想学汇编不知从何入手

yiqun738 2003-10-08 08:19:55
比方说要做练习吧。编译器用什么?怎么安装?如何设置?等等。请教大侠指点迷津。先谢谢了
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kvls 2003-10-08
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先可以去看一下DOS下的汇编编程,经典的书就是清华出的IBM-PC 汇编语言什么的记不得名字了,要学windows下的话可以去看罗云彬的《Windows环境下32位汇编语言程序设计》,经典的书有象Iczelion的汇编教程等等,网上很多地方都有
编译器用MASM 8.0
IDE可以用RadAsm 2.0.2.9这个的汉化版做的很好,而且对中文的支持也非常好
安装、设置这些网上都有说明,给你几个比较好的网址,其他的都有连接:
http://www.aogosoft.com/index.asp
http://220.195.149.80:8080/index.asp
http://board.win32asmcommunity.net/index.php?s=
jinjinlyw 2003-10-08
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MASM

http://www.aogosoft.com/

MASM 8.0 下载地址:http://www.wm55.com

下面就有贴子,你也太懒了,先从勤奋开始吧。


内容简介   本书从只有二十行的引导扇区代码出发,一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身,同时关注完成这些代码的思路和过程。本书不同于其他的理论型书籍,而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能,从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题,这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理,而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇,共11章。其中每一章都以前一章的工作成果为基础,实现一项新的功能。而在章的内部,一项大的功能被分解成许多小的步骤,通过完成每个小的步骤,读者可以不断获得阶段性的成果,从而让整个开发过程变得轻松并且有趣。   本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读,也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序   做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践   2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》,第一反应是不可能,恐怕是翻译稿,写这种书籍是要考作者硬功夫的,不但需要深入掌握操作系统的原理,还需要实际动手写出原型。   历史上的 Linux就是这么产生的,Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生,经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件,为了方便读写和下载文件,他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统,这成为了 Linux第一个内核的雏形。   我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有,但把这个题目写成一本书,感觉上不会有人愿意做这件事情,作者要花很多时间,加上主题比较硬,销售量不会太高,经济上回报有限。   但拿来文稿一看,整个编辑部大为惊艳,内容文笔俱佳,而且绝对原创,马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评。   不过有很多读者还是质疑:现在软件编程主要领域是框架和应用,还需要了解操作系统底层吗?   经过四年的磨练成长,于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S:一个操作系统的实现》,这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了,但看这本书的时候,让我又重新感受到做程序员的乐趣:用代码建设属于自己的系统,让电脑听从自己的指令,对系统的每个部分都了如指掌。   黑客(hacker)实际是褒义词,维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人,特别是他们所感兴趣的领域,例如软件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的,如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。   回答前面读者的质疑,学软件编程并不需要看这本书,想成为优秀程序员和黑客的朋友,我强烈建议你花时间来阅读这本书,并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇,或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续”。   好奇心是动力的源泉,追究问题的本质是优秀黑客的必备素质,只有充分掌握了系统原理,才能在技术上游刃有余,才能有真正的创新和发展。中国需要更多真正的黑客,也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。   蒋涛   2009年 4月 作者自序   本书是《自己动手写操作系统》的第二版,通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多,但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见,本书便是从一个简单的引导扇区开始,讲述一个操作系统成长的故事,以作读者参考之用。   本书面向实践,通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序,跟随这些步骤,读者可以由一个最简单的引导扇区开始,逐渐完善代码,扩充功能,最后形成一个小的操作系统。   本书不仅介绍操作系统的各要素,同时涉及开发操作系统需要的各个方面,比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台,所以保护模式也作为必备知识储备收入书中,而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之,只要是开发自己的操作系统中需要的知识,书中都尽量涉及,以便于读者参考。   众所周知,一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位,那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解,因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作,它们夹杂在一片代码汪洋之中,显得更加晦涩。   我们有许多源代码公开的操作系统,可供随时下载和阅读,看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多,但事实往往不尽人意,因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行,而且细节之间经常互相关联,要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程,但读来好像总觉得跟我们有隔膜,不亲近。造成这些的根本原因,在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统,或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作,读者多么聪明,或者代码多么优秀,要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。   我并非在此危言耸听,因为这曾经是我的亲身体会。当然,如果只是为了考试,几本操作系统理论书籍就足够了,你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢?如果你是想编写自己的操作系统呢?你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地,你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃。   我经历过这一切!我曾经翻遍了一本《操作系统:设计与实现》,也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。并不是这些书不好,也不是前人的代码不优秀,而是作为一无所知的初学者,我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识,还有让我们举步维艰的实践细节。   可能在这些教科书作者的眼里,操作的细节不属于课程的一部分,或者这些细节看上去太容易,根本不值一提,甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分,约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是,这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间,甚至影响了学习的热情。   我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感,那是一种不知道如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来,克服了各种困难,并完成了自己的操作系统雏形。   进而我想到,一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣,也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来,从而可以帮助跟我相似的后来者,就这样,我编写了本书的第一版,也就是《自己动手写操作系统》。我相信,如果你也对神奇的计算机世界充满好奇,并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事,那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情,从而开始一段操作系统旅程,我将会感到非常高兴。   不过我得坦白,在写作《自己动手写操作系统》的时候,我并不敢期待它能引起多少反响,一方面因为操作系统并不是时尚的话题,另一方面我也是走在学习的路上,或许只是比读者早走了一小步而已。然而出乎我的意料,它面世后重印多次,甚至一度登上销量排行榜的榜首,这让我觉得它的确有一定的参考价值,我要借此机会感谢所有支持我的读者。   在我写作《自己动手写操作系统》的时候,并没有想过今天会有一个第二版。原因在于,我希望这本书是用来填补空白的,而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白,具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后,能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码,有能力从零开始自己动手写操作系统,而这个任务第一版已经完成了。   那么为什么我又写作了第二版呢?原因有几个方面。第一,虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解,但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病,作者本人可能很清楚原委,但写得太简略,以至于读者看来未必清晰。第二,我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命,但毕竟到书的结尾,读者看到的不是一个真正的操作系统,它没有文件系统,没有内存管理,什么也干不了。在第二版中,你将会看到,你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了,也就是说,它已经具备操作系统的基本功能,虽然仍然极其简陋,但第一个圈,毕竟是已经圆起来了。第三,实践类的操作系统书籍还是太少了,以至于你要想看看别人是怎么做的,除了读以《操作系统:设计与实现》为代表的极少数书籍之外,就是一头扎进源代码中,而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过,所以我在第二版中,仍然试图把话说细一点,把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计,以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计,还有尽量详细的文字。   在这一版中,内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订,只是做了一个调整,那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上,默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因,在本书第 2章有比较详细的说明。当然,开发环境毕竟是第二位的,书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容,主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同,下篇仍然不仅关注结果,更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来。与此同时,由于本书旨在分享和引路,所以尽可能地简化了设计,以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到,一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点,对于我们初学者而言,正是需要从简陋入手。换言之,如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验,那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者。   本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫,因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书,其次才是编写操作系统的方法。另外,书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件,从而严格保证书和光盘的一致性,读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中   代码的准确位置。   此外,在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了,原因在于虽然我们的试验性   OS从前辈们那里借鉴了很多东西,但其各个部分的设计(比如文件系统和内存管理)往往有其独特之处,所以我将原先的 Tinix(本意为 TryMinix)改成了新名字Orange ’S(这个名字来自于我的妻子 ,),以表示它们的不同。另外,书中的代码风格,有些地方也做了调整。   我想,虽然第二版有着这样那样的变化,但有一点没有变,那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者,同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来。很可能读者比我更聪明,有更好的解决问题的方法,但无论如何,我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如   此,我将会非常欣慰。   在第二版的编写过程中,我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱,并希望爷爷不要为我担心,写书是件辛苦的事,但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字,这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友,感谢郭老师的理解和支持,感谢李玲的辛勤工作,感谢江立和李冰,你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师,你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥,不仅仅因为你在技术上给我的帮助,更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌,你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外,在第一版中帮助我的人,我要再次谢谢你们,因为没有第一版,也就没有第二版。   在所有人中我最应该感谢和最想感谢的,是我的妻子黄丹红,感谢你给我的所有建议,还有你帮我画的图。