Aufgabe 1 Entwicklung einer Virtuellen Maschine

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Adolf Franke
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1 Aufgabe 1 Entwicklung einer Virtuellen Maschine Rainer Müller Department Informatik 4 Verteilte Systeme und Betriebssysteme Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg WS 2014/2015 R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) 1 16

2 Einführung Entwickelt werden soll ein virtueller (vereinfachter) PC. R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Programmieraufgabe 2 16

3 PC Aufbau CPU host bus Memory Memory North Bridge memory bus PCI bus Keyboard Mouse IDE #0 IDE #1 USB #0 USB #1 DMA PIT South Bridge PIC1 PIC0 PCI #0 PCI #1 ISA bus BIOS ROM SUPER I/O SER1 PAR SER0 FD ISA #0 ISA #1 R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) PC Aufbau 3 16

4 PC Aufbau (vereinfacht) CPU host bus Memory North Bridge memory bus IDE #0 IDE0 South Bridge PIC0 ISA bus BIOS ROM SUPER I/O SER0 R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) PC Aufbau 4 16

5 PC Aufbau (vereinfacht) CPU PIC host bus memory bios_rom disk_ctrl serial_ctrl Disk Terminal R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) PC Aufbau 5 16

6 PC Aufbau (vereinfacht) CPU IRQ host bus memory bios_rom disk_ctrl serial_ctrl Disk Terminal R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) PC Aufbau 6 16

7 PC Aufbau (vereinfacht) CPU host bus memory bios_rom disk_ctrl serial_ctrl Disk Terminal R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) PC Aufbau 7 16

8 Übersicht stark vereinfachter PC-Aufbau Komponenten direkt an host_bus angebunden host_bus begrenzt auf 8 Bit Datenleitungen host_bus unterscheidet nicht zwischen I/O- und Speicherzugriffen R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 8 16

9 CPU Zunächst: Befehlssatz: Untermenge der 80x86-Architektur beschränkt auf Protected Mode/32-Bit Mode keine Exceptions keine Interrupts Reset: EIP ist Basisadresse des ROMS (0xE000) keine FPU, kein MMX oder andere Erweiterungen Dokumentation: Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer s Manual Volume 1: Basic Architecture Volume 2A, 2B, 2C: Instruction Set Architecture Volume 3A, 3B, 3C: System Programming Guide architectures-software-developer-manuals.html R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 9 16

10 CPU Exkurs: Assembler-Programmierung R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 10 16

11 Festplattencontroller / Festplattensimulator Basisadresse: 0xD000 ausgewertete Adressleitungen: 10 Adresse 0x000-0x003: Register für Blocknummer (big-endian), rw Adresse 0x007: Fehlerregister, rw Adresse 0x00b: Block Lesen (0), Block Schreiben (1), w Adresse 0x200-0x3FF: Block Puffer, rw andere: Fest verdrahtet mit Masse, Schreiben wird ignoriert. R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 11 16

12 Festplattencontroller / Festplattensimulator Beispiel # %eax: Block-Nummer ( ) # %edi: Buffer-Adresse read_block: movb $0, 0xd000+0 movb $0, 0xd000+1 movb %ah, 0xd000+2 movb %al, 0xd000+3 movb $0, 0xd000+0xb movl $0, %eax loop: movb 0xd000+0x200(%eax), %dl movb %dl, (%edi, %eax, 1) addl $1, %eax cmpl $512, %eax jne loop ret # Blocknummer setzen # Lesen starten # Bytes kopieren # fertig R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 12 16

13 Serielle Schnittstelle / Debug-Schnittstelle minimale Variante Basisadresse: 0xD800 ausgewertete Adressleitungen: 4 Adresse 0x0: Schreiben gibt das Datum auf stdout aus, w andere: reserviert R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 13 16

14 Serielle Schnittstelle / Debug-Schnittstelle Beispiel # %eax: Pointer auf Zeichenkette print_string: movb (%eax), %dl # Hole Zeichen cmpb $ \0, %dl # Ende, wenn Zeichen = \0 je done movb %dl, 0xd800+0 # Gib Zeichen aus addl $1, %eax # naechstes Zeichen jmp print_string done: ret # fertig R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 14 16

15 Speicher 32 KiB Memory: fest verdrahtet ab Adresse 0x0000 Größe: 32 KiB Tipp: sinnvoll initialisieren 4 KiB Bios ROM: fest verdrahtet ab Adresse 0xE000 Größe: 4 KiB soll Inhalt aus.rom-datei lesen können wenn.rom-datei zu klein, Rest sinnvoll initialisieren R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Komponentenübersicht 15 16

16 Gestellte Dateien Makefile: kleines Makefile zum Bauen setup.*: Erzeugt/beendet die VM bus/sig_host_bus.*: Implementierung des Host-Busses comp/serial-ctrl.*: Minmal-Implementierung der seriellen (Debug-)Schnittstelle comp/roms/*.s: Assembler-Quellen für Test-Programme: bios_print_simple.s: Einfachste Hallo Welt -Variante bios_print.s: nochmal Hallo Welt als Schleife bios_boot.s: minimaler Boot-Loader Sämtliche Dateien dürfen verändert werden! R. Müller Entwicklung einer Virtuellen Maschine (WS14/15) Gestellte Dateien 16 16

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