توسعه سیستم عامل – طراحی IDT, IRQ و ISR

اگر یادتون باشه، مدتهای پیش، یک سری مقاله نوشتم، که آخرین مقاله این بود. توی حدود چهار تا مقاله، بررسی کردیم چطور میتونیم یه سیستم عامل ساده و ۱۶ بیتی بنویسیم. اونقدری نگذشت که تصمیم گرفتم برنامه نویسی رو به C تعمیم بدم و سپس NanOS رو بعنوان نسخه اولیه نوشتم، تجربه جالبی بود چون یه درایور ساده کارت گرافیک و کیبرد داشت و چند تا پیام میتونست نشون کاربر بده. اونقدری نگذشت که یه تجمعی به اسم «بنیاد نانو» درست کردیم که NanOS رو توضیح بدیم. NanOS الان سه تا چیزی رو داره که خیلی جالبن : IDT, IRQ  و ISR .

برای این که ببینیم اینها چی به چین، اگر توی داس اسمبلی نوشته باشید، احتمالا برای چاپ رشته و کرکتر و خوندنشون این عدد و این عملگر رو دیدید :

کد   
int 21h

خب همونطور که توی مقالات قبلی هم گفتم، int اینجا به معنای «عدد صحیح» نیست، بلکه به معنای «وقفه» است. وقفه های سخت افزاری و نرم افزاری که تا الان استفاده کردیم چه کار میکردن؟ عملکرد پردازنده رو متوقف میکنن و میگن که یه کار جدید انجام بده (به ساده ترین زبان ممکن!). خیلی راحت بگم فرض کنید توی یک کلاس دارید درس میدید (عمل جاری) ، یک نفر در میزنه و شما کار درس دادن رو متوقف میکنید و اینجاست که وقفه اجرا میشه (عمل جدید). خب IDT چیه؟ IDT مخفف Interrupt Descriptor Table ــه که به معنای «جدول توضیح وقفه ها» ست. این جدول، یک ساختمان داده‌ست که توش توضیح میدیم پردازنده چه جوابی باید به وقفه هایی که بهش وارد میشه بده. در این بین یه IRQ یا Interrupt Request داریم که درخواست دهنده وقفه هاست. درخواست دهنده وقفه، توی خود پردازنده وجود داره، و ما برای استفاده ازش باید براش کد بزنیم. کار IRQ چیه؟ این که نسبت به وقفه ها واکنش نشون بده و سیگنال های مربوطه رو بفرسته. سپس، با استفاده از هندل کننده وقفه ها جواب وقفه ها رو بسنجه، یا برنامه ای رو متوقف کنه و به برنامه جدید اجازه اجرا بده.

خب، در نهایت باید Interrupt Service Routine یا ISR داشته باشیم. ISR کارش کلا اینه که بیاد و چک کنه که وقفه درست انجام شده یا نه، بعدش، بیاد و یک مقدار منطقی به ما بده، که بفهمیم وقفه درست انجام شده یا نه.

بعنوان یک جمع بندی نهایی، میشه گفت که ما اول باید بگیم چه وقفه هایی داریم و هرکدوم چه میکنه (IDT) ، بعد همه اینا رو با یک قطعه خاص تست کنیم (IRQ) و نهایتا با یک نرم افزار از درست کار کردن وقفه هامون مطمئن شیم (ISR). کاربرد این قضیه چیه؟ فرض کنیم سیستم عامل تا حدی پیشرفت کرد و تونست برنامه اجرا کنه، با استفاده از جدول و هندل کننده های وقفه ها، میتونیم برای سیستم عامل خودمون یه اسمبلر طراحی کنیم، کامپایلر ها رو روش بیاریم و برنامه هایی که دسترسی سطح پایین میخواند رو اجرا کنیم.

موفق باشید 🙂

Share

گسترش Makefile ها – استفاده از متغیر در Makefile

توی این پست بود که تصمیم گرفتم در مورد نوشتن Makefile توضیح بدم. اما قضیه نوشتن میک فایل، به اون چیزی که اونجا مطرح کردیم محدود نمیشه. میتونیم توی Makefile هامون تعدادی متغیر داشته باشیم. متغیر میتونه کامپایلرمون، ورودی ها و خروجی هاش رو مشخص کنه. حتی سوییچ هایی که برای کامپایل کردن برنامه نیاز داریم میتونیم توی Makefile قرار بدیم. بسیار خوب، خود میک یه دستور echo هم داره که میتونیم برای چاپ پیام ازش استفاده کنیم (به جای استفاده از echo بش). حالا سوال پیش میاد که چطور از این دستور ها و قابلیت ها استفاده میکنیم؟