尤其是,当这本书在我预想的时间内没有完成的时候,当我遇到困难迟迟不能解决的时候,你总在一旁给我鼓励,在你那里,我从来都能感觉到一种温暖,我深知,如果没有你的支持,我无法坚持下来将书写完。谢谢你,这本书同样属于你。   跟第一版相比,这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面,而由于笔者的水平实在有限,难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议,请登录http://www.osfromscratch.org,让我们共同探讨,共同进步。   本书导读   这本书适合谁   本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技术感兴趣,想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者,以及Minix、Linux源代码爱好者,都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。   本书以“动手写”为指导思想,只要是跟“动手写”操作系统有关的知识,都作为介绍对象加以讨论,所以,从开发环境的搭建,到保护模式,再到IBMPC中有关芯片的知识,最后到操作系统本身的设计实现,都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话,本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程,使你的学习过程事半功倍。在读完本书后,你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识,并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式,以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。   笔者相信,当你读完本书之后,如果再读那些纯理论性的操作系统书籍,所获得的体验将会完全不同,因为那些对你而言不再是海市蜃楼。   对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者,本书可以提供阅读前所必要的知识储备,而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及,而且在很多 Linux书籍中是没有提到的。   特别要提到的是,对于想通过阅读 Andrew S. Tanenbaum和 Albert S. Woodhull的《操作系统:设计与实现》来学习操作系统的读者,本书尤其适合作为你的引路书籍,因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累,而这些知识在《操作系统:设计与实现》一书中是没有涉及的,笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一,所以在本书中对它多有借鉴。   你需要什么技术基础   在本书中所用到的计算机语言只有两种:汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验,就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解(比如知道中断、进程等概念)之外,本书不假定读者具备其他任何经验。   如果你学习过操作系统的理论课程,你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。   书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容,到时候会有尽可能清晰的讲解,如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习,会在书中加以说明。   另外,本书只涉及 Intel x86平台。   统一思想——让我们在这些方面达成共识   道篇   让我们有效而愉快地学习   你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦,那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习,每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行,在调试的过程中克服困难,学到新知,并获得新的成就感。   可现在请你设想一下,假如课程不是这样的安排,而是先试图告诉你所有的语法,中间没有任何实践的机会,试问这样的课程你能接受吗?我猜你唯一的感受将是索然寡味。   原因何在?只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习过程中快乐的源泉,没有了成就感,学习的愉快程度将大打折扣,效果于是也将变得不容乐观。   每个人都希望有效而且愉快的学习过程,可不幸的是,我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望,作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法,可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显,没有成就感,一点也没有。笔者痛恨这样的学习过程,也决不会重蹈这样的覆辙,让读者获得成就感将是本书的灵魂。   其实这本书完全可以称作一本回忆录,记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小   OS的过程,这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序,于是也就保证了每一步的可操作性,毫无疑问,顺着这样的思路走下来,每一章的成果都需要努力但又尽在眼前,步步为营是我   们的战术,成就感是我们的宗旨。   我们将从二十行代码开始,让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大,变成一个翩翩少年,而其中的每一步,你都可以在书中的指导下自己完成,不仅仅是看到,而是自己做到!你将在不断的实践中获得不断的成就感,笔者真心希望在阅读本书的过程中,你的学习过程可以变得愉快而有效。   学习的过程应该是从感性到理性   在你没有登过泰山之前,无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目,即便配有插图,你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问,一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是华丽而优美的,可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢,假如你已经登过泰山,这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗?可能事实恰恰相反,你可能再也不想去看那些文字描述。   是啊,再好的讲述,又哪比得上亲身的体验?人们的认知规律本来如此,有了感性的认识,才能上升为理性的理论。反其道而行之只能是事倍功半。   如果操作系统是一座这样的大山,本书愿做你的导游,引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事,你只是在听讲,并没有身临其境,而随着这本书亲身体验,则好像置身于山门之内,你不但可以看见眼前的每一个细节,更是具有了走完整座大山的信心。   值得说明的是,本书旨在引路,不会带领你走完整座大山,但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法,从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。   暂时的错误并不可怕   当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候,很可能会对某一部分产生理解上的误差,这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的,但是,在不断学习的过程中,我们会逐渐看到更多,了解更多,对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。   对于操作系统这样复杂的东西来说,要想了解所有的细节无疑是非常困难的,所以在实践的过程中,可能在很多地方,会有一些误解发生。这都没有关系,随着了解的深入,这些误解总会得到澄清,到时你会发现,自己对某一方面已经非常熟悉了,这时的成就感,一定会让你感到非常愉悦。   本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序,它更像是一本开发日记,所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来,并会在以后的章节中对它们进行修改和完善,因为笔者认为,一些精妙的东西背后,一定隐藏着很多中间的产物,一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪,背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追寻前辈们的脚步,重寻他们当日的足迹。做到这一点无疑很难,但即便无法做到,只要能引起读者的一点思索,也是本书莫大的幸事。   挡住了去路的,往往不是大树,而是小藤   如果不是亲身去做,你可能永远都不知道,困难是什么。   就好像你买了一台功能超全的微波炉回家,研究完了整本说明书,踌躇满志想要烹饪的时候,却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点,所有的商店都已经关门,你气急败坏,简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉。   研究说明书是没有错的,但是在没开始之前,你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。   其实做其他事情也是一样的,比如写一个操作系统,即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形,仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题,而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提到。所以唯一的办法,便是亲自去做,只有实践了,才知道是怎么回事。   术篇   用到什么再学什么   我们不是在考试,我们只是在为了自己的志趣而努力,所以就让我们忠于自己的喜好吧,不必为了考试而看完所有的章节,无论那是多么的乏味。让我们马上投入实践,遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法:   实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践   因为我们知道我们为什么学习,所以我们才会非常投入;由于我们知道我们的目标是解决什么问题,所以我们才会非常专注;由于我们在实践中学习,所以我们才会非常高效。而最有趣的是,最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么,相反,你会发现你用更少的时间学到更多的东西,并且格外的扎实。   只要用心,就没有学不会的东西   笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情,那时心里暗暗嘀咕,什么时候才能把这些东西读懂啊!可是突然有一天,当这些东西真的已经被基本读完的时候,我想起当初的畏惧,时间其实并没有过去多少。   所有的道理都是相通的,没有什么真正可怕,尤其是,我们所做的并非创造性的工作,所有的问题前人都曾经解决,所以我们更是无所畏惧,更何况我们不仅有书店,而且有互联网,动动手脚就能找到需要的资料,我们只要认真研究就够了。   所以当遇到困难时,请静下心来,慢慢研究,因为只要用心,就没有学不会的东西。   适当地囫囵吞枣   如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点,那么它并不一定就是坏事。大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事,他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略,等到过一段时间之后,这些问题会自然解决。   在本书中,有时候可能先列出一段代码,告诉你它能完成什么,这时你也可以大致读过,因为下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候,你只要了解大概就够了。    本书的原则   1.宁可啰嗦一点,也不肯漏掉细节   在书中的有些地方,你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来,甚至显得有些啰嗦,但笔者宁可让内容写得啰嗦点,因为笔者自己在读书的时候有一个体验,就是有时候一个问题怎么也想不通,经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提,但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。   不过本书到后面的章节,如果涉及的细节是前面章节提到过的,就有意地略过了。举个非常简单的例子,开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile,到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤,可能就不再提及了。   2.努力做到平易近人   笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志,不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现,而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白,请你告诉我,我会在以后做出改进。 3.代码注重可读性但不注重效率   本书的代码力求简单易懂,在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅仅供学习之用,暂时并不考虑实际用途;另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟。   本书附带光盘说明   本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是,其中不止包含完整的操作系统代码,还包含各个步骤的中间产物。换句话说,开发中每一步骤的代码,都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明,书的开篇介绍引导扇区,读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码;第 9章介绍文件系统,在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中,都包含一个完整可编译运行的代码树,以方便读者试验之用。这样在学习的任何一个阶段,读者都可彻底了解阶段性成果,且不必担心受到自己还未学习的内容的影响,从而使学习不留死角。   在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例:如果你使用Linux,并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”,那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”;如果你使用Windows,并且光盘是 X:盘,那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c”。 