические операции: AND, OR, XOR, NOT.

- Перемещение данных: MOV (реализуется через ADD с нулевым регистром).

- Загрузка и сохранение: LW (load word), SW (store word).

- Управляющие команды: BEQ (branch if equal), BNE (branch if not equal), J (jump).

### Assemble (RISC-V)

- [ RISC-V wiki ](https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V)

### TCC

- [ исходный код TCC ](https://www.iro.umontreal.ca/~felipe/IFT2030-Automne2002/Complements/tinyc.c)

- [ инструмент для перевода в assemble и оценки насколько все плохо ](https://godbolt.org/)

### GNU/Linux

- компактный дистрибутив [ Tiny core linux ](http://tinycorelinux.net/12.x/x86/release/src/)

  - **tinycore-12.x.tar.gz** - основной архив с исходным кодом Tiny Core Linux.

  - **tce-12.x.tar.gz** - архив, содержащий необходимые библиотеки и компоненты для работы системы.

  - **build-tools.tar.gz** - инструменты для сборки, которые могут понадобиться для компиляции пакетов.

- Micro Core Linux еще меньше Tiny core

- простая сборка из оптимальных версий

  - [ Linux 2.6.32 ](https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.32.tar.xz)

  - [ BusyBox 1.30.x ](https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.1.tar.bz2)

    - [ BusyBox набор утилит ](##BusyBox)

- первый исторический [Linux](https://github.com/zavg/linux-0.01)

## Шаги для сборки минимального дистрибутива Linux (при обычной установке из Linux)

### 1. инструменты для сборки

```bash

sudo apt update

sudo apt install --yes make build-essential bc bison flex libssl-dev libelf-dev wget cpio fdisk extlinux dosfstools qemu-system-x86

```

### 2.структура каталогов

```bash

mkdir -p ~/simple-linux/build/sources

mkdir -p ~/simple-linux/build/downloads

mkdir -p ~/simple-linux/build/out

```

### 3. исходный код

Linux 2.6.32 и BusyBox 1.30.x:

```bash

cd ~/simple-linux/build/downloads

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.32.tar.xz

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.1.tar.bz2

```

### 4. Распаковка

```bash

tar -xvf linux-2.6.32.tar.xz -C ../sources

tar -xjvf busybox-1.30.1.tar.bz2 -C ../sources

```

### 5. Сборка BusyBox

```bash

cd ../sources/busybox-1.30.1

make defconfig

make LDFLAGS=-static

cp busybox ../../out/

```

### 6. Сборка ядра Linux

```bash

cd ../linux-2.6.32

make defconfig

make -j8 || exit

cp arch/x86/boot/bzImage ~/simple-linux/build/out/vmlinuz-2.6.32

```

### 7. Создание начального образа (initramfs)

#### Создание файла init:

```bash

cd ~/simple-linux/build/out/

echo '#!/bin/sh' > init

echo 'mount -t proc proc /proc' >> init

echo 'mount -t sysfs sys /sys' >> init

echo 'exec /bin/busybox sh' >> init

chmod +x init

```

#### Подготовка корневой файловой системы:

```bash

mkdir rootfs

cp busybox rootfs/

cp init rootfs/

```

#### Создание образа файловой системы:

```bash

cd rootfs

find . | cpio -o --format=newc | gzip > ../initramfs.gz

```

### 8. Настройка загрузчика

`extlinux` или другой загрузчик.

Инструменты сборки, такие как `make`, `build-essential`, `bc`, `bison`, `flex`, `libssl-dev`, `libelf-dev`, `wget`, `cpio`, `fdisk`, `extlinux`, `dosfstools` и `qemu-system-x86`, играют важную роль в процессе создания дистрибутива Linux. Давайте рассмотрим каждый из этих инструментов и их необходимость.

### Инструменты сборки

1. **make**:

   - Это утилита для автоматизации сборки программ. Она читает файлы Makefile, чтобы определить, какие части программы нужно компилировать и в каком порядке.

2. **build-essential**:

   - Это метапакет, который включает в себя основные инструменты для разработки, такие как компиляторы (например, gcc) и другие необходимые утилиты. Он необходим для сборки большинства программ.

3. **wget**:

   - Это утилита для загрузки файлов из интернета. Она необходима для скачивания исходного кода и других ресурсов.

4. **cpio**:

   - Это утилита для создания и извлечения архивов. Она может использоваться для создания начальных образов файловой системы (initramfs).

