Rambler's Top100

Host-Based HAL: еще один путь разработки ОС

Автор: lonesome TSH/Digital Daemons
Дата: 24.03.2003
Раздел:

HAL в переводе на великий и могучий означает "cлой абстракции от аппаратуры". То есть предназначен он для того, чтобы свежеразработанную ОС можно было без особых проблем портировать на другие архитектуры при этом лишь замененив HAL и перекомпилировав исходные коды. К примеру в HAL можно (нужно!) разместить низкоуровневый менеджер памяти, с помощью которого осуществляется постраничное выделение физической памяти и организация виртуального адресного пространства. В таком случае ядру разрабатываемой ОС совершенно не нужно будет знать об аспектах организации страничной адресации на конкретной архитектуре (будь то x86, M68000 или MIPS32), все что будет ему известно - это абстрактные функции вроде alloc_page(), free_page() и подобные. Эта абстрактность позволит нам без изменений использовать ядро ОС на любых архитектурах.

Возникает идея: если само ядро не привязано к конкретной архитектуре, а взаимодействует с аппаратурой через набор функций HAL, то можно создать так называемый host-based HAL, который будет выполняться в виде приложения в какой-либо операционной системе. По сути своей, виртуальные машины вроде Bochs или VMWare Workstation представляют собой именно host-based HAL, правда сильно усложненный (они выполняют не какие-то функции ОС, а весь набор операций процессора).

Сейчас мы в качестве примера рассмотрим мини-ОС и два HAL'а к ней - один host-based, а второй - аппаратный для архитектуры x86. Вы увидите, как с легкостью одни и те же исходные коды можно скомпилировать и как для выполнения в некой виртуальной машине, и как для выполнения на "голом" процессоре.

Для начала определимся, какие функции будет выполнять наша мини-ОС. Поскольку усложнить структуру ОС мы успеем всегда, для начала дадим ей две простых и в большинстве случаев необходимых функции:
1. Вывод на экран
2. Обработка прерываний

Исходя из функций ОС, интерфейс ядра ОС с HAL будет осуществляться через следующие функции:

kputchar(char c) - вывод символа на экран

kclear() - очистка экрана

register_handler(int vector, void *func) - регистрация функции func() в качестве обработчика прерывания под номером vector

register_irq_keyboard(void *func) - регистрация функции func(char c) в качестве обработчика прерывания клавиатуры (эта функция принимает параметр - нажатый символ)

raise_interrupt(int vector) - программный вызов прерывания под номером vector

enable_interrupts() - разрешение обработки прерываний

disable_interrupts() - запрещение обработки прерываний

Перечисленные выше функции находятся в HAL и, следовательно, именно их реализация меняется в каждом конкретном случае и для каждой конкретной архитектуры.

Само мини-ядро может выглядеть вот таким образом:

void receive_keypress(char c);
void irq_timer(void);

//HAL вызывает эту функцию после инициализации аппаратной части
void system_main()
{
    kclear();
    kputs("Hello from HAL based OS Demo\n");

    register_handler(0x20, irq_timer);
    register_irq_keyboard(receive_keypress);
    enable_interrupts();
}



//Вывод строки
void kputs(char *string)
{
    while(*string){
kputchar(*string);
string++;
    }
}

void receive_keypress(char c)
{
    kputs("You have pressed: ");
    kputchar(c);
    kputchar('\n');
}

void irq_timer()
{

}

Исходники host-based HAL'а для этой ОС находятся здесь: host_based_hal.tar.gz. В качестве хостовой ОС для него используется Linux, ибо, по выражению одного человека, остальное все от лукавого :). Полученные объектные файлы HAL'а необходимо слинковать с получившимся из вышеприведенного листинга объектным файлом ядра kernel.o и после требуемой инициализации HAL передаст управление ядру системы (а конкретно функции system_main())





Rambler's Top100