目 录   上 篇   第1章 马上动手写一个最小的“操作系统” 2   1.1 准备工作 2   1.2 十分钟完成的操作系统 3   1.3 引导扇区 4   1.4 代码解释 4   1.5 水面下的冰山 6   1.6 回顾 7   第2章 搭建你的工作环境 8   2.1 虚拟计算机Bochs 8   2.1.1 Bochs初体验 8   2.1.2 Bochs的安装 9   2.1.3 Bochs的使用 10   2.1.4 用Bochs调试操作系统 12   2.2 QEMU 15   2.3 平台之争:Windows还是*nix 16   2.4 GNU/Linux下的开发环境 20   2.5 Windows下的开发环境 22   2.6 总结 23   第3章 保护模式(Protect Mode) 25   3.1 认识保护模式 25   3.1.1 保护模式的运行环境 29   3.1.2 GDT(Global Descriptor Table) 31   3.1.3 实模式到保护模式,不一般的jmp 33   3.1.4 描述符属性 35   3.2 保护模式进阶 38   3.2.1 海阔凭鱼跃 38   3.2.2 LDT(Local Descriptor Table) 44   3.2.3 特权级概述 48   3.2.4 特权级转移 51   3.2.5 关于“保护”二字的一点思考 65   3.3 页式存储 65   3.3.1 分页机制概述 66   3.3.2 编写代码启动分页机制 67   3.3.3 PDE和PTE 68   3.3.4 cr3 71   3.3.5 回头看代码 72   3.3.6 克勤克俭用内存 73   3.3.7 进一步体会分页机制 81   3.4 中断和异常 87   3.4.1 中断和异常机制 87   3.4.2 外部中断 90   3.4.3 编程操作8259A 91   3.4.4 建立IDT 94   3.4.5 实现一个中断 95   3.4.6 时钟中断试验 96   3.4.7 几点额外说明 98   3.5 保护模式下的I/O 100   3.5.1 IOPL 100   3.5.2 I/O许可位图(I/O Permission Bitmap) 100   3.6 保护模式小结 101   第4章 让操作系统走进保护模式 102   4.1 突破512字节的限制 102   4.1.1 FAT12 103   4.1.2 DOS可以识别的引导盘 108   4.1.3 一个最简单的Loader 108   4.1.4 加载Loader入内存 109   4.1.5 向Loader交出控制权 116   4.1.6 整理boot.asm 116   4.2 保护模式下的“操作系统” 117   第5章 内核雏形 119   5.1 在Linux下用汇编写Hello World 119   5.2 再进一步,汇编和C同步使用 120   5.3 ELF(Executable and Linkable Format) 123   5.4 从Loader到内核 127   5.4.1 用Loader加载ELF 127   5.4.2 跳入保护模式 131   5.4.3 重新放置内核 137   5.4.4 向内核交出控制权 142   5.5 扩充内核 143   5.5.1 切换堆栈和GDT 144   5.5.2 整理我们的文件夹 148   5.5.3 Makefile 149   5.5.4 添加中断处理 155   5.5.5 两点说明 168   5.6 小结 169   第6章 进程 171   6.1 迟到的进程 171   6.2 概述 171   6.2.1 进程介绍 172   6.2.2 未雨绸缪——形成进程的必要考虑 172   6.2.3 参考的代码 173   6.3 最简单的进程 174   6.3.1 简单进程的关键技术预测 175   6.3.2 第一步——ring0→ring1 178   6.3.3 第二步——丰富中断处理程序 189   6.4 多进程 200   6.4.1 添加一个进程体 200   6.4.2 相关的变量和宏 200   6.4.3 进程表初始化代码扩充 202   6.4.4 LDT 203   6.4.5 修改中断处理程序 203   6.4.6 添加一个任务的步骤总结 206   6.4.7 号外:Minix的中断处理 207   6.4.8 代码回顾与整理 212   6.5 系统调用 220   6.5.1 实现一个简单的系统调用 222   6.5.2 get_ticks的应用 227   6.6 进程调度 232   6.6.1 避免对称——进程的节奏感 232   6.6.2 优先级调度总结 240   第7章 输入/输出系统 242   7.1 键盘 242   7.1.1 从中断开始——键盘初体验 242   7.1.2 AT、PS/2键盘 243   7.1.3 键盘敲击的过程 244   7.1.4 用数组表示扫描码 248   7.1.5 键盘输入缓冲区 251   7.1.6 用新加的任务处理键盘操作 253   7.1.7 解析扫描码 254   7.2 显示器 263   7.2.1 初识TTY 264   7.2.2 基本概念 264   7.2.3 寄存器 267   7.3 TTY任务 270   7.3.1 TTY任务框架的搭建 272   7.3.2 多控制台 277   7.3.3 完善键盘处理 281   7.3.4 TTY任务总结 288   7.4 区分任务和用户进程 289   7.5 printf 291   7.5.1 为进程指定TTY 292   7.5.2 printf()的实现 292   7.5.3 系统调用write() 294   7.5.4 使用printf() 296   下 篇   第8章 进程间通信 300   8.1 微内核还是宏内核 300   8.1.1 Linux的系统调用 302   8.1.2 Minix的系统调用 303   8.1.3 我们的选择 305   8.2 IPC 306   8.3 实现IPC 306   8.3.1 assert()和panic() 309   8.3.2 msg_send()和msg_receive() 313   8.3.3 增加消息机制之后的进程调度 321   8.4 使用IPC来替换系统调用get_ticks 322   8.5 总结 324   第9章 文件系统 325   9.1 硬盘简介 325   9.2 硬盘操作的I/O 端口 326   9.3 硬盘驱动程序 327   9.4 文件系统 337   9.5 硬盘分区表 338   9.6 设备号 344   9.7 用代码遍历所有分区 347   9.8 完善硬盘驱动程序 352   9.9 在硬盘上制作一个文件系统 355   9.9.1 文件系统涉及的数据结构 356   9.9.2 编码建立文件系统 358   9.10 创建文件 366   9.10.1 Linux下的文件操作 366   9.10.2 文件描述符(file descriptor) 367   9.10.3 open() 369   9.11 创建文件所涉及的其他函数 377   9.11.1 strip_path() 377   9.11.2 search_file() 378   9.11.3 get_inode()和sync_inode() 379   9.11.4 init_fs() 381   9.11.5 read_super_block()和get_super_block() 382   9.12 关闭文件 383   9.13 查看已创建的文件 384   9.14 打开文件 386   9.15 读写文件 387   9.16 测试文件读写 390   9.17 文件系统调试 393   9.18 删除文件 395   9.19 插曲:奇怪的异常 401   9.20 为文件系统添加系统调用的步骤 403   9.21 将TTY纳入文件系统 404   9.22 改造printf 411   9.23 总结 413   第10章 内存管理 414   10.1 fork 414   10.1.1 认识fork 414   10.1.2 fork前要做的工作(为fork所做的准备) 417   10.1.3 fork()库函数 421   10.1.4 MM 421   10.1.5 运行 427   10.2 exit和wait 427   10.3 exec 432   10.3.1 认识exec 433   10.3.2 为自己的操作系统编写应用程序 434   10.3.3 “安装”应用程序 436   10.3.4 实现exec 442   10.4 简单的shell 447   10.5 总结 449   第11章 尾声 451   11.1 让mkfs()只执行一次 451   11.2 从硬盘引导 455   11.2.1 编写硬盘引导扇区和硬盘版loader 455   11.2.2 “安装”hdboot.bin和hdldr.bin 461   11.2.3 grub 461   11.2.4 小结 463   11.3 将OS安装到真实的计算机 465   11.3.1 准备工作 465   11.3.2 安装Linux 466   11.3.3 编译源代码 466   11.3.4 开始安装 467   11.4 总结 467   参考文献 470 解密《一个操作系统的实现》这本书 5 月 18 日见到了《 Orange'S :一个操作系统的实现》的样书,多少有些激动。想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销,这一本一定不能含糊。整个出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力,还在自己排版的过程有深入体会,通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了,本书的第 2 版《 Orange'S :一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问,这两本书到底有何区别呢?就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问:《 Orange'S :一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面? * 于渊:作为《自己动手写操作系统》(以下简称《自》)的第二版,《 Orange'S :一个操作系统的实现》(以下简称“新版”)主要有以下变化: 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S :一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux ,同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具,并使用技术手段增加书的可读性,比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道,其中默认使用 Windows 作为开发平台,同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ,在新版中这一点发生了变化(如上述第 4 条所述),具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情,但书中的默认平台却不免影响到叙述细节,所以,如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发(可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等),则可能对读到的内容进行一点点额外加工。当然,所需的额外加工是少量的,而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境。此外,如果读者不介意花钱,还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版,相互参照阅读。 * 提问:《 Orange'S :一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗?增加了多少内容量呢? 于渊:新版的内容是有增加的,新增文字约占整本书的三分之一,《 Orange'S :一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍。这些新增的内容,读者只能从新版中获得。目前并未有将新增内容单独成书的打算,所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容,也需要购买整本《 Orange'S :一个操作系统的实现》。已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费,但事实并不如此,因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑(比如代码格式进行了重排,更方便与光盘中的文件对照阅读,以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等)笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同,读者一看便知。 * 提问:在《自己动手写操作系统》大卖的时候,您是否想过会有第二版出版呢? * 于渊:坦白讲,我在写作《自》的时候,并没有想过今天会有一个第二版。原因在于,我希望这本书是用来填补空白的,而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白,具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后,能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码,有能力从零开始自己动手写操作系统,而这个任务第一版已经完成了。 * 提问:那么为什么又写作了第二版呢? * 于渊:原因有几个方面。第一,虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解,但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病,作者本人可能很清楚原委,但写得太简略,以至于读者看来未必清晰。第二,我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命,但毕竟到书的结尾,读者看到的不是一个真正的操作系统,它没有文件系统,没有内存管理,什么也干不了。在第二版中,你将会看到,你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS 编写应用程序了,也就是说,它已经具备操作系统的基本功能,虽然仍然极其简陋,但第一个圈,毕竟是已经圆起来了。第三,实践类的操作系统书籍还是太少了,以至于你要想看看别人是怎么做的,除了读以《操作系统:设计与实现》为代表的极少数书籍之外,就是一头扎进源代码中,而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过,所以我在第二版中,仍然试图把话说细一点,把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计,以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计,还有尽量详细的文字。 * 提问:这本书为何不考虑用 WORD 排版? * 于渊:新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的。在排版中我花了一些工夫,因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书,其次才是编写操作系统的方法。另外,书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件,从而严格保证书和光盘的一致性,读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置。 * 提问:第二版还有哪些区别呢? Orange'S 这个名字很特别,有什么寓意吗? * 于渊:新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了,原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西,但其各个部分的设计(比如文件系统和内存管理)往往有其独特之处,所以我将原先的 Tinix (本意为 TryMinix )改成了新名字 Orange'S (这个名字来自于我的妻子),以表示它们的不同。另外,书中的代码风格,有些地方也做了调整。 新版中,原先的叙述风格都尽量地得以贯彻,而在表现形式上,新版用了更多心思,我相信读者能在其中发现这些特点:关注动手细节,探寻代码背后的故事,结果与过程兼顾,内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区,我相信读者能更容易地阅读,更轻松地学习。