### Необходимость инструментов

- минимум для базовой сборки `make`, `build-essential`, `wget` и для архивов (`cpio`).

- шифрование или сетевые протоколы - библиотеки OpenSSL (`libssl-dev`).

- генерация парсеров `bison` и `flex`

- загрузочные образы или работать с разделами диска: `extlinux` и `fdisk`

### другие

1. **libelf-dev**:

   - Это библиотеки для работы с ELF (Executable and Linkable Format) файлами. Они могут быть полезны при работе с ядром Linux и другими низкоуровневыми компонентами.

2. **dosfstools**:

   - Набор инструментов для работы с файловыми системами FAT, которые могут понадобиться при создании загрузочных USB-накопителей или образов.

3. **qemu-system-x86**:

   - Эмулятор и виртуализатор, который позволяет запускать операционные системы на виртуальных машинах. Он полезен для тестирования вашего дистрибутива без необходимости установки его на физическое оборудование.

4. **bc**:

   - Это калькулятор с плавающей запятой, который иногда используется в скриптах сборки для выполнения математических операций

   ***

   ***

# Доп информация

### mount

Linux действительно имеет доступ к памяти через различные файловые системы, включая FAT. Система управляет этим доступом с помощью механизма монтирования и внутренней таблицы монтирования, что позволяет эффективно управлять данными на разных устройствах и разделах без необходимости изменять сами ссылки или структуру данных в файловых системах.

## BusyBox

набор утилит командной строки

### Командные оболочки

- **ash** – командная оболочка.

- **bash** – командная оболочка.

- **sh** – интерпретатор команд.

### Работа с файлами и каталогами

- **cat** – конкатенация файлов.

- **cp** – копировать.

- **cut** – выбор заданных полей из файла.

- **ln** – создать ссылку на файл или каталог.

- **mkdir** – создание каталога.

- **more** – постраничный просмотр текстовых файлов.

- **mv** – переместить файл.

- **pwd** – вывести рабочий каталог.

- **rm** – удаление файлов или каталогов.

- **rmdir** – удаление пустых каталогов.

- **touch** – обновить дату последнего изменения файла.

- **ls** – вывести список файлов или каталогов.

- **tar** – работа с архивами формата tar.

- **dd** – копирование файла с конвертированием и форматированием.

### Управление правами и владельцами

- **chmod** – смена прав доступа.

- **chown** – смена владельца.

### Системные утилиты

- **date** – текущее дата/время.

- **df** – статистика использования файловой системы.

- **dmesg** – вывод буфера сообщений ядра.

- **uname** – информация о системе.

- **mdu** – статистика использования дискового пространства (иногда используется в альтернативных дистрибутивах).

### Процессы и задачи

- **kill** – завершить процесс.

- **ps** – информация о процессах.

- **pidof** – вывести список PID всех процессов по имени.

- **crond** – планировщик заданий.

- **login** – начать новый сеанс в системе.

- **sleep** – пауза на N секунд.

- **usleep** – пауза на N микросекунд.

### Сетевые утилиты

- **ping** – отправить пакеты ICMP ECHO_REQUEST сетевым узлам.

- **netstat** – информация о сетевых настройках и подключениях.

- **nc** – утилита для установления TCP и UDP соединений.

- **ntpc / ntpsync** – клиент синхронизации времени по протоколу NTP.

### Обработка текста

- **awk** – язык обработки строк по шаблонам.

- **sed** – преобразование текстовых потоков.

- **grep** – поиск по шаблону в файлах или стандартном вводе.

  - **egrep** – grep с поддержкой расширенных регулярных выражений.

  - **fgrep** – grep с оптимизированным поиском фиксированной строки.

### Архивирование и сжатие

- **gzip / gunzip** – упаковать/распаковать в gzip.

- **zcat** – распаковать в стандартный вывод.

### Другие утилиты

- **wc** – счет строк, слов, символов.

- **sync** – записать все буферизированные блоки файловой системы на диск.

- **mount / umount** – монтирование/отмонтирование файловых систем.

- **watch** – исполнять программу периодически.

- **tee** – ветвление канала (вывод в несколько мест).

### Утилиты для работы с системными данными

- **diff** – утилита сравнения файлов.

- **echo** – вывод строки.

- **crond / atd / anacron (если доступны)**– планировщики задач.

### Дополнительные утилиты

- **tftp** – обмен файлами по протоколу TFTP.

- **rstats** – авторские права BusyBox.