این خط رو در نظر بگیرید :

کد   
gcc -std=c99 main.c mpc.c -ledit -lm -o main -Wincompatible-pointer-types

الان ما میتونیم هرچی که با L شروع میشه رو توی یک متغیر بریزیم، std رو هم همینطور و همچنین incompatible-pointer-types رو. اینطوری چه سودی بهمون میرسه؟ یک میک فایل تر و تمیز خواهیم داشت. پس به این شکل توی میک فایلمون درش میاریم :

کد   
CC = gcc
STD = -std=c99
LINK = -ledit -lm
FLAGS = -Wincompatible-pointer-types

الان هرچی که لازم بود رو توی متغیرهامون گذاشتیم، ولی نوع استفاده از متغیر هم مهمه. همون کد بالا رو در نظر بگیرید، حالا میایم از متغیرها استفاده میکنیم و به چنین چیزی میرسیم:

کد   
$(CC) $(STD) main.c mpc.c $(LINK) -o main $(FLAGS)

دقت کنید که پرانتز هم برای صدا زدن متغیرها لازمه. الان ما یک میک فایل تر و تمیز داریم. کل میک فایلمون به این شکل در اومده الان :

کد   
CC = gcc
STD = -std=c99
LINK = -ledit -lm
FLAGS = -Wincompatible-pointer-types
all:
	$(CC) $(STD) main.c mpc.c $(LINK) -o main $(FLAGS)
 
clean:
	rm main

خب الان میخوایم یک پیام هم چاپ کنیم و به کاربر خوش آمد بگیم، یا بگیم که صبور باشه و بعد کامپایل شدن پیام کامپایل با موفقیت رو چاپ کنه! کافیه به این فرمت چیزی که میخوایم رو بنویسیم:

کد   
@echo "Compiling proccess may take a long time, please be patient"

و به این شکل پیامتون رو هرجا که دوست داشتید قرار بدید. البته Makefile های خیلی خیلی گسترده تر هم وجود دارند که به معنای واقعی میشه گفت یک کمپانی کامپایل هستند.

امیدوارم که این پست هم مفید واقع شده باشه، چون واقعا رفرنس برای نوشتن Makefile توی اینترنت نیست.

موفق و پیروز باشید 🙂

Share

ساخت کراس کامپایلر GCC

اگر لینوکسی باشید (یا حداقل با یکی از سیستم عاملهای خانواده *NIX کار کرده باشید) ، به احتمال خیلی زیاد GCC رو میشناسید. GCC که مخفف GNU Compiler Collection هست یک کامپایلر بزرگ، یا بهتر بگیم یه مجموعه از کامپایلرهاست که توسط پروژه گنو ارائه شده. این کامپایلر به صورت پیشفرض روی تمام توزیع های لینوکس هست (چون چیزیه که عمده ابزارهای لینوکس باهاش کامپایل شدند) و احتمالا روزهای اولی که خواستید توی لینوکس کد C بزنید با این کامپایلر بوده و البته کلی هم فحش دادید بهش 😀 . اگر کمی پیش بریم و برسیم به کسایی که تجربه ساخت LFS رو داشتن، اونها هم احتمالا با کامپایل کردن GCC مواجه شدن. شاید نفس گیر ترین بخش ماجرا در LFS همین GCC باشه ، چون هم طولانیه و هم کلی کانفیگ داره! . اما خب کراس کامپایلر قضیش یکم متفاوته.

من چند وقتیه (خیلی وقته!) درگیر ساخت یک سیستم عاملم و کلی هم برای خودم تحقیق کردم و داکیومنت خوندم و حتی داکیومنت هام رو بازنشر دادم. اما مشکل اینجاست که سیستم عامل قبلیمون کاملا با اسمبلی بود ولی این یکی رو میخوایم با C پیاده سازی کنیم. به نظرتون چی میشه؟ هیچی نمیشه! فقط نیاز داریم تا به جای این که صرفا از NASM استفاده کنیم، جناب GCC که برای خودش غولیه رو هم بازی بدیم. اما اگر سیستممون ۶۴ بیتی باشه چطور؟ اصلا اگر سیستم عامل مقصدمون برای پردازنده ای مثل ARM نوشته شده باشه چی؟ برای این که بتونیم نتیجه و خروجی درست و حسابی بگیریم، نیاز داریم تا کراس کامپایلر داشته باشیم. (برای دونستن اهمیت کراس کامپایلر این لینک رو بخونید).