内容简介   本书从只有二十行的引导扇区代码出发,一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身,同时关注完成这些代码的思路和过程。本书不同于其他的理论型书籍,而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能,从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题,这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理,而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇,共11章。其中每一章都以前一章的工作成果为基础,实现一项新的功能。而在章的内部,一项大的功能被分解成许多小的步骤,通过完成每个小的步骤,读者可以不断获得阶段性的成果,从而让整个开发过程变得轻松并且有趣。   本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读,也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序   做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践   2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》,第一反应是不可能,恐怕是翻译稿,写这种书籍是要考作者硬功夫的,不但需要深入掌握操作系统的原理,还需要实际动手写出原型。   历史上的 Linux就是这么产生的,Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生,经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件,为了方便读写和下载文件,他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统,这成为了 Linux第一个内核的雏形。   我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有,但把这个题目写成一本书,感觉上不会有人愿意做这件事情,作者要花很多时间,加上主题比较硬,销售量不会太高,经济上回报有限。   但拿来文稿一看,整个编辑部大为惊艳,内容文笔俱佳,而且绝对原创,马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评。   不过有很多读者还是质疑:现在软件编程主要领域是框架和应用,还需要了解操作系统底层吗?   经过四年的磨练成长,于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S:一个操作系统的实现》,这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了,但看这本书的时候,让我又重新感受到做程序员的乐趣:用代码建设属于自己的系统,让电脑听从自己的指令,对系统的每个部分都了如指掌。   黑客(hacker)实际是褒义词,维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人,特别是他们所感兴趣的领域,例如软件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的,如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。   回答前面读者的质疑,学软件编程并不需要看这本书,想成为优秀程序员和黑客的朋友,我强烈建议你花时间来阅读这本书,并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇,或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续”。   好奇心是动力的源泉,追究问题的本质是优秀黑客的必备素质,只有充分掌握了系统原理,才能在技术上游刃有余,才能有真正的创新和发展。中国需要更多真正的黑客,也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。   蒋涛   2009年 4月 作者自序   本书是《自己动手写操作系统》的第二版,通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多,但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见,本书便是从一个简单的引导扇区开始,讲述一个操作系统成长的故事,以作读者参考之用。   本书面向实践,通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序,跟随这些步骤,读者可以由一个最简单的引导扇区开始,逐渐完善代码,扩充功能,最后形成一个小的操作系统。   本书不仅介绍操作系统的各要素,同时涉及开发操作系统需要的各个方面,比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台,所以保护模式也作为必备知识储备收入书中,而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之,只要是开发自己的操作系统中需要的知识,书中都尽量涉及,以便于读者参考。   众所周知,一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位,那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解,因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作,它们夹杂在一片代码汪洋之中,显得更加晦涩。   我们有许多源代码公开的操作系统,可供随时下载和阅读,看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多,但事实往往不尽人意,因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行,而且细节之间经常互相关联,要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程,但读来好像总觉得跟我们有隔膜,不亲近。造成这些的根本原因,在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统,或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作,读者多么聪明,或者代码多么优秀,要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。   我并非在此危言耸听,因为这曾经是我的亲身体会。当然,如果只是为了考试,几本操作系统理论书籍就足够了,你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢?如果你是想编写自己的操作系统呢?你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地,你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃。   我经历过这一切!我曾经翻遍了一本《操作系统:设计与实现》,也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。并不是这些书不好,也不是前人的代码不优秀,而是作为一无所知的初学者,我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识,还有让我们举步维艰的实践细节。   可能在这些教科书作者的眼里,操作的细节不属于课程的一部分,或者这些细节看上去太容易,根本不值一提,甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分,约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是,这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间,甚至影响了学习的热情。   我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感,那是一种不知道如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来,克服了各种困难,并完成了自己的操作系统雏形。   进而我想到,一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣,也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来,从而可以帮助跟我相似的后来者,就这样,我编写了本书的第一版,也就是《自己动手写操作系统》。我相信,如果你也对神奇的计算机世界充满好奇,并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事,那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情,从而开始一段操作系统旅程,我将会感到非常高兴。   不过我得坦白,在写作《自己动手写操作系统》的时候,我并不敢期待它能引起多少反响,一方面因为操作系统并不是时尚的话题,另一方面我也是走在学习的路上,或许只是比读者早走了一小步而已。然而出乎我的意料,它面世后重印多次,甚至一度登上销量排行榜的榜首,这让我觉得它的确有一定的参考价值,我要借此机会感谢所有支持我的读者。   在我写作《自己动手写操作系统》的时候,并没有想过今天会有一个第二版。原因在于,我希望这本书是用来填补空白的,而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白,具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后,能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码,有能力从零开始自己动手写操作系统,而这个任务第一版已经完成了。   那么为什么我又写作了第二版呢?原因有几个方面。第一,虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解,但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病,作者本人可能很清楚原委,但写得太简略,以至于读者看来未必清晰。第二,我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命,但毕竟到书的结尾,读者看到的不是一个真正的操作系统,它没有文件系统,没有内存管理,什么也干不了。在第二版中,你将会看到,你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了,也就是说,它已经具备操作系统的基本功能,虽然仍然极其简陋,但第一个圈,毕竟是已经圆起来了。第三,实践类的操作系统书籍还是太少了,以至于你要想看看别人是怎么做的,除了读以《操作系统:设计与实现》为代表的极少数书籍之外,就是一头扎进源代码中,而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过,所以我在第二版中,仍然试图把话说细一点,把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计,以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计,还有尽量详细的文字。   在这一版中,内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订,只是做了一个调整,那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上,默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因,在本书第 2章有比较详细的说明。当然,开发环境毕竟是第二位的,书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容,主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同,下篇仍然不仅关注结果,更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来。与此同时,由于本书旨在分享和引路,所以尽可能地简化了设计,以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到,一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点,对于我们初学者而言,正是需要从简陋入手。换言之,如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验,那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者。   本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫,因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书,其次才是编写操作系统的方法。另外,书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件,从而严格保证书和光盘的一致性,读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中   代码的准确位置。   此外,在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了,原因在于虽然我们的试验性   OS从前辈们那里借鉴了很多东西,但其各个部分的设计(比如文件系统和内存管理)往往有其独特之处,所以我将原先的 Tinix(本意为 TryMinix)改成了新名字Orange ’S(这个名字来自于我的妻子 ,),以表示它们的不同。另外,书中的代码风格,有些地方也做了调整。   我想,虽然第二版有着这样那样的变化,但有一点没有变,那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者,同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来。很可能读者比我更聪明,有更好的解决问题的方法,但无论如何,我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如   此,我将会非常欣慰。   在第二版的编写过程中,我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱,并希望爷爷不要为我担心,写书是件辛苦的事,但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字,这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友,感谢郭老师的理解和支持,感谢李玲的辛勤工作,感谢江立和李冰,你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师,你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥,不仅仅因为你在技术上给我的帮助,更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌,你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外,在第一版中帮助我的人,我要再次谢谢你们,因为没有第一版,也就没有第二版。   在所有人中我最应该感谢和最想感谢的,是我的妻子黄丹红,感谢你给我的所有建议,还有你帮我画的图。尤其是,当这本书在我预想的时间内没有完成的时候,当我遇到困难迟迟不能解决的时候,你总在一旁给我鼓励,在你那里,我从来都能感觉到一种温暖,我深知,如果没有你的支持,我无法坚持下来将书写完。谢谢你,这本书同样属于你。   跟第一版相比,这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面,而由于笔者的水平实在有限,难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议,请登录http://www.osfromscratch.org,让我们共同探讨,共同进步。   本书导读   这本书适合谁   本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技术感兴趣,想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者,以及Minix、Linux源代码爱好者,都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。   本书以“动手写”为指导思想,只要是跟“动手写”操作系统有关的知识,都作为介绍对象加以讨论,所以,从开发环境的搭建,到保护模式,再到IBMPC中有关芯片的知识,最后到操作系统本身的设计实现,都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话,本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程,使你的学习过程事半功倍。在读完本书后,你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识,并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式,以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。   笔者相信,当你读完本书之后,如果再读那些纯理论性的操作系统书籍,所获得的体验将会完全不同,因为那些对你而言不再是海市蜃楼。   对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者,本书可以提供阅读前所必要的知识储备,而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及,而且在很多 Linux书籍中是没有提到的。   特别要提到的是,对于想通过阅读 Andrew S. Tanenbaum和 Albert S. Woodhull的《操作系统:设计与实现》来学习操作系统的读者,本书尤其适合作为你的引路书籍,因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累,而这些知识在《操作系统:设计与实现》一书中是没有涉及的,笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一,所以在本书中对它多有借鉴。   你需要什么技术基础   在本书中所用到的计算机语言只有两种:汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验,就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解(比如知道中断、进程等概念)之外,本书不假定读者具备其他任何经验。   如果你学习过操作系统的理论课程,你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。   书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容,到时候会有尽可能清晰的讲解,如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习,会在书中加以说明。   