- **sort** – сортировка.

- **vi** – редактировать файл.

- **wget** – утилита закачки файлов.

- **nvram** – работа с энергозависимой памятью (если доступно).

## Основные команды RISC-V

1. **Арифметические и логические инструкции**:

   - **R-type**: операции с регистрами, такие как `add`, `sub`, `and`, `or`, `xor`.

   - Пример: `add rd, rs1, rs2` — складывает значения в регистрах `rs1` и `rs2`, результат записывается в `rd`.

2. **Инструкции загрузки и сохранения**:

   - **I-type**: используются для загрузки данных из памяти в регистры и наоборот.

   - Примеры:

     - `lw rd, offset(rs1)` — загружает слово из памяти по адресу, вычисляемому как сумма значения в `rs1` и смещения.

     - `sw rs2, offset(rs1)` — сохраняет слово из регистра `rs2` в память по адресу, вычисляемому так же.

3. **Управляющие инструкции**:

   - **B-type**: условные переходы, такие как `beq` (branch if equal), `bne` (branch if not equal).

   - Пример: `beq rs1, rs2, label` — если значения в `rs1` и `rs2` равны, переход к метке.

4. **Инструкции для немедленных значений**:

   - **I-type**: операции с немедленными значениями.

   - Пример: `li rd, immediate` — загружает немедленное значение в регистр.

5. **Инструкции для установки верхнего значения регистра**:

   - **U-type**: загружают 20-битное значение в верхние 20 бит регистра.

   - Пример: `lui rd, immediate` — загружает немедленное значение в верхние 20 бит регистра.

6. **Инструкции безусловного перехода**:

   - **J-type**: используются для безусловных переходов.

   - Пример: `jal rd, label` — переходит к метке и сохраняет адрес следующей инструкции в регистр `rd`.

## О компонентах компьютера (чипсет)

| Модуль                          | Описание                                                                            | Связи с другими модулями                                              |

| ------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------------------- | --------------------------------------------------------------------- |

| **Центральный процессор (ЦП)**  | Основной вычислительный элемент, выполняющий инструкции и обрабатывающий данные.    | Связан с северным мостом через высокоскоростную шину (например, QPI). |

| **Северный мост (GMCH)**        | Обеспечивает связь между ЦП, оперативной памятью и графической картой.              | Связан с ЦП, оперативной памятью и южным мостом.                      |

| **Оперативная память (RAM)**    | Временное хранилище данных для выполнения программ.                                 | Подключена к северному мосту через контроллер памяти.                 |

| **Видеокарта**                  | Обрабатывает графику и выводит изображение на экран.                                | Подключена к северному мосту через шину PCI Express.                  |

| **Южный мост (ICH)**            | Управляет медленными компонентами, такими как HDD и USB-устройства.                 | Связан с северным мостом и различными периферийными устройствами.     |

| **Жесткий диск (HDD)**          | Постоянное хранилище данных для операционной системы и файлов.                      | Подключен к южному мосту через интерфейс SATA или PATA.               |

| **Контроллер USB**              | Обеспечивает подключение USB-устройств.                                             | Встроен в южный мост и соединен с внешними USB-портами.               |

| **Система питания (VRM)**       | Регулирует напряжение для ЦП и других компонентов.                                  | Связана с материнской платой и компонентами, требующими питания.      |

| **BIOS**                        | Начальная система ввода-вывода, управляющая загрузкой компьютера.                   | Взаимодействует с южным мостом через шину LPC.                        |

| **Слоты расширения (PCI/PCIe)** | Позволяют подключать дополнительные карты, такие как звуковые или сетевые адаптеры. | Подключены к южному мосту для передачи данных.                        |

## О памяти компьютера (адресное пространство)

| Компонент                   | Описание                                                                                                |

| --------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- |

| Системная память (RAM)      | Оперативная память для хранения данных и выполнения программ.                                           |

| Видеопамять (совместимость) | Используется графическим контроллером для хранения изобр/графики.                                       |

| Жесткий диск (HDD/SSD)      | Область для доступа к жесткому диску и хранения данных.                                                 |

| Стандартная память          | Зарезервированная область для системных нужд.                                                           |

| Область расширения          | Место для ПЗУ BIOS внешних устройств.                                                                   |

| Расширенная системная BIOS  | Область для управления режимами работы системы.                                                         |

| Регистры процессора         | (Не отображаются в адресном пространстве) Внутренние ячейки для данных и управления выполнением команд. |