1 应用处理器 on 编程那些事儿

1.1 准备使用 Rust

Tue, 11 Aug 2026 11:30:00 +0800

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/bare-metal/aps/entry-point.html

1.1 准备使用 Rust

在开始运行 Rust 代码之前，我们需要进行一些初始化。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84


/**
 * 这是图像的通用入口点。它执行的是
 * 准备要运行的加载映像所需的操作。
 * 具体来说，它
 *
 * - 使用虚拟到物理的身份映射设置MMU
 * 地址并启用缓存
 * - 启用浮点
 * - 使用寄存器 x25 及以上将 bss 部分归零
 * - 准备堆栈，指向图像中的一个部分
 * - 设置异常向量
 * - 分支到 Rust 的 `main` 函数
 *
 * 它为 Rust 入口点保留 x0-x3，因为它们可能包含
 * 启动参数。
 */
.section .init.entry, "ax"
.global entry
entry:
 /*
 * 加载并应用内存管理配置，准备好
 * 启用 MMU 和缓存。
 */
 adrp x30, idmap
 msr ttbr0_el1, x30

 mov_i x30, .Lmairval
 msr mair_el1, x30

 mov_i x30, .Ltcrval
 /* 将支持的 PA 范围复制到 TCR_EL1.IPS。 */
 mrs x29, id_aa64mmfr0_el1
 bfi x30, x29, #32, #4

 msr tcr_el1, x30

 mov_i x30, .Lsctlrval

 /*
 * 确保这一点之前的所有事情都已完成，然后
 * 在任何可能过时的本地 TLB 条目失效之前
 * 开始被使用。
 */
 isb
 tlbi vmalle1
 ic iallu
 dsb nsh
 isb

 /*
 * 配置 sctlr_el1 以启用 MMU 和缓存，然后不继续
 * 直到这完成。
 */
 msr sctlr_el1, x30
 isb

 /* 禁用 EL1 中的捕获浮点访问。 */
 mrs x30, cpacr_el1
 orr x30, x30, #(0x3 << 20)
 msr cpacr_el1, x30
 isb

 /* 将 bss 部分清零。 */
 adr_l x29, bss_begin
 adr_l x30, bss_end
0: cmp x29, x30
 b.hs 1f
 stp xzr, xzr, [x29], #16
 b 0b

1: /* Prepare the stack. */
 adr_l x30, boot_stack_end
 mov sp, x30

 /* 设置异常向量。 */
 adr x30, vector_table_el1
 msr vbar_el1, x30

 /* 调用 Rust 代码。 */
 bl main

 /* 永远循环等待中断。 */
2: wfi
 b 2b

这段代码位于src/bare-metal/aps/examples/src/entry.S。没有必要详细理解这一点——要点是需要一些低级设置满足 Rust 对系统的期望。

1.2 内联装配

Tue, 11 Aug 2026 11:30:00 +0800

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/bare-metal/aps/inline-assembly.html

1.2 内联装配

有时我们需要使用汇编来完成 Rust 无法完成的事情代码。例如，进行 HVC（管理程序调用）来告诉固件关闭系统电源：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34


// Copyright 2023 Google LLC
// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
#![no_main]
#![no_std]

use core::arch::asm;
use core::panic::PanicInfo;

mod asm;
mod exceptions;

const PSCI_SYSTEM_OFF: u32 = 0x84000008;

// 安全：没有此名称的其他全局函数。
#[unsafe(no_mangle)]
extern "C" fn main(_x0: u64, _x1: u64, _x2: u64, _x3: u64) {
 // 安全：这仅使用声明的寄存器并且不执行任何操作
 // 有记忆。
 unsafe {
 asm!("hvc #0",
 inout("w0") PSCI_SYSTEM_OFF => _,
 inout("w1") 0 => _,
 inout("w2") 0 => _,
 inout("w3") 0 => _,
 inout("w4") 0 => _,
 inout("w5") 0 => _,
 inout("w6") 0 => _,
 inout("w7") 0 => _,
 options(nomem, nostack)
 );
 }

 loop {}
}

（如果您确实想这样做，请使用 smccc 有包装纸的板条箱对于所有这些功能。）

1.3 MMIO 的易失性内存访问

Tue, 11 Aug 2026 11:30:00 +0800

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/bare-metal/aps/mmio.html

1.3 MMIO 的易失性内存访问

使用 [pointer::read_volatile] 和 [pointer::write_volatile]。
切勿保留对使用这些方法访问的位置的引用。锈可以随时读取（或写入，对于“&mut”）引用。
使用“&raw”获取结构体字段而不创建中间体参考。

1
2
3
4
5
6
7
8
9


// Copyright 2023 Google LLC
// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
const SOME_DEVICE_REGISTER: *mut u64 = 0x800_0000 as _;
// 安全：某些设备映射到此地址。
unsafe {
 SOME_DEVICE_REGISTER.write_volatile(0xff);
 SOME_DEVICE_REGISTER.write_volatile(0x80);
 assert_eq!(SOME_DEVICE_REGISTER.read_volatile(), 0xaa);
}

易失性访问：读或写操作可能会产生副作用，因此要防止编译器或硬件对它们进行重新排序、复制或删除。

如果你先写然后读，例如通过可变引用，编译器可以假设读取的值与刚刚写入的值相同，而不是麻烦实际读取内存。

一些现有的用于对硬件进行易失性访问的包确实保存了引用，但是这是不健全的。只要存在引用，编译器就可以选择取消引用它。

使用“&raw”从指向结构的指针获取结构字段指针。

为了与旧版本的 Rust 兼容，您可以使用 addr_of! 宏反而。

1.8 例外情况

Tue, 11 Aug 2026 11:30:00 +0800

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/bare-metal/aps/exceptions.html

1.8 例外情况

AArch64定义了一个异常向量表，有16个条目，分别对应4种类型 4 种状态的异常（同步、IRQ、FIQ、SError）（当前 EL 带有 SP0、当前 EL 使用 SPx，较低 EL 使用 AArch64，较低 EL 使用 AArch32）。我们在汇编中实现此功能以将易失性寄存器保存到堆栈中调用 Rust 代码：

1.10 其他项目

Tue, 11 Aug 2026 11:30:00 +0800

译文 · 基于 Comprehensive Rust

原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/bare-metal/aps/other-projects.html

1.10 其他项目

oreboot
- “没有 C 的 coreboot”。
- 支持 x86、aarch64 和 RISC-V。
- 依赖于 LinuxBoot 而不是本身拥有许多驱动程序。
Rust RaspberryPi 操作系统教程
- 初始化、UART 驱动程序、简单引导加载程序、JTAG、异常级别、异常处理，页表。
- Rust 中关于缓存维护和初始化的一些警告，而不是必然是复制生产代码的好例子。
cargo-call-stack
- 静态分析以确定最大堆栈使用率。

RaspberryPi OS 教程在 MMU 和缓存之前运行 Rust 代码已启用。这将读取和写入内存（例如堆栈）。然而，这已经本届会议开始时提到的关于不结盟的问题访问和缓存一致性。