另外,本书只涉及 Intel x86平台。   统一思想——让我们在这些方面达成共识   道篇   让我们有效而愉快地学习   你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦,那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习,每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行,在调试的过程中克服困难,学到新知,并获得新的成就感。   可现在请你设想一下,假如课程不是这样的安排,而是先试图告诉你所有的语法,中间没有任何实践的机会,试问这样的课程你能接受吗?我猜你唯一的感受将是索然寡味。   原因何在?只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习过程中快乐的源泉,没有了成就感,学习的愉快程度将大打折扣,效果于是也将变得不容乐观。   每个人都希望有效而且愉快的学习过程,可不幸的是,我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望,作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法,可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显,没有成就感,一点也没有。笔者痛恨这样的学习过程,也决不会重蹈这样的覆辙,让读者获得成就感将是本书的灵魂。   其实这本书完全可以称作一本回忆录,记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小   OS的过程,这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序,于是也就保证了每一步的可操作性,毫无疑问,顺着这样的思路走下来,每一章的成果都需要努力但又尽在眼前,步步为营是我   们的战术,成就感是我们的宗旨。   我们将从二十行代码开始,让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大,变成一个翩翩少年,而其中的每一步,你都可以在书中的指导下自己完成,不仅仅是看到,而是自己做到!你将在不断的实践中获得不断的成就感,笔者真心希望在阅读本书的过程中,你的学习过程可以变得愉快而有效。   学习的过程应该是从感性到理性   在你没有登过泰山之前,无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目,即便配有插图,你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问,一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是华丽而优美的,可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢,假如你已经登过泰山,这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗?可能事实恰恰相反,你可能再也不想去看那些文字描述。   是啊,再好的讲述,又哪比得上亲身的体验?人们的认知规律本来如此,有了感性的认识,才能上升为理性的理论。反其道而行之只能是事倍功半。   如果操作系统是一座这样的大山,本书愿做你的导游,引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事,你只是在听讲,并没有身临其境,而随着这本书亲身体验,则好像置身于山门之内,你不但可以看见眼前的每一个细节,更是具有了走完整座大山的信心。   值得说明的是,本书旨在引路,不会带领你走完整座大山,但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法,从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。   暂时的错误并不可怕   当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候,很可能会对某一部分产生理解上的误差,这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的,但是,在不断学习的过程中,我们会逐渐看到更多,了解更多,对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。   对于操作系统这样复杂的东西来说,要想了解所有的细节无疑是非常困难的,所以在实践的过程中,可能在很多地方,会有一些误解发生。这都没有关系,随着了解的深入,这些误解总会得到澄清,到时你会发现,自己对某一方面已经非常熟悉了,这时的成就感,一定会让你感到非常愉悦。   本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序,它更像是一本开发日记,所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来,并会在以后的章节中对它们进行修改和完善,因为笔者认为,一些精妙的东西背后,一定隐藏着很多中间的产物,一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪,背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追寻前辈们的脚步,重寻他们当日的足迹。做到这一点无疑很难,但即便无法做到,只要能引起读者的一点思索,也是本书莫大的幸事。   挡住了去路的,往往不是大树,而是小藤   如果不是亲身去做,你可能永远都不知道,困难是什么。   就好像你买了一台功能超全的微波炉回家,研究完了整本说明书,踌躇满志想要烹饪的时候,却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点,所有的商店都已经关门,你气急败坏,简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉。   研究说明书是没有错的,但是在没开始之前,你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。   其实做其他事情也是一样的,比如写一个操作系统,即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形,仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题,而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提到。所以唯一的办法,便是亲自去做,只有实践了,才知道是怎么回事。   术篇   用到什么再学什么   我们不是在考试,我们只是在为了自己的志趣而努力,所以就让我们忠于自己的喜好吧,不必为了考试而看完所有的章节,无论那是多么的乏味。让我们马上投入实践,遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法:   实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践   因为我们知道我们为什么学习,所以我们才会非常投入;由于我们知道我们的目标是解决什么问题,所以我们才会非常专注;由于我们在实践中学习,所以我们才会非常高效。而最有趣的是,最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么,相反,你会发现你用更少的时间学到更多的东西,并且格外的扎实。   只要用心,就没有学不会的东西   笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情,那时心里暗暗嘀咕,什么时候才能把这些东西读懂啊!可是突然有一天,当这些东西真的已经被基本读完的时候,我想起当初的畏惧,时间其实并没有过去多少。   所有的道理都是相通的,没有什么真正可怕,尤其是,我们所做的并非创造性的工作,所有的问题前人都曾经解决,所以我们更是无所畏惧,更何况我们不仅有书店,而且有互联网,动动手脚就能找到需要的资料,我们只要认真研究就够了。   所以当遇到困难时,请静下心来,慢慢研究,因为只要用心,就没有学不会的东西。   适当地囫囵吞枣   如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点,那么它并不一定就是坏事。大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事,他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略,等到过一段时间之后,这些问题会自然解决。   在本书中,有时候可能先列出一段代码,告诉你它能完成什么,这时你也可以大致读过,因为下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候,你只要了解大概就够了。    本书的原则   1.宁可啰嗦一点,也不肯漏掉细节   在书中的有些地方,你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来,甚至显得有些啰嗦,但笔者宁可让内容写得啰嗦点,因为笔者自己在读书的时候有一个体验,就是有时候一个问题怎么也想不通,经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提,但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。   不过本书到后面的章节,如果涉及的细节是前面章节提到过的,就有意地略过了。举个非常简单的例子,开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile,到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤,可能就不再提及了。   2.努力做到平易近人   笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志,不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现,而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白,请你告诉我,我会在以后做出改进。 3.代码注重可读性但不注重效率   本书的代码力求简单易懂,在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅仅供学习之用,暂时并不考虑实际用途;另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟。   本书附带光盘说明   本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是,其中不止包含完整的操作系统代码,还包含各个步骤的中间产物。换句话说,开发中每一步骤的代码,都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明,书的开篇介绍引导扇区,读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码;第 9章介绍文件系统,在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中,都包含一个完整可编译运行的代码树,以方便读者试验之用。这样在学习的任何一个阶段,读者都可彻底了解阶段性成果,且不必担心受到自己还未学习的内容的影响,从而使学习不留死角。   在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例:如果你使用Linux,并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”,那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”;如果你使用Windows,并且光盘是 X:盘,那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c”。 目 录   上 篇   第1章 马上动手写一个最小的“操作系统” 2   1.1 准备工作 2   1.2 十分钟完成的操作系统 3   1.3 引导扇区 4   1.4 代码解释 4   1.5 水面下的冰山 6   1.6 回顾 7   第2章 搭建你的工作环境 8   2.1 虚拟计算机Bochs 8   2.1.1 Bochs初体验 8   2.1.2 Bochs的安装 9   2.1.3 Bochs的使用 10   2.1.4 用Bochs调试操作系统 12   2.2 QEMU 15   2.3 平台之争:Windows还是*nix 16   2.4 GNU/Linux下的开发环境 20   2.5 Windows下的开发环境 22   2.6 总结 23   第3章 保护模式(Protect Mode) 25   3.1 认识保护模式 25   3.1.1 保护模式的运行环境 29   3.1.2 GDT(Global Descriptor Table) 31   3.1.3 实模式到保护模式,不一般的jmp 33   3.1.4 描述符属性 35   3.2 保护模式进阶 38   3.2.1 海阔凭鱼跃 38   3.2.2 LDT(Local Descriptor Table) 44   3.2.3 特权级概述 48   3.2.4 特权级转移 51   3.2.5 关于“保护”二字的一点思考 65   3.3 页式存储 65   3.3.1 分页机制概述 66   3.3.2 编写代码启动分页机制 67   3.3.3 PDE和PTE 68   3.3.4 cr3 71   3.3.5 回头看代码 72   3.3.6 克勤克俭用内存 73   3.3.7 进一步体会分页机制 81   3.4 中断和异常 87   3.4.1 中断和异常机制 87   3.4.2 外部中断 90   3.4.3 编程操作8259A 91   3.4.4 建立IDT 94   3.4.5 实现一个中断 95   3.4.6 时钟中断试验 96   3.4.7 几点额外说明 98   3.5 保护模式下的I/O 100   3.5.1 IOPL 100   3.5.2 I/O许可位图(I/O Permission Bitmap) 100   3.6 保护模式小结 101   第4章 让操作系统走进保护模式 102   4.1 突破512字节的限制 102   4.1.1 FAT12 103   4.1.2 DOS可以识别的引导盘 108   4.1.3 一个最简单的Loader 108   4.1.4 加载Loader入内存 109   4.1.5 向Loader交出控制权 116   4.1.6 整理boot.asm 116   4.2 保护模式下的“操作系统” 117   第5章 内核雏形 119   5.1 在Linux下用汇编写Hello World 119   5.2 再进一步,汇编和C同步使用 120   5.3 ELF(Executable and Linkable Format) 123   5.4 从Loader到内核 127   5.4.1 用Loader加载ELF 127   5.4.2 跳入保护模式 131   5.4.3 重新放置内核 137   5.4.4 向内核交出控制权 142   5.5 扩充内核 143   5.5.1 切换堆栈和GDT 144   5.5.2 整理我们的文件夹 148   5.5.3 Makefile 149   5.5.4 添加中断处理 155   5.5.5 两点说明 168   5.6 小结 169   第6章 进程 171   6.1 迟到的进程 171   6.2 概述 171   6.2.1 进程介绍 172   6.2.2 未雨绸缪——形成进程的必要考虑 172   6.2.3 参考的代码 173   6.3 最简单的进程 174   6.3.1 简单进程的关键技术预测 175   6.3.2 第一步——ring0→ring1 178   6.3.3 第二步——丰富中断处理程序 189   6.4 多进程 200   6.4.1 添加一个进程体 200   6.4.2 相关的变量和宏 200   6.4.3 进程表初始化代码扩充 202   6.4.4 LDT 203   6.4.5 修改中断处理程序 203   6.4.6 添加一个任务的步骤总结 206   6.4.7 号外:Minix的中断处理 207   6.4.8 代码回顾与整理 212   6.5 系统调用 220   6.5.1 实现一个简单的系统调用 222   6.5.2 get_ticks的应用 227   6.6 进程调度 232   6.6.1 避免对称——进程的节奏感 232   6.6.2 优先级调度总结 240   第7章 输入/输出系统 242   7.1 键盘 242   7.1.1 从中断开始——键盘初体验 242   7.1.2 AT、PS/2键盘 243   7.1.3 键盘敲击的过程 244   7.1.4 用数组表示扫描码 248   7.1.5 键盘输入缓冲区 251   7.1.6 用新加的任务处理键盘操作 253   7.1.7 解析扫描码 254   7.2 显示器 263   7.2.1 初识TTY 264   7.2.2 基本概念 264   7.2.3 寄存器 267   7.3 TTY任务 270   7.3.1 TTY任务框架的搭建 272   7.3.2 多控制台 277   7.3.3 完善键盘处理 281   7.3.4 TTY任务总结 288   7.4 区分任务和用户进程 289   7.5 printf 291   7.5.1 为进程指定TTY 292   7.5.2 