خب GCC برای کامپایل شدن به Binutils نیاز داره. همچنین قبل از کامپایل Binutils برای معماری مورد نظرمون، باید این کتابخونه ها رو نصب کنیم :

کد   
sudo apt-get install libgmp3-dev libmpfr-dev libmpc-dev texinfo

خب، حالا که این کتابخونه ها رو نصب کردیم میریم که محیط ساخت و ساز (ممکنه درست نباشه ولی باحال ترین معادل ممکن برای Build Environment بود!) رو فراهم کنیم. من میخوام gcc من، برای i686-elf کار کنه. همچنین نمیخوام خیلی پر و بال بدم به ماجرا و نصب رو راحت و با کاربر خودم انجام بدم، پس این کد ها رو وارد ترمینال میکنم تا توی همون پوشه خونگی، gcc مورد نظرمون قرار بگیره!

کد   
export PREFIX="$HOME/opt/cross"
# فراموش نکنید این پوشه رو خودتون باید بسازید 🙂
export TARGET=i686-elf
export PATH="$PREFIX/bin:$PATH"

خب، حالا باید binutils رو از اینجا و gcc رو هم از اینجا دانلود کنید، و سورس ها رو درون پوشه ای به اسم src قرار بدید (پوشه src داخل پوشه خونگی شما قرار داره!). بسیار خوب! توی پوشه src پوشه ای بسازید به اسم build-binutils و سپس سورس binutils رو از حالت فشرده خارج کنید. حالا وارد پوشه build-binutils بشید (هیچی رو وارد این پوشه نکنید!) و سپس تایپ کنید :

کد   
../binutils-*/configure --prefix="$PREFIX" \
--target=$TARGET \
--with-sysroot --disable-nls --disable-werror

بعد از زدن این دستور، اسکریپت configure براتون Makefile درست میکنه. من از نسخه ۲.۲۵ استفاده کردم و واقعا بی مشکل بود، شما هم بهتره از همین نسخه استفاده کنید. حالا که Makefile برامون تولید شده کافیه به ترتیب make و سپس make install رو تایپ کنیم تا binutils مون نصب شه. حالا نوبتی هم باشه نوبت gcc دوست داشتنیه!

خب پوشه build-gcc هم بسازیم و بریم داخلش! حالا باید از فایل configure دوباره برای ساختن Makefile استفاده کنیم!

کد   
../gcc-*/configure --prefix="$PREFIX" \
--target="$TARGET" \
--disable-nls \
--enable-languages=c,c++ \
--without-headers

بعد از انجام این مرحله، باید یکی یکی دستورات زیر رو بزنیم :

کد   
make all-gcc
make all-target-libgcc
make install-gcc
make install-target-libgcc

تا gcc برامون نصب شه! الان با فراخوانی دستوری مثل i686-elf-gcc ، میتونیم به gcc ساخته شدمون دسترسی پیدا کنیم!

امیدوارم که این مطلب مفید واقع شده باشه، موفق باشید 🙂

Share

بازی با سوییفت

زبان برنامه نویسی سوییفت ، زبانی که اپل ارائه کرده و همچنین به تازگی هم اوپن سورس شده. این زبان یه زبان باحال، قشنگ و خوش ساخته، و البته قشنگی ماجرا اینه که خیلی راحت میشه روی لینوکس یا FreeBSD و … هم اجراش کرد. فرمورک Foundation هم که یکی از فرمورکهای کلیدی اپل بوده، برای این زبان به صورت اوپن سورس ارائه شده، و این یعنی اوپن سورس بیش از پیش بهشت برنامه نویسان شده (با این حساب حتی اگر دیوایس اپل ندارید میتونید این زبان رو یاد بگیرید و تمرین کنید). بسیار خوب، بریم سراغ این که ببینیم این زبان چه شکلیه و چطوریه! اول از همه این که سینتکس کاملا شبیه Objective C داره، و اگر قبلا آبجکتیو سی کد زدید، سوییفت یاد گرفتن براتون بی نهایت آسون میشه. خب، اولین مثال و به نوعی مثال روتین برای آشنا شدن با یک زبان، یا همون «سلام دنیا» (که در مقاله پیشین بهش اشاره شد) ، به این شکله :

کد   
print("Hello, World!")

