xv6-riscv 设备

Console Input

console 是驱动结构的一个简单说明。控制台驱动通过连接到RISC-V上的UART串行端口硬件，接受输入的字符。控制台驱动程序每次累计一行输入，处理特殊的输入字符，如退格键和 control-u。用户进程，如shell，使用 read 系统调用从控制台获取输入行。当你在QEMU 中向 xv6 输入时，你的按键会通过 QEMU 的模拟 UART 硬件传递给 xv6。

与驱动交互的UART硬件是由QEMU 仿真的 16550 芯片。在真实的计算机上，16550将管理一个连接到终端或其他计算机的 RS232 串行链接。当运行 QEMU 时，它连接到你的键盘和显示器上。

UART硬件在软件看来是一组内存映射的控制寄存器。也就是说，有一些 RISC-V 硬件的物理内存地址会连接到 UART 设备，因此加载和存储与设备硬件而不是 RAM 交互。UART 的内存映射地址从 0x10000000 开始，即 UART0（kernel/memlayout.h:21）。这里有一些UART控制寄存器，每个寄存器的宽度是一个字节。它们与 UART0 的偏移量定义在(kernel/uart.c:22)。例如，LSR 寄存器中一些位表示是否有输入字符在等待软件读取。这些字符（如果有的话）可以从 RHR 寄存器中读取。每次读取一个字符，UART 硬件就会将其从内部等待字符的FIFO中删除，并在FIFO为空时清除 LSR 中的就绪位。UART传输硬件在很大程度上是独立于接收硬件的，如果软件向 THR写入一个字节，UART就会发送该字节。

xv6 的 main 调用 consoleinit（kernel/console.c:184）来初始化 UART 硬件。这段代码配置了 UART，当 UART 接收到一个字节的输入时，就产生一个接收中断，当UART每次完成发送一个字节的输出时，产生一个传输完成中断(kernel/uart.c:53)。

xv6 shell通过 init (user/init.c:19)打开的文件描述符从控制台读取。consoleread 等待输入的到来(通过中断)，输入会被缓冲在 cons.buf，然后将输入复制到用户空间，再然后(在一整行到达后)返回到用户进程。如果用户还没有输入完整的行，任何 read 进程将在 sleep 调用中等待(kernel/console.c:98)(第7章解释了sleep的细节)。

当用户键入一个字符时，UART硬件向RISC-V抛出一个中断，从而激活 xv6 的 trap 处理程序。trap 处理程序调用devintr (kernel/trap.c:177)，它查看RISC-V的 scause 寄存器，发现中断来自一个外部设备。然后它向一个叫做 PLIC 的硬件单元询问哪个设备中断了(kernel/trap.c:186)。如果是UART，devintr 调用 uartintr。

uartintr(kernel/uart.c:180) 从 UART 硬件中读取在等待的输入字符，并将它们交给 consoleintr (kernel/console.c:138)；它不会等待输入字符，因为以后的输入会引发一个新的中断。 consoleintr 的工作是将中输入字符积累 cons.buf 中，直到有一行字符。 consoleintr 会特别处理退格键和其他一些字符。当一个新行到达时，consoleintr 会唤醒一个等待的 consoleread（如果有的话）。

一旦被唤醒，consoleread 将会注意到 cons.buf 中的完整行，并将其将其复制到用户空间，并返回（通过系统调用）到用户空间。