printf()的实现 292   7.5.3 系统调用write() 294   7.5.4 使用printf() 296   下 篇   第8章 进程间通信 300   8.1 微内核还是宏内核 300   8.1.1 Linux的系统调用 302   8.1.2 Minix的系统调用 303   8.1.3 我们的选择 305   8.2 IPC 306   8.3 实现IPC 306   8.3.1 assert()和panic() 309   8.3.2 msg_send()和msg_receive() 313   8.3.3 增加消息机制之后的进程调度 321   8.4 使用IPC来替换系统调用get_ticks 322   8.5 总结 324   第9章 文件系统 325   9.1 硬盘简介 325   9.2 硬盘操作的I/O 端口 326   9.3 硬盘驱动程序 327   9.4 文件系统 337   9.5 硬盘分区表 338   9.6 设备号 344   9.7 用代码遍历所有分区 347   9.8 完善硬盘驱动程序 352   9.9 在硬盘上制作一个文件系统 355   9.9.1 文件系统涉及的数据结构 356   9.9.2 编码建立文件系统 358   9.10 创建文件 366   9.10.1 Linux下的文件操作 366   9.10.2 文件描述符(file descriptor) 367   9.10.3 open() 369   9.11 创建文件所涉及的其他函数 377   9.11.1 strip_path() 377   9.11.2 search_file() 378   9.11.3 get_inode()和sync_inode() 379   9.11.4 init_fs() 381   9.11.5 read_super_block()和get_super_block() 382   9.12 关闭文件 383   9.13 查看已创建的文件 384   9.14 打开文件 386   9.15 读写文件 387   9.16 测试文件读写 390   9.17 文件系统调试 393   9.18 删除文件 395   9.19 插曲:奇怪的异常 401   9.20 为文件系统添加系统调用的步骤 403   9.21 将TTY纳入文件系统 404   9.22 改造printf 411   9.23 总结 413   第10章 内存管理 414   10.1 fork 414   10.1.1 认识fork 414   10.1.2 fork前要做的工作(为fork所做的准备) 417   10.1.3 fork()库函数 421   10.1.4 MM 421   10.1.5 运行 427   10.2 exit和wait 427   10.3 exec 432   10.3.1 认识exec 433   10.3.2 为自己的操作系统编写应用程序 434   10.3.3 “安装”应用程序 436   10.3.4 实现exec 442   10.4 简单的shell 447   10.5 总结 449   第11章 尾声 451   11.1 让mkfs()只执行一次 451   11.2 从硬盘引导 455   11.2.1 编写硬盘引导扇区和硬盘版loader 455   11.2.2 “安装”hdboot.bin和hdldr.bin 461   11.2.3 grub 461   11.2.4 小结 463   11.3 将OS安装到真实的计算机 465   11.3.1 准备工作 465   11.3.2 安装Linux 466   11.3.3 编译源代码 466   11.3.4 开始安装 467   11.4 总结 467   参考文献 470 解密《一个操作系统的实现》这本书 5 月 18 日见到了《 Orange'S :一个操作系统的实现》的样书,多少有些激动。想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销,这一本一定不能含糊。整个出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力,还在自己排版的过程有深入体会,通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了,本书的第 2 版《 Orange'S :一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问,这两本书到底有何区别呢?就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问:《 Orange'S :一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面? * 于渊:作为《自己动手写操作系统》(以下简称《自》)的第二版,《 Orange'S :一个操作系统的实现》(以下简称“新版”)主要有以下变化: 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S :一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux ,同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具,并使用技术手段增加书的可读性,比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道,其中默认使用 Windows 作为开发平台,同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ,在新版中这一点发生了变化(如上述第 4 条所述),具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情,但书中的默认平台却不免影响到叙述细节,所以,如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发(可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等),则可能对读到的内容进行一点点额外加工。当然,所需的额外加工是少量的,而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境。此外,如果读者不介意花钱,还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版,相互参照阅读。 * 提问:《 Orange'S :一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗?增加了多少内容量呢? 于渊:新版的内容是有增加的,新增文字约占整本书的三分之一,《 Orange'S :一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍。这些新增的内容,读者只能从新版中获得。目前并未有将新增内容单独成书的打算,所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容,也需要购买整本《 Orange'S :一个操作系统的实现》。已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费,但事实并不如此,因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑(比如代码格式进行了重排,更方便与光盘中的文件对照阅读,以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等)笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同,读者一看便知。 * 提问:在《自己动手写操作系统》大卖的时候,您是否想过会有第二版出版呢? * 于渊:坦白讲,我在写作《自》的时候,并没有想过今天会有一个第二版。原因在于,我希望这本书是用来填补空白的,而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白,具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后,能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码,有能力从零开始自己动手写操作系统,而这个任务第一版已经完成了。 * 提问:那么为什么又写作了第二版呢? * 于渊:原因有几个方面。第一,虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解,但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病,作者本人可能很清楚原委,但写得太简略,以至于读者看来未必清晰。第二,我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命,但毕竟到书的结尾,读者看到的不是一个真正的操作系统,它没有文件系统,没有内存管理,什么也干不了。在第二版中,你将会看到,你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS 编写应用程序了,也就是说,它已经具备操作系统的基本功能,虽然仍然极其简陋,但第一个圈,毕竟是已经圆起来了。第三,实践类的操作系统书籍还是太少了,以至于你要想看看别人是怎么做的,除了读以《操作系统:设计与实现》为代表的极少数书籍之外,就是一头扎进源代码中,而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过,所以我在第二版中,仍然试图把话说细一点,把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计,以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计,还有尽量详细的文字。 * 提问:这本书为何不考虑用 WORD 排版? * 于渊:新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的。在排版中我花了一些工夫,因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书,其次才是编写操作系统的方法。另外,书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件,从而严格保证书和光盘的一致性,读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置。 * 提问:第二版还有哪些区别呢? Orange'S 这个名字很特别,有什么寓意吗? * 于渊:新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了,原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西,但其各个部分的设计(比如文件系统和内存管理)往往有其独特之处,所以我将原先的 Tinix (本意为 TryMinix )改成了新名字 Orange'S (这个名字来自于我的妻子),以表示它们的不同。另外,书中的代码风格,有些地方也做了调整。 新版中,原先的叙述风格都尽量地得以贯彻,而在表现形式上,新版用了更多心思,我相信读者能在其中发现这些特点:关注动手细节,探寻代码背后的故事,结果与过程兼顾,内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区,我相信读者能更容易地阅读,更轻松地学习。
1. C语言和汇编语言在开发单片机时各有哪些优缺点? 答:汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言,是最接近机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的CPU,其汇编语言可能有所差异,所以不易移植。 C语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好,移植容易,是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占用资源较多,执行效率没有汇编高。 对于目前普遍使用的RISC架构的8bit MCU来说,其内部ROM、RAM、STACK等资源都有限,如果使用C语言编写,一条C语言指令编译后,会变成很多条机器码,很容易出现ROM空间不够、堆栈溢出等问题。而且一些单片机厂家也不一定能提供C编译器。而汇编语言,一条指令就对应一个机器码,每一步执行什幺动作都很清楚,并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制,调试起来也比较方便。所以在单片机开发中,我们还是建议采用汇编语言比较好。 如果对单片机C语言有兴趣,HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK的单片机就有提供C编译器,可以到HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK的网站(www.holtek.com.cn )免费下载使用。 2. C或汇编语言可以用于单片机,C++能吗? 答:在单片机开发中,主要是汇编和C,没有用C++的。 3. 搞单片机开发,一定要会C吗? 答:汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言,是最接近机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的CPU,其汇编语言可能有所差异,所以不易移植。 对于目前普遍使用的RISC架构的8bit MCU来说,其内部ROM、RAM、STACK等资源都有限,如果使用C语言编写,一条C语言指令编译后,会变成很多条机器码,很容易出现ROM空间不够、堆栈溢出等问题。而且一些单片机厂家也不一定能提供C编译器。而汇编语言,一条指令就对应一个机器码,每一步执行什么动作都很清楚,并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制,调试起来也比较方便。所以在资源较少单片机开发中,我们还是建议采用汇编语言比较好。 而C语言是一种编译型程序设计语言,它兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性,而且可以直接实现对系统硬件的控制。C语言是一种结构化程序设计语言,它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外,C语言程序具有完善的模块程序结构,从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此,使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用C语言来编写目标系统软件,会大大缩短开发周期,且明显地增加软件的可读性,便于改进和扩充,从而研制出规模更大、性能更完备的系统。 综上所述,用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。所以作为一个技术全面并涉足较大规模的软件系统开发的单片机开发人员最好能够掌握基本的C语言编程。 4. 当开发一个较复杂而又开发时间短的项目时,用C还是用汇编开发好? 答:对于复杂而开发时间紧的项目时,可以采用C语言,但前提是要求对该MCU系统的C语言和C编译器非常熟悉,特别要注意该C编译系统所能支持的数据类型和算法。虽然C语言是最普遍的一种高级语言,但不同的MCU厂家其C语言编译系统是有所差别的,特别是在一些特殊功能模块的操作上。如果对这些特性不了解,那调试起来就有的烦了,到头来可能还不如用汇编来的快。 5. 在教学中要用到8088和196芯片单片机教材,请问那里可以找到关于这方面的书或资料? 答:有关这方面的教材,大学里常用的一本是《IBM-PC汇编语言程序设计》清华大学出版社出版的,在网上以及书店都是可以找到的,另外网上还可以搜索到很多其他的教材如:《微机原理及汇编语言教程》(杨延双 张晓冬 等编著 )和《16/32 位微机原理、汇编语言及接口技术》(作者: 钟晓捷 陈涛 ,机械工业出版社 出版)等,可以在较大型的科技书店里查找或者直接从网上订购。 6. 初学者到底是应该先学C还是汇编? 答:对于单片机的初学者来说,应该从汇编学起。因为汇编语言是最接近机器码的一种语言,可以加深初学者对单片机各个功能模块的了解,从而打好扎实的基础。 7. 我是一名武汉大学电子科技大3的学生,学了电子线路、数字逻辑、汇编和接口、C语言,但是总是感觉很迷茫,觉好象什么都不会。怎么办? 答:大学过程是一个理论过程,实践的机会比较少,往往会造成理论与实践相脱节,这是国内大学教育系统的通病,不过对于学生来说切不可好高骛远。一般从大三会开始接触到一些专业课程,电子相关专业会开设相关的单片机应用课程并且会有简单的实验项目,那么要充分把握实验课的机会,多多地实际上机操作练习。平时可以多看看相关的电子技术杂志网站,看看别人的开发经验,硬件设计方案以及他人的软件设计经验。有可能的话,还可以参加一些电子设计大赛,借此机会2--3个人合作做一个完整系统,会更有帮助。到了大四毕业设计阶段,也可以选择相关的课题作些实际案例增长经验。做什么事情都有个经验的积累过程,循序渐进。 8. 请问作为学生,如何学好单片机? 答:学习好单片机,最主要的是实践,在实践中增长经验。在校学生的话,实践机会的确会比较少,但是有机会的话,可以毕业实习选择相关的课题,这样就可以接触到实际的项目。而且如果单片机微机原理是一门主课的话,相信学校会安排比较多的实践上机机会。有能力的话,可以找一些相关兼职工作做做,会更有帮助。而且单片机开发应用需要软硬件结合,所以不能只满足于编程技巧如何完美,平时也要注意硬件知识的积累,多上上电子论坛网站,买一些相关杂志。