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Rust 开发树莓派操作系统教程

ℹ️ 介绍

该系列教程适用于 ARM64 位ARMv8-A 架构的业余操系统开发者。该教程会从零开始，一步步地指导你如何开发一个功能健全的 嵌入式操作系统的内核。包含了实现一般操作系统的任务，例如开发串口控制台，设置虚拟内存和处理硬件异常。 同时利用 Rust 的特性来提供系统的安全和速度。

Cheers, Andre

📑 教程结构

• 每篇教程都包含一个独立可引导的二进制内核文件。
• 每篇新的教程都在之前的基础上扩展。
• 每篇教程的指南里面都有一个简短的章节来总结新增的代码和功能，也会展示源代码的区别，方便检查和同步。
• 部分教程中有除了tl;dr章节外还有非常详细、具体的介绍。长期计划是所有的教程都会有详细的文字说明。但是现在我认为教程独特的地方是tl;dr和diff还不够详细。
• 教程中所用的代码可以在树莓派 3 和 4上运行。
  • 教程的第一到五章是基础内容，只能运行在QEMU上。
  • 到了[第六章]时(06_drivers_gpio_uart)，你可以在树莓派上加载和运行内核并通过UART来观察输出结果。
• 虽然这些教程是以树莓派 3 和 4 为试验对象，但代码是模块化的，所以应该容易移植到其他 CPU 架构的开发板上。
  • 我希望会有人有机会去实现RISC-V架构的代码。
• 我推荐使用Visual Studio Code,配置Rust Analyzer插件开发代码。
• 除了文本教程之外，也可以用make doc命令利用网页的优势来浏览代码。

🚀 易用性

这个系列的教程会着重关注用户体验的友好性。因此，我尽量消除嵌入式开发中的最大痛点：工具链的问题。

想要尝试代码的开发者们将不会因为复杂工具链的安装、编译而烦恼。 这是通过尽可能的使用 rust 的标准工具链并由相应的 docker 容器来提供其他所有的工具链实现的。 该容器会在需要的时候自动下载，开发者只需要安装好对应发行版的 docker 即可。

开发环境设置由以下部分组成：

• 编译器，链接器和二进制工具用 Rust 最新版所提供的。
• 额外的操作系统开发工具如：QEMU和GDB通过容器提供。

如果你想了解更多关于这个容器的信息，可以看看这里

🛠 前提条件

在你开始之前，你必须安装一个合适的 Rust 工具链：

curl https://sh.rustup.rs -sSf             \
    |                                      \
    sh -s --                               \
    --default-toolchain nightly-2020-04-07 \
    --component llvm-tools-preview rustfmt

source $HOME/.cargo/env
rustup target add aarch64-unknown-none-softfloat
cargo install cargo-binutils

如果你使用 Visual Studio Code，我强烈推荐你安装Rust Analyzer 扩展。

📟 USB 串行输出

由于教程中开发的内核是在真实的硬件上运行的，因此强烈建议您使用 USB 串行调试线来进行试验。连接后调试线会为树莓派供电， 所以不需要额外供电。

• 淘宝搜索"USB 转串口"
• 如下图连接 GPIO 串口的 14/15 号引脚
• 第六章 是这个设备第一次需要使用的地方。找到如何准备 SD 卡来引导你自制的内核的说明。
• 第七章开始，在树莓派上启动内核变得非常舒适。在这章，会开发出一个叫chainloader的文件。 这将是您暂时需要在 SD 卡上手动复制的最后一个文件。这将使您能够在通过 UART 按需引导期间加载教程内核。

🙌 致谢

这个教程最初是由Zoltan Baldaszti的项目衍生出来的，感谢它给我开了一个头。

License

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• Apache License, Version 2.0, (LICENSE-APACHE or http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
• MIT license (LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT)

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