PHASE0_SO18-19

Fase 0 del progetto per il corso Sistemi Operativi 18/19 UniBO, gruppo lso19az22.
Obbiettivo di questa fase è realizzare un programma che mostri il funzionamento di un componente della macchina emulata μMPS2.

Progetto

Per questa fase abbiamo scelto di creare un programma che utilizzi il disco e la stampante di μMPS2. Ci siamo occupati di sviluppare delle piccole librerie per entrambi i dispositivi, seguendo le specifiche che si possono trovare nel capitolo 5 del manuale di μMPS2.

Dispositivi in μMPS2

Ogni dispositivo ha un registro associato di 4 parole di memoria che permettono di interagire con l'hardware simulato attraverso la lettura e la scrittura di quest'ultime.

Tutti i device condividono la stessa struttura dati.

typedef struct dtpreg {
    unsigned int status;   /* Utilizzato per comunicare lo stato del dispositivo    */
    unsigned int command;  /* Utilizzato per impartire comandi al device controller */
    unsigned int data0;    /* Utilizzo varia per ogni dispositivo */
    unsigned int data1;    /* Utilizzo varia per ogni dispositivo */
} dtpreg_t;

Per usare un dispositivo:

static volatile dtpreg_t *disk = (dtpreg_t *)(DEV_REG_ADDR(IL_DISK, 0)); /* Esempio di utilizzo di un disco */

Dove DEV_REG_ADDR(..) è una macro (definita in arch.h, libreria fornita con μMPS2) che restituisce l'indirizzo del registro del dispositivo in base al tipo e al numero del dispositivo richiesto. Per aggiungere un dispositivo è necessario prima abilitarlo nella configurazione della propria macchina μMPS2. Sono supportate massimo 8 istanze per ogni dispositivo.

Disco

Per creare un disco si può utilizzare l'utility umps2-mkdev, fornita con μMPS2.

Le unità disco di μMPS2 sono dei device che supportano operazioni di lettura/scrittura DMA (Direct Memory Access) e i blocchi di memoria su cui operano hanno una dimensione di 4KB.

Il registro DATA1 è un campo di sola lettura nel quale sono contenute le caratteristiche fisiche del device ed è diviso in 3 parti:

• MAXCYL;
• MAXHEAD;
• MAXSECT;

Nei quali sono salvati i valori massimi per ogni campo.

Il campo STATUS, che permette la sola lettura, indica lo stato della macchina, in base ai valori che contiene, riportati nella tabella seguente.

Code	Status	Possible Reason for Code
0	Device not installed	Device not installed
1	Device ready	Device waiting for a command
2	Illegal operation code	Device presented unknown command
3	Device busy	Device executing a command
4	Seek error	Illegal parameter/hardware failure
5	Read error	Illegal parameter/hardware failure
6	Write error	Illegal parameter/hardware failure
7	DMA Transfer error	Illegal physical address/hardware failure

La funzione disk_status() controlla lo stato del disco e se non è pronto per ricevere un comando (Device Ready), mostra a video sul terminale l'errore corrente e imposta -1 come valore di ritorno della funzione, per segnalare che è presente un errore.

Il registro DATA0 è un campo di lettura e scrittura nel quale viene specificato l'indirizzo in memoria dal quale partire per effettuare le operazioni di lettura e scrittura DMA.

Il registro COMMAND è anch'esso un campo di lettura e scrittura e viene utilizzato per passare alla macchina i comandi da eseguire su disco, seguendo i valori riportati nella tabella.

Code	Command	Operation
0	RESET	Reset the device and move the boom to cylinder 0
1	ACK	Acknowledge a pending interrupt
2	SEEKCYL	Seek to specified CYLNUM
3	READBLK	Read the block located at (HEADNUM, SECTNUM) in the current cylinder and copy it into RAM starting at the address in DATA0
4	WRITEBLK	Copy the 4KB of RAM starting at the address in DATA0 into the block located at (HEADNUM, SECTNUM) in the current cylinder)

Le operazioni di lettura e scrittura sono regolate dalle funzioni *disk_read(u32 ptr_current_ram, u32 head, u32 sect) e *disk_write(u32 ptr_current_ram, u32 head, u32 sect) nelle quali, dopo aver effettuato i controlli necessari sullo stato della macchina e che i valori di HEADNUM e SECTNUM rientrino nel range prefissato, vengono effetturate le operazioni necessarie.

I parametri locali passati alla funzione sono di tipo u32 (unsigned int, definito all'inizio della libreria disk.h) e indicano rispettivamente:

• L'indirizzo di memoria nel quale effettuare l'operazione (ptr_current_ram);
• Il numero della testa del blocco (head);
• Il numero del settore del blocco (sect);

Inizialmente il disco è vuoto, quindi bisogna effetturare un'operazione di scrittura chiamando *disk_write(u32 ptr_current_ram, u32 head, u32 sect) che, dopo aver effettuato i controlli sullo stato del device e che le dimensioni di head e sect non superino i valore massimi,

• copia l'indirizzo di memoria dentro il campo data0
• imposta il comando per la scrittura (passando i valori di head e sect e settando il valore 4)
• invia un ack come risposta

Per le operazioni di lettura i procedimenti sono uguali alle operazioni di scrittura, solamente che nel passare i valori al campo command viene impostato il valore 3, il quale attiva la lettura (vedi tabella sopra riportata).

Stampante

La stampante di μMPS2 viene simulata scrivendo su un file di testo. Ogni carattere passato viene poi scritto sul file associato alla stampante nella configurazione della macchina virtuale.

Il campo STATUS, che può solo essere letto, indica lo stato della macchina.

Code	Status
0	Device not installed
1	Device ready
2	Illegal operation code
3	Device busy
4	Print error

Il campo COMMAND indica l'operazione che il controller della stampante deve eseguire.

Code	Command
0	Reset
1	Ack
2	Print char

Il campo DATA0 serve a settare il carattere che verrà poi trasmesso alla stampante al momento della stampa. DATA1 non viene utilizzato dalla stampante.

La funzione print_putchar(char c) salva in DATA0 il char c e dà alla stampante il comando di stampa. Prima di terminare si assicura che la stampante non sia più occupata dal processo di stampa e manda un ack al termine.

Per poter stampare più caratteri insieme si può utilizzare la funzione print_str(char *str) che chiama print_putchar per ogni carattere della stringa.

Compilare per μMPS2

Per compilare i file in src è necessario avere prima installato μMPS2.

$ git clone https://github.com/filippobartolucci/PHASE0_SO18-19/
$ cd PHASE0_SO18-19/src/
$ make -f Makefile-templ

Verrano creati due file, kernel.core.umps e kernel.stab.umps, che sono i file da usare per la configurazione della macchina MIPS in μMPS2

Sviluppatori

• Filippo Bartolucci - filippo.bartolucci2@studio.unibo.it
• Francesco Cerio - francesco.cerio@studio.unibo.it
• Tonino Petrulli - tonino.petrulli@studio.unibo.it

Licenza

GNU