可能的话,可以到ic37去买一些小零件,自己搭一个小系统让它工作起来。 HOTLEK的单片机是RISC结构的8位单片机,它可以广泛应用在家用电器、安全系统、掌上游戏等方面。大概来说可以分成I/O型单片机、LCD型单片机、A/D型单片机、A/D with LCD型单片机等等。这些单片机的中文资料我们都公开在HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK网站www.holtek.com.cn 。 HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK各类单片机的使用手册下载地址: http://www.holtek.com.cn/referanc/htk_book.htm HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK单片机软件/硬件应用范例下载地址: http://www.holtek.com.cn/tech/appnote/appnote.htm HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK单片机支持工具下载地址: http://www.holtek.com.cn/tech/tool/tool.htm 9. 如何才能才为单片机的高手啊? 答:要成为单片机高手,应该多实践,时常关注单片机的发展趋势;经常上一些相关网站,从那里可以找到许多有用的资料。 10. 女性是否适合单片机软件编程这个行业? 答:要根据自己的兴趣,配合自己对软件编程的耐性,男女皆适合这个行业。 11. Holtek的数据手册在哪里下载? 答:如果对Holtek的IC感兴趣的话,相应的数据手册可以到网站上http://www.holtek.com.cn/products/index.htm去选IC资料下载。 12. 8位机还能延续多久! 答:以现在MCU产品主力还是在8位领域,主要应用于汽车应用、消费性电子、电脑及PC周边、电信与通讯、办公室自动化、工业控制等六大市场,其中车用市场多在欧、美地区,而亚太地区则以消费性电子为主, 并以量大低单价为产品主流,目前16位MCU与8位产品,还有相当幅度的价差,新的应用领域也仍在开发,业界预计,至少在2005年前8位的MCU仍是MCU产品的主流。 13. 学习ARM及嵌入式系统是否比学习其它一般单片机更有使用前景?对于一个初学者应当具备哪些相关知识? 答:一般在8位单片机与ARM方面的嵌入式系统是有层次上的差别,ARM适用于系统复杂度较大的高级产品,如PDA、手机等应用。而8位单片机因架构简单,硬件资源相对较少,适用于一般的工业控制、消费性家电等等。对于一个单片机方面的软件编程初学者,应以HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK系列或8051等8位单片机来做入门练习。而初学者应当具备软件编程相关知识,单片机一般软件编程是以汇编语言为主,各家有各家的语法,但大都以RISC的MCU架构为主,其中 RISC (Reduced Instruction Set Computer) 代表MCU的所有指令。都是利用一些简单的指令组成的,简单的指令代表 MCU 的线路可以尽量做到最佳化,而提高执行速率。另外初学者要具备单片机I/O接口的应用知识,这在于周边应用电路及各种元器件的使用,须配合自己所学的电子学及电路学等。 14. 符合44PIN的80系列8位单片机的MCU有哪些? 答:符合44PIN的80系列8位单片机有Z8674312FSC、Z86E2112FSC、Z86E2116FSC。 15. 请介绍一下MCU的测试方法。 答: MCU从生产出来到封装出货的每个不同的阶段会有不同的测试方法,其中主要会有两种:中测和成测。 所谓中测即是WAFER的测试,它会包含产品的功能验证及AC、DC的测试。项目相当繁多,以HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK产品为例最主要的几项如下:  接续性测试:检测每一根I/OPIN内接的保护用二极管是否功能无误。  功能测试:以产品设计者所提供测试资料(TEST PATTERN)灌入IC,检查其结果是否与当时SIMULATION时状态一样。  STANDBY电流测试:测量IC处于HALT模式时即每一个接点(PAD)在1态0态或Z态保持不变时的漏电流是否符合最低之规格。  耗电测试:整颗IC的静态耗电与动态耗电。  输入电压测试:测量每个输入接脚的输入电压反应特性。  输出电压测试:测量每个输出接脚的输出电压位准。  相关频率特性(AC)测试,也是通过外灌一定频率,从I/O口来看输出是否与之匹配。  为了保证IC生产的长期且稳定品质,还会做产品的可靠性测试,这些测试包括ESD测试,LATCH UP测试,温度循环测试,高温贮存测试,湿度贮存测试等。 成测则是产品封装好后的测试,即PACKAGE测试。即是所有通过中测的产品封装后的测试,方法主要是机台自动测试,但测试项目仍与WAFER TEST相同。PACKAGE TEST的目的是在确定IC在封装过程中是否有任何损坏。 16. 能否利用单片来检测手机电池的充放电时间及充放电时的电压电流变化,并利用一个I/O端口使检测结果在电脑上显示出来? 答:目前市场上的各类智能充电器,大部分都采用MCU进行充电电流和电压的控制。至于要在电脑上显示,好象并不实用,可能只有在一些专门的电池检测仪器中才会用到;对于一般的手机用户来说,谁会在充电时还需要用一台电脑来做显示呢?要实现单片机与电脑的连接,最简单的方式就是采用串口通讯,但需要加一颗RS-232芯片。 17. 在ARM编程中又应当如何? 答:就以嵌入式系统观念为例,一般嵌入式处理器可以分为三类:嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP(Digital Signal Processor)。 嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的CPU。在应用中,一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上,在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可,这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。目前的嵌入式处理器主要包括:PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。 嵌入式微控制器又称为单片机,它将CPU、存储器(少量的RAM、ROM或两者都有)和其它接口I/O封装在同一片集成电路里。常见的有HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK MCU系列、Microchip MCU系列及8051等。 嵌入式DSP专门用来处理对离散时间信号进行极快的处理计算,提高编译效率和执行速度。在数字滤波、FFT(Fast Fourier Transform)、频谱分析、图像处理的分析等领域,DSP正在大量进入嵌入式市场。 18. MCU在射频控制时,MCU的时钟(晶振)、数据线会辐射基频或基频的倍频,被低噪放LNA放大后进入混频,出现带内的Spur,无法滤除。除了用layout、选择低辐射MCU的方法可以减少一些以外,还有什么别的方法? 答:在设计高频电路用电路板有许多注意事项,尤其是GHz等级的高频电路,更需要注意各电子组件pad与印刷pattern的长度对电路特性所造成的影响。最近几年高频电路与数位电路共享相同电路板,构成所谓的混载电路系统似乎有增加的趋势,类似如此的设计经常会造成数位电路动作时,高频电路却发生动作不稳定等现象,其中原因之一是数位电路产生的噪讯,影响高频电路正常动作所致。为了避免上述问题除了设法分割两电路block之外,设计电路板之前充分检讨设计构想,才是根本应有的手法,基本上设计高频电路用电路板必需掌握下列三大原则:  高质感。  不可取巧。  不可仓促抢时间。 以下是设计高频电路板的一些建议: (1)印刷pattern的长度会影响电路特性。尤其是传输速度为GHz高速数位电路的传输线路,通常会使用strip line,同时藉由调整配线长度补正传输延迟时间,其实这也意味着电子组件的设置位置对电路特性具有绝对性的影响。 (2)Ground作大better。铜箔面整体设置ground层,而连接via的better ground则是高频电路板与高速数位电路板共同的特征,此外高频电路板最忌讳使用幅宽细窄的印刷pattern描绘ground。 (2)电子组件的ground端子,以最短的长度与电路板的ground连接。具体方法是在电子组件的ground端子pad附近设置via,使电子组件能以最短的长度与电路板的ground连接。 (3)信号线作短配线设计。不可任意加大配线长度,尽量缩短配线长度。 (4)减少电路之间的结合。尤其是filter与amplifier输出入之间作电路分割非常重要,它相当于audio电路的cross talk对策。 (5)MCU回路Layout考量:震荡电路仅可能接近IC震荡脚位;震荡电路与VDD & VSS保持足够的距离;震荡频率大于1MHz时不需加 osc1 & osc2 电容;电源与地间要最短位置并尽量拉等宽与等距的线,于节点位置加上104/103/102等陶瓷电容。 19. Intel系列的96单片机80c196KB开发系统时,都有那些注意事项? 答:一个即时系统的软体由即时操作系统加上应用程序构成。应用程序与作业系统的接口通过系统调用来实现。用80C196KB-p.htm" target="_blank" title="80C196KB货源和PDF资料">80C196KB作业系统的MCU,只能用内部RAM作为TCB和所有系统记忆体(含各种控制表)以及各个任务的工作和资料单元。因此一定要注意以下几点: (1)对各个任务分配各自的堆迭区,该堆迭区既作为任务的工作单元,也作为任务控制块的保护单元。 (2)系统的任务控制块只存放各任务的堆迭指标,而任务的状态均存放于任务椎栈中。在一个任务退出运行时,通过中断把它的状态进栈,然后把它的堆迭指标保存于系统的TCB中;再根据优先取出优先顺序最高的已就绪任务的堆迭指标SP映象值送入SP中;最后执行中断返回指令转去执行新任务。 (3)各任务的资料和工作单元尽量用堆迭实现,这样可以允许各任务使用同一个子程序。使用堆迭实现参数传递并作为工作单元,而不使用绝对地址的RAM,可实现可重入子程序。该子程序既可为各个任务所调用,也可实现递回调用。 20. 在demo板上采样电压时,不稳定,采样结果有波动,如何消除? 答:一般来说,仿真器都是工作在一个稳压的环境(通常为5V)。如果用仿真器的A/D时,要注意其A/D参考电压是由仿真器内部给出,还是需要外部提供。A/D转换需要一个连续的时钟周期,所以在仿真时不能用单步调试的方法,否则会造成A/D采样值不准。至于A/D采样不稳定,可以在A/D输入口加一电容,起到滤波作用;在软件处理时采用中值滤波的方法。 21. 在车载DVD系统中,如何设计电子防震系统? 答:在车载DVD系统,最好选择高档DVD机,因为高档DVD机都采用电子防震系统(ADVANCEDESP),当记忆缓冲区内的读数降低,先进的电子防震设计会以双速读数系统,做出比正常速度快两倍的读数速率,以减低噪声,即使连续震荡仍可避免跳线情况出现,现在就说说什幺叫电子防震。简单地说:电子防震就是一个信号的储存--释放过程,首先CD要先把信号进行提前读取,也就是我们见到机子的加速,再把信号储存在RAM中,而我们在开防震的时候所听到的就是经过RAM的声音,这样就是它的过程。当没有防震时是由于信号是1比1读取的,所以当受到冲击后,就会出现跳音。而当开了防震时,机子受到冲击后,由RAM释放出来的声音使音乐不停地播放,而与此同时,光头迅速进行复位检索,当检索到信号后立即补充,所以不会出现跳音。大概的情况就是这样。但是这样还没有满足用家的要求,由于这种的方法带来的时间短,通常只有3秒,所以跳音的机会还是蛮高,如果增大RAM又带来造价的增高因为RAM这东西价格较贵,尤其是质量好的。 22. 在电子防震技术中,有那些IC或器件可供选择? 答:在电子防震技术中,最重要的技术之一要数是RAM技术,而一直以来都是因为它的成本问题,所以防震时间都一直不能增加,也就是说RAM本身就有限制,RAM的容量越大,造价就越高。而许多厂家就如何在RAM的限制里得到最大限度的记忆时间展开了开发研究。 23. 如何进行编程可以减少程序的bug? 答:在此提供一些建议,因系统中实际运行的参数都是有范围的。系统运行中要考虑的超范围管理参数有:  物理参数。这些参数主要是系统的输入参数,它包括激励参数、采集处理中的运行参数和处理结束的结果参数。合理设定这些边界,将超出边界的参数都视为非正常激励或非正常回应进行出错处理。  资源参数。这些参数主要是系统中的电路、器件、功能单元的资源,如记忆体容量、存储单元长度、堆迭深度。在程序设计中,对资源参数不允许超范围使用。  应用参数。这些应用参数常表现为一些单片机、功能单元的应用条件。如E2PROM的擦写次数与资料存储时间等应用参数界限。  过程参数。指系统运行中的有序变化的参数。 在上述参数群对一程序编写者而言,须养成良好习惯,在程序的开头,有顺序的用自己喜欢文字参数对应列表来替代,然后用自己定义的文字参数来编写程序,这样在做程序的修改及维护时只在程序的开头做变动即可,不用修改到程序段,才比较容易且不会出错。 24. 有人认为单片机将被ARM等系列结构的嵌入式系统所取代。单片机的生命期还有多长? 答:因为8位单片机与嵌入式系统的ARM在功能结构和单价的差异,故应用层次上就有很大的不同。 ARM适用于系统复杂度较大的高级产品,如PDA、手机等应用。 而8位单片机因架构简单,硬件资源相对较少,适用于一般的工业控制,消费性家电……等等。评估单片机近期是否会给ARM取代,要观察两个因素:  芯片成本 因ARM的工作频率较高,电路较庞大,所需的芯片制造工艺要求在0。25U以上,成本较高。8位单片机工作频率相对较低,电路较小,所需的芯片制造工艺在0。5U 即可,成本较低。  功能定位 ARM的功能较单片机强,但两者定位不同。就如现阶段不会有人用ARM去作一个简单的工业定时开关。当然,如果两者单价相同也无不可,但现实是有很大的单价差距。 至于将来,因芯片制造成本会不断下降,上述的成本差异影响愈来愈少!但我估计在往后5年单片机仍有价格优势,仍能存活!但ARM是否会精简架构,降低成本,抢夺低阶市场?我想可能性不大,ARM应该会向上发展。同样,单片机也只能向上发展,如16位,高功能……等。 原因就是因为芯片制造工艺进步太快。压迫芯片设计往高集成发展。 25. 在单片机C编成时,如何才能使生成的代码具有和汇编一样的效率? 答:如果是使用C语言编程时,不太可能生成的代码具有1:1和汇编一样的效率。 C语言命令要被硬件识别并执行,必须通过编译器编译。编译器分为前端、中端、后端。前端与各种计算机语言写的程序打交道,后端与处理器的基本指令集接轨。所以如果使用C编程时,要达到最高的效率,最好能够很了解所使用的C编译器。先试验一下每条C语言编译以后对应的汇编语言的语句行数,这样就可以很明确的知道效率。在今后编程的时候,使用编译效率最高的语句,这样就能确保单片机C编程的时候同样的功能不同的C程序,编译效率最高。但是各家的C编译器都会有一定的差异,优秀的嵌入式系统C编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能程度长5-20%,所以不同厂家的C编译器的编译效率也会有所不同。 26. ARM单片机和哪种内核的单片机比较接近? 答:严格的说,ARM不是单片机,是一个嵌入式的实时操作系统。ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。所以市场上像Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国半这样的大公司都有ARM系列,现在不存在什幺ARM单片机和哪种内核的单片机比较接近的问题。而且由于厂家购买内核后会根据自己芯片应用方向的不同,自行添加不同的外挂功能模块,所以,同样内核的芯片其提供的功能是不同的。 27. 从51转到ARM会有困难吗? 答:从51转到ARM,其实编程之类的原理都是一样的,但是要注意的是ARM是一个RISC的架构,在ARM的应用开放源代码的程序很多,要想提高自己,就要多看别人的程序,linux,uc/os-II等等这些都是很好的源码。 28. 我学过MCS51单片机教材,很有兴趣,但缺乏实践经验,手头没有任何道具可供演练,资金又有限,请问该怎么办? 答:在没有任何条件进行实践时,如果真的有兴趣,可以下载一些具有软件仿真功能仿真软件进行一些编程,像一些做得比较好的51仿真软件应该具有这种功能。HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK的仿真软件HT-IDE3000也具有相应的功能,同时它还具有LCD软件仿真,周边电路的软件仿真。有兴趣的话,也可以去免费下载使用:http://www.holtek.com.cn/tech/tool/ide.htm。同时可以到一些ic37去购买一些简单器件自己练习搭一下电路以加强硬件方面的知识。 29. 如果已经有了针对某MCU的C实现的某个算法,保持框架不变,对核心的部分用汇编优化,有没有一些比较通用的原则? 答:每个人的编程都有自己的风格与习惯,如果要利用别人的程序,在其中修修改改,如果他的程序并没有很好的模块化的话,建议最好不要这幺做,否则本来预期达到事倍功半,说不定反而事半功倍了。要参考他人的程序当然可以,但是首要是要看懂并理解他人程序的算法精髓,而不是在他的基础上打补丁。而关于算法方面的优化,可以购买一些数据结构的书籍,上面有比较详细的说明。 30. 如果准备估计一个算法的MIPS,有什么好的途径? 答:算法的运行时间是指一个算法在计算机上运算所花费的时间。它大致等于计算机执行简单操作(如赋值操作,比较操作等)所需要的时间与算法中进行简单操作次数的乘积。通常把算法中包含简单操作次数的多少叫做算法的时间复杂性。它是一个算法运行时间的相对量度,一般用数量级的形式给出。度量一个程序的执行时间通常有两种方法:  一种是事后统计的方法。