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Antes de comenzar

El texto a continuación es una copia 1:1 de la documentación que puede ser encontrada al principio del archivo del código fuente del núcleo (kernel) en cada tutorial. Esta describe la estructura general del código fuente, e intenta transmitir la filosofía detrás de cada enfoque. Por favor leélo para familiarizarte con lo que te vas a encontrar durante los tutoriales. Te ayudará a navegar el código de una mejor manera y a entender las diferencias y agregados entre los diferentes tutoriales.

Por favor, nota también que el siguiente texto va a referenciar los archivos del código fuente (p. e.j. **/memory.rs) o funciones que no van a existir aún en los primeros tutoriales. Estos archivos serán agregados a medida que el tutorial avance.

¡Diviértanse!

La estructura del código y la arquitectura

El código está dividido en diferentes módulos donde cada uno representa un subsistema típico del kernel (núcleo). Los módulos de más alto nivel de los subsistemas se encuentran directamente en la carpeta src. Por ejemplo, src/memory.rs contiene el código que está relacionado con el manejo de memoria.

Visibilidad del código de arquitectura del procesador

Algunos de los subsistemas del núcleo (kernel) dependen del código de bajo nivel (low-level) dedicado a la arquitectura del procesador. Por cada arquitectura de procesador que está soportada, existe una subcarpeta en src/_arch, por ejemplo, src/_arch/aarch64.

La carpeta de arquitecturas refleja los módulos del subsistema establecidos en src. Por ejemplo, el código de arquitectura que pertenece al subsistema MMU del núcleo(kernel) (src/memory/mmu.rs) irá dentro de (src/_arch/aarch64/memory/mmu.rs). Este archivo puede ser cargado como un módulo en src/memory/mmu.rs usando el path attribute (atributo de ruta). Usualmente, el nombre del módulo elegido es el nombre del módulo genérico con el prefijo de arch_

Por ejemplo, esta es la parte superior de src/memory/mmu.rs:

#[cfg(target_arch = "aarch64")]
#[path = "../_arch/aarch64/memory/mmu.rs"]
mod arch_mmu;

En muchas ocasiones, los elementos de arch_module serán reexportados públicamente por el módulo principal. De esta manera, cada módulo específico de la arquitectura puede proporcionar su implementación de un elemento, mientras que el invocante no debe de preocuparse por la arquitectura que se ha compilado condicionalmente.

Código BSP

BSP significa Board Support Package (Paquete de Soporte de la Placa). El código BSP está dentro de src/bsp.rs y contiene las definiciones y funciones de la placa base específica elegida. Entre estas cosas se encuentran diferentes elementos como el mapa de memoria de la placa o instancias de controladores para dispositivos que se presentan en la placa elegida.

Justo como el código de la arquitectura del procesador, la estructura del módulo del código BSP trata de reflejar los módulos del subsistema del núcleo (kernel), pero no ocurre una reexportación esta vez. Eso significa que lo que sea que se esté proporcionando debe ser llamado empezando por el namespace (espacio de nombres) de bsp, p. ej. bsp::driver::driver_manager().

La interfaz del núcleo (kernel)

El arch y el bsp contienen código que se compilará condicionalmente dependiendo del procesador y placa actual para la que se compila el núcleo (kernel). Por ejemplo, el hardware de control de interrupciones de la Raspberry Pi 3 y la Raspberry Pi 4 es diferente, pero nosotros queremos que el resto del código del kernel funcione correctamente con cualquiera de los dos sin mucha complicación.

Para poder dar una limpia abstracción entre arch, bsp y código genérico del núcleo, los rasgos de interface se proporcionan siempre y cuando tenga sentido. Son definidos en su módulo de subsistema correspondiente y ayuda a reforzar el patrón de programar con respecto a una interfaz, sin importar la implementación concreta.

Por ejemplo, habrá una IRQ handling interface (interfaz de manejo de interrupciones) común, el cual los dos diferentes controladores de ambas Raspberry implementarán, y solo exportarán la interfaz común al resto del núcleo (kernel).

        +-------------------+
        | Interface (Trait) |
        |                   |
        +--+-------------+--+
           ^             ^
           |             |
           |             |
+----------+--+       +--+----------+
| kernel code |       |  bsp code   |
|             |       |  arch code  |
+-------------+       +-------------+

Resumen

Para un subsistema lógico del núcleo (kernel), el código correspondiente puede ser distribuido sobre diferentes localizaciones físicas. Aquí un ejemplo para el subsistema de memoria:

  • src/memory.rs y src/memory/**/*

    • Código común que es independiente de la arquitectura del procesador de destino y las características de la placa (BSP).
      • Ejemplo: Una función para poner a cero un trozo de memoria.
    • Las interfaces para el subsistema de la memoria que son implementados por código de arch o BSP.
      • Ejemplo: Una interfaz MMU que define prototipos de función de MMU.

  • src/bsp/__board_name__/memory.rs y src/bsp/__board_name__/memory/**/*

    • Código específico de BSP.
    • Ejemplo: El mapa de memoria de la placa (direcciones físicas de DRAM y dispositivos MMIO).

  • src/_arch/__arch_name__/memory.rs y src/_arch/__arch_name__/memory/**/*

    • El código específico de la arquitectura del procesador.
    • Ejemplo: Implementación de la interfaz MMU para la arquitectura __arch_name__.

Desde una perspectiva de namespace, el código del subsistema de memoria vive en:

  • crate::memory::*
  • crate::bsp::memory::*

Flujo de Boot / Boot flow

  1. El punto de entrada del núcleo (kernel) es la función cpu::boot::arch_boot::_start().
    • Está implementado en src/_arch/__arch_name__/cpu/boot.s.