خب، این روش برای چاپ رشته خیلی مرسومه (استفاده از یه تابع چاپ و یک رشته) ، اما برای این که مفاهیم بهتر منتقل شن، میتونیم رشته رو داخل یک متغیر بریزیم :

کد   
var welcomeMessage: String = "Hello, World"

خب الان که متغیر welcomeMessage رو داریم میریم که چاپش کنیم :

کد   
print(welcomeMessage)

خب میخوایم بریم سراغ چیزایی که توی یه زبان خیلی مرسومن، مثلا حلقه while و این چیزا! خب اگر C و Objective C و این زبانا رو بلد باشید خیلی کارتون راحته چون دقیقا همونه :

کد   
while(true){
 print(welcomeMessage)
 }

خب این هم چاپ بی نهایت همون پیامی که توی متغیر welcomeMessage ریختیم 😀 . برای اطلاعات بیشتر از ساختارهای کنترلی میتونید این لینک رو بخونید.

بسیار خوب، ساختار فانکشن ها هم همونطور شبیه C و Objective C و البته شبیه Go هم هست! این یه تابع بازگشتیه (که البته توی REPL زبان خیلی اذیتم کرد ولی موقع کامپایل خیلی مظلومانه (:D) اجرا شد!

کد   
func factorial(x: UInt) -> UInt {
 if(x == 0) {
   return 1
   } else {
   return x * factorial(x - 1)
   }
 }

خب این تابع یک عدد صحیح بدون علامت رو میگیره و فاکتوریلش رو حساب میکنه و بعد بر میگردونه، همونطور که دیدید اگر با زبان های شبیه C آشنا باشید خواهید دید که تقریبا هیچ فرق خاصی از نظر سینتکس نداره. فقط باید یک مقدار روی دیتاتایپ ها و … دقیق بشید تا بفهمید قضیه چیه وگرنه در کل اصلا زبان سختی نیست. اگر میخواید یادش بگیرید کتابی که خود اپل ارائه کرده رو میتونید دریافت کنید (روی iBooks هم هست!).

امیدوارم که این مطلب مفید واقع شده باشه.

موفق باشید 🙂

Share

قطعه کد «سلام دنیا» در زبان های مورد علاقه من – سری دوم

توی این مطلب یه تعداد از زبان های مورد علاقم رو معرفی کردم و درونشون قطعه کد سلام دنیا یا همون Hello World رو نوشتم. الان قصد دارم یه تعداد زبان دیگه رو معرفی کنم و این کد رو درون اون زبانها اجرا کنم. این زبانها هم جنبه فان دارن و در عین حال خیلی هم کاربردین.

۱. Arendelle :

این زبان، که سایتش از این آدرس  در دسترسه، ساخته دست دوست خوبم پویا کاری هست (اطلاعات شخصی ایشون توی وبسایت لینک شده). یک زبان برنامه نویسی فان برای کودکان که کلاینت آی او اس و آندروید هم داره.

کد   
'Hello, World'

۲. Apple Swift

زبان سوییفت اپل (نه اون سوییفتی که برای برنامه نویسی موازی و همروند استفاده میشه) به تازگی اوپن سورس شده و حقیقتا نتونستم تحمل کنم و نصبش کردم اون هم روی اوبونتو! و خب کار باهاش خیلی فانه (و به زودی هم یه سری مطلب در موردش میذارم) و البته اگر فرمورک های درست و حسابی تحت لینوکس هم براش ارائه شه، میشه گفت میتونه به یکی از بی رقیب ترین ها تبدیل شه!

کد   
print("Hello, World")

۳. Ada

خب، زبان Ada هم از زبانهایی بود که همیشه میخواستم یاد بگیرم، مدتها پیش در موردش خوندم و جالب ترین نکته این بود که اسم گذاریش از روی اولین برنامه نویس جهان بوده، پس مصمم شدم که حتما یکم باهاش بازی کنم 🙂

کد   
with Ada.Text_IO; use Ada.Text_IO:
procedure Hello is
 begin
  Put_Line("Hello, World");
 end Hello;

۴. Verilog HDL

این زبان هم برای شبیه سازی سخت افزار ازش استفاده میشه. شدیدا کاربردی و باحاله و میتونید کلی پروژه کول پیدا کنید که روی این زبان هستن، مثلا پیاده سازی اوپن سورس از پردازنده های مختلف مثل MIPS, x86, sparc و … .

کد   
module main;
 initial
  begin
   $display("Hello, World");
   $finish;
  end
endmodule

 

خب، این یکی مطلب کوتاه تر از نسخه قبلیش بود! اما یه نکته خیلی ریزی داشت، و اونم اینه که توی این چهارتا زبان میشه چهارتا طیف کاملا متفاوت رو دید. شما هم اگر پیشنهادی دارید دریغ نکنید و بذارید بدونیم 🙂

موفق باشید.

Share