因为很多计算机内部都有计时功能,不同算法的程序可通过一组或若干组相同的统计数据以分辨优劣。但这种方法有两个缺陷:一是必须先运行依据算法编制的程序;二是所得时间的统计量依赖于计算机的硬件、软件等环境因素,有时容易掩盖算法本身的优劣。因此人们常常采用另一种事前分析估算的方法。  一种是事前分析估算的方法。一个程序在计算机上运行时所消耗的时间取决于下列因素: (1)依据的算法选用何种策略; (2)问题的规模。例如求100以内还是1000以内的素数; (3)书写程序的语言。对于同一个算法,实现语言的级别越高,执行效率就越低; (4)编译程序所产生的机器代码的质量。这个跟编译器有关; (5)机器执行指令的速度。 显然,同一个算法用不同的语言实现,或者用不同的编译程序进行编译,或者在不同的计算机上运行时,效率均不相同。这表明使用绝对的时间单位衡量算法的效率是不合适的。撇开这些与计算机硬件、软件有关的因素,可以认为一个特定算法"运行工作量"的大小,只依赖于问题的规模(通常用整数量n表示),或者说,它是问题规模的函数。 一个算法是由控制结构(顺序、分支和循环三种)和原操作(指固有数据类型的操作)构成的,则算法时间取决于两者的综合效果。为了便于比较同一问题的不同算法,通常的做法是,从算法中选取一种对于所研究的问题(或算法类型)来说是基本运算的原操作,以该基本操作重复执行的次数作为算法的时间度量。 算法的MIPS有专门的一门学问,可以去好好参考相关的数据结构书籍。 31. 遥控的编解码思路和设计流程是怎样的? 答:一般来说完整的遥控码分为头码、地址码、数据码和校验码四个组成部分。头码根据不同的厂家各不相同,地址码和数据码都由逻辑“1”和逻辑“0”组成。编码的设计目的,就是按照编码规则发送不同的码值。我们最常见的码型有SONY、松下、NEC等厂家型号。遥控编码芯片最常用的是在空调、DVD、车库门等遥控器上。 设计编码程序可以分为三个部分。 第一部分是了解码型的特性。遥控码的头码和地址码(也称为客户码)是固定不变的,数据码和校验码根据不同的键值而改变。 第二部分是计算发码时间。遥控码大部分都是由逻辑“1”和逻辑“0”组成,也就是由一串固定占空比、固定周期的方波所组成。通常这些方波的周期是毫秒甚至微秒等级,需要在时间上计算的比较精确。所以选择发码单片机型号的时候,就要考虑到单片机的运行速度是不是够快,以及程序运行时间够不够。 第三部分就是程序的编写。选定单片机型号之后,开始设计程序流程。一般来说我们使用I/O口就可以做发码的输出端口。发码程序一般由几个子程序组成,头码子程序、逻辑1子程序,逻辑0子程序以及校验码的算法子程序。一旦我们得到要发送码的命令后,首先调用头码子程序,然后根据客户码和键值调用逻辑1子程序或者逻辑0子程序,最后调用校验码算法子程序输出校验码。 HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK公司的HT48CA0/HT48RA0、HT48CA3/HT48RA3和HT48CA6是专为遥控器设计的单片机,它们具有专门红外输出口,可以实现绝大部分发码的要求。 设计解码程序也可以分为三部分。 第一部分了解编码波形特性。从分析编码的高、低脉冲宽度入手,了解逻辑“1”和逻辑“0”的波形占空比、周期。了解头码的特性。 第二部分确定接收方式。一般我们可以用I/O口查询方法或者INT口中断响应方法来接收编码。这两者的区别是I/O口查询方式比较耗费单片机的运行时间资源,需要不断的去侦测I/O的电平变化,以免漏掉有效的码值;而INT口中断接收方式则比较节省资源,当外部有电平变化时,单片机才需要去处理,不需要时刻进行侦测。但是INT口中断接收方式不能辨别相同周期不同占空比的波形特性,当编码所携带的逻辑“1”和逻辑“0”具有这种特性时,就无法通过INT口中断接收方式来辨别了,因为INT中断只是在上升沿或者下降沿的时候才触发。 第三部分将接收的码值存储并分析执行。根据判断高低电平的宽度(定时器或者延时),可以得到码值,也就是我们所说的解码。一般我们连续收到3个相同的完整码值,就确认此码的确被发出,并接收成功。当解码结束,根据码值我们可以判断出是哪个按键被按下,由此去执行相对的按键功能。 HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK公司的HT48以及HT49(带LCD)系列单片机,都可以符合大多数解码的任务。 32. 在学习单片机的过程中,如何理解预分频,12时钟模式(6时钟模型)等概念? 答:预分频器的英文是prescaler。它就是将输入的频率信号分频,然后再输出。HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK公司有一款最基本的8位I/O型单片机HT48R05A-1,我们就以这款单片机为例说明。HT48R05A-1有一个8位向上计数的定时器Counter。系统时钟Fsys(4MHz)进入八阶预分频器(8-stage Prescaler)进行分频,再进入定时计数器Counter计数。根据软件设置,预分频器可以将Fsys进行2的n次方分频(n=1~8)。举例来说,如果软件设置为预分频器2分频,那幺预分频器输出的频率就是Fsys/2=2MHz,这个2MHz信号再进入定时计数器Counter。 如果需要HT48R05A-1或者其它各类HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK单片机的详细资料,可以在如下地址下载:http://www.holtek.com.cn/referanc/htk_book.htm 。 12时钟模式(6时钟模型)应该就是在MCS51系列中,12个系统时钟为一个机器周期,2个系统时钟为一个状态,即一个机器周期有6个状态。 33. A/D、D/A的采样速率与其它单片机相比有什么优势? 答:HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK A/D Tyep MCU内嵌逐位逼近的A/D转换电路,精度有8bit/9bit/10bit,A/D转换时间最快为76us。 至于D/A,一般是指PWM输出,HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK A/D Type MCU都带有8bit的PWM输出,但HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK PWM的特点是其输出频率由系统频率决定(既系统频率选定后,PWM频率也就定了),其占空比通过对[PWM]寄存器赋值进行控制,不需要占用定时/计数器资源。 34. 采用AT89S51时,出现了按了复位按钮,RAM中的数据被修改了。这是怎么回事?注:数据放在特殊寄存器之外。 答:如果是RESET脚的复位按钮:一般MCU的RESET复位,其特殊寄存器会被重新初始化,而通用寄存器的值保持不变。 如果复位按钮是电源复位:那就是MCU的上电复位,其特殊寄存器会被初始化,而通用寄存器的值是随机数。 35. 将P2.7用来驱动一个NPN三极管,中间串接了一个1K的电阻。问题是:当我尝试向P2.7写’1’时,发现管脚只能输出大约0.5V的一个电平。这个电路的使用得妥当么?如何正确的使用IO功能? 答:是在仿真时遇到的问题,还是烧录芯片后遇到的问题? 可以先将P2.7的外部电路断开,测量输出电压是否正常。如果断开后输出电压正常,那就说明P2.7的驱动能力不够,不能驱动NPN三极管,应该改用PNP三极管(一般在MCU应用中,都采用PNP方式驱动)。如果断开后输出电压还不正常,那有可能是仿真器(或芯片)已经损坏。 36. 在做充电管理的时候,提高pwm的频率往往以牺牲精度为代价,如果用的AT90S4433(avr)、78P458(elan)频率分别做到16kHz(8bit)和32kHz(8bit),而希望做到的是100kHz(8bit以上),诸如atiny15那样。怎么办? 答:你所说的PWM是通过定时/计数器来控制其频率和占空比的,所以要提高频率,必然会降低精度。如果要提高PWM的频率,只能通过提高系统振荡频率来解决。 37. 汽车电子用的单片机是8位多,还是32位?如何看待单片机在汽车ic37中的前景? 答:现今汽车制造也是一个进步很快的工业,特别是电子应用于汽车上,令多种新功能得以实现。 总的来说,汽车电子应用分三部份。  汽车发动机控制:限速控制,涡轮增压,燃料喷注控制等。  汽车舒适装置:遥控防盗系统,自动空调系统,影音播放系统,卫星导航系统等。  汽车操控和制动:刹车防抱死系统(ABS),循迹系统(TCS),防滑系统(ASR),电子稳定系统(ESP)等。 汽车上的各系统繁多,且日新月异,故利用何种单片机是依各系统规格,要求不一,但有一样可肯定是该单片机要符工业规格,才能忍受汽车应用的恶劣环境,高温,电源干扰,可靠度要求。不同档次的汽车其功能配置相对亦有差别,故8位单片机在较低阶的系统如机械控制,遥控防盗等应该还有空间,但高阶的系统如影音、导航及将来的无人驾驶,就非一般单片机能实现。 因汽车工业现阶段由欧美日数个大集团所把持,相关的汽车电子配件各集团会挑选单片机大厂合作, 故汽车内置的电子系统亦由单片机大厂把持,市场只剩外置系统如遥控防盗,影音导航供小厂开发。 38. 在使用三星的s3c72n4时,觉得它的time/counter不够用。现在要同时用到3个counter,该怎么办? 答:您是需要三个外部counter还是需要三个定时器?如果是三个定时器标志的话,可以取这三个定时最基本的时基作为timer的基础计数,然后以这个时基来计算这三个需要的计数标志的flag,在程序中只需要查询flag是否到,再采取动作。 如果要3个外部脉冲计数的话,这个有一定的难度,如果外部脉冲不是很频繁,可以考虑通过外部中断进行,但是这个方法必须是外部脉冲的频率与MCU执行速度有一定的数量级差,否则mcu可能无法处理其它程序,一直在处理外部中断。 39. 在芯片集成技术日益进步的今天,单片机的集成技术发展也很迅速,在传统的40引脚的基础上,飞利浦公司推出20引脚的单片机系列,使很多的引脚可以复用,这种复用技术的使用在实际应用中会不会影响其功能的执行? 答:现在有很多品牌的单片机都有引脚复用功能,不止飞利浦一家,应该说这个方式前几年就已经有了。在实际应用中不会影响其功能的执行,但是要注意的是,有的MCU如果采用复用引脚的话,该引脚会有一些应用上的限制,这在相应的datasheet里面都会有描述,所以在系统规划的时候都要予以注意。 40. Delta-Sigma软件测量方式,是什么概念? 答:Delta-Sigma原理一般应用在ADC应用中。具体来说,Delta-Sigma ADC的工作原理是由差动器、积分器和比较器构成调制器,它们一起构成一个反馈环路。调制器以大大高于模拟输入信号带宽的速率运行,以便提供过采样。模拟输入与反馈信号(误差信号)进行差动 (delta)比较。该比较产生的差动输出馈送到积分器(sigma)中。然后将积分器的输出馈送到比较器中。比较器的输出同时将反馈信号(误差信号)传送到差动器,而自身被馈送到数字滤波器中。这种反馈环路的目的是使反馈信号(误差信号)趋于零。比较器输出的结果就是1/0 流。该流如果1密度较高,则意味着模拟输入电压较高;反之,0密度较高,则意味着模拟输入电压较低。接着将1/0流馈送到数字滤波器中,该滤波器通过过采样与抽样,将1/0流从高速率、低精度位流转换成低速率、高精度数字输出。 简而言之,Delta就是差动,Sigma就是积分的意思。Delta-Sigma软件测试,我的理解应该是通过软件模拟差动积分的过程。具体来说,就是侦测外部输入的电压(或者电流)信号变化,然后通过软件积分运算,得出外部信号随时间变化的基本状况。 41. 通常采用什么方法来测试单片机系统的可靠性? 答:单片机系统可以分为软件和硬件两个方面,我们要保证单片机系统可靠性就必须从这两方面入手。 首先在设计单片机系统时,就应该充分考虑到外部的各种各样可能干扰,尽量利用单片机提供的一切手段去割断或者解决不良外部干扰造成的影响。我们以HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK最基本的I/O单片机HT48R05A-1为例,它内部提供了看门狗定时器WDT防止单片机内部程序乱跑出错;提供了低电压复位系统LVR,当电压低于某个允许值时,单片机会自动RESET防止芯片被锁死;HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK也提供了最佳的外围电路连接方案,最大可能的避免外部干扰对芯片的影响。 当一个单片机系统设计完成,对于不同的单片机系统产品会有不同的测试项目和方法,但是有一些是必须测试的:  测试单片机软件功能的完善性。 这是针对所有单片机系统功能的测试,测试软件是否写的正确完整。  上电掉电测试。在使用中用户必然会遇到上电和掉电的情况,可以进行多次开关电源,测试单片机系统的可靠性。  老化测试。测试长时间工作情况下,单片机系统的可靠性。必要的话可以放置在高温,高压以及强电磁干扰的环境下测试。  ESD和EFT等测试。可以使用各种干扰模拟器来测试单片机系统的可靠性。例如使用静电模拟器测试单片机系统的抗静电ESD能力;使用突波杂讯模拟器进行快速脉冲抗干扰EFT测试等等。 当然如果没有此类条件,可以模拟人为使用中,可能发生的破坏情况。例如用人体或者衣服织物故意摩擦单片机系统的接触端口,由此测试抗静电的能力。用大功率电钻靠近单片机系统工作,由此测试抗电磁干扰能力等。 42. 在开发单片机的系统时,具体有那些是衡量系统的稳定性的标准? 答:从工业的角度来看,衡量系统稳定性的标准有很多,也针对不同的产品标准不同。下面我们大概介绍单片机系统最常用的标准。  电试验(ESD) 参考标准: IEC 61000-4-2 本试验目的为测试试件承受直接来自操作者及相对对象所产生之静电放电效应的程度。  空间辐射耐受试验(RS) 参考标准:IEC 61000-4-3 本试验为验证试件对射频产生器透过空间散射之噪声耐受程度。 测试频率:80 MHz~1000 MHz  快速脉冲抗扰测试(EFT/B) 参考标准:IEC 61000-4-4 本试验目的为验证试件之电源线,信号线(控制线)遭受重复出现之快速瞬时丛讯时之耐受程度。  雷击试验(Surge) 参考标准 : IEC 61000-4-5 本试验为针对试件在操作状态下,承受对于开关或雷击瞬时之过电压/电流产生突波之耐受程度。  传导抗扰耐受性(CS) 参考标准:IEC 61000-4-6 本试验为验证试件对射频产生器透过电源线传导之噪声耐受程度。 测试频率范围:150 kHz~80 MHz  Impulse 脉冲经由耦合注入电源线或控制线所作的杂抗扰性试验。 43. 在设计软体时,大多单片机都设有看门狗,需要在软体适当的位置去喂狗,以防止软体复位和软体进入死循环,如何适当的喂狗,即如何精确判定软体的运行时间? 答:大多数单片机都有看门狗定时器功能(WDT,Watch Dog Timer)以避免程序跑错。HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK有一款基本I/O型单片机--HT48R05A-1,我们就以它为例做个说明吧。 首先了解一下WDT的基本结构,它其实是一个定时器,所谓的喂狗是指将此定时器清零。喂狗分为软件和硬件两种方法。软件喂狗就是用指令来清除WDT,即CLR WDT;硬件喂狗就是硬件复位RESET。当定时器溢出时,会造成WDT复位,也就是我们常说的看门狗起作用了。在程序正常执行时,我们并不希望WDT复位,所以要在看门狗溢出之前使用软件指令喂狗,也就是要计算WDT相隔多久时间会溢出一次。HT48R05A-1的WDT溢出时间计算公式是:256*Div*Tclock。其中Div是指wdt预分频数1~128,Tclock是指时钟来源周期。如果使用内部RC振荡作为WDT的时钟来源(RC时钟周期为65us/5V),最大的WDT溢出时间为2.1秒。 当我们得到了WDT溢出时间Twdt后,一般选择在Twdt/2左右的时间进行喂狗,以保证看门狗不会溢出,同时喂狗次数不会过多。 软件运行时间是根据不同的运行路线来决定的,如果可以预见软件运行的路线,那么可以根据T=n*T1来计算软件的运行时间。n是指运行的机器周期数,T1是指机器周期。HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK单片机是RISC结构,大部分指令由一个机器周期组成,只需要知道软件运行了多少条指令,就可以算出运行时间了。HOLTEK-p.htm" target="_blank" title="HOLTEK货源和PDF资料">HOLTEK的编译软件HT-IDE3000中,就有计算运行时间的工具。但是对于CISC结构的单片机,一条指令可以由若干个机器周期组成,那么就需要根据具体执行的指令来计算了。 44. 我们是一家开发数控系统的专业厂,利用各种单片机和CPU开发了很多产品,在软件开发上也采用了很多通用的抗干扰技术,如:软件陷阱、指令允余、看门狗和数字滤波等等,但实际运用中还是很不可靠,如:经常莫名其妙地死机、程序跳段、I/O数据错误等,并且故障的重复性很不确定,也不是周期性地重复。往往用户使用中出现故障,但又无法重现,很让人头痛。反复检查硬件也设查出原因,所以对软件的可靠性很是怀疑。怎么办? 答:防止干扰最有效的方法是去除干扰源、隔断干扰路径,但往往很难做到,所以只能看单片机抗干扰能力够不够强了。单片机干扰最常见的现象就是复位;至于程序跑飞,其实也可以用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态;所以单片机软件抗干扰最重要的是处理好复位状态。 一般单片机都会有一些标志寄存器,可以用来判断复位原因;另外也可以自己在RAM中埋一些标志。在每次程序复位时,通过判断这些标志,可以判断出不同的复位原因;还可以根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行有连续性,用户在使用时也不会察觉到程序被重新复位过。 可以在定时中断里面设置一些暂存器累加,然后加到预先设定的值(一个比较长的时间),SET标志位,这些动作都在中断程序里面。而主程序只需要查询标志位就好了,但是注意标志位使用后,记得清除,还有中断里面的时基累加器使用以后也要记得清除。

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