arm_emulator: 通过串口建立虚拟机的网络连接

     网络是linux系统最为重要的功能之一，为此我们迫切需移植网络支持，实现一个稳定的网卡驱动和相应的外设是比较麻烦的，考虑到之前已经完善好虚拟机串口的外设，所以可以直接让以太网帧在串口上传输。虚拟机端则可以利用宿主机的tuntap虚拟网卡转发数据。

1.虚拟机实现：

    虚拟机里添加第二个串口，中断号2，实现4个虚拟网卡函数。

             .interrupt_id = 2,

            .readable = slip_tun_readable,

            .read = slip_tun_read,

            .writeable = slip_tun_writeable,

            .write = slip_tun_write,

    虚拟机串口网卡外设使用linux的tuntap虚拟网卡/dev/net/tun, 打开了两个线程，slip_out_task_proc、tun_out_task_proc，分别处理由虚拟机串口发出的数据和虚拟网卡发出的数据，使用SLIP协议进行数据帧和数据流之间的适配。由于虚拟机线程不能被阻塞，所以中间加入两个方向的fifo提高效率，利用fifo的状态实现串口readable，writeable的状态判断。

2.虚拟机内系统配置：

    内核需要开启Universal TUN/TAP device driver support 这个选项支持。

    这里有一个之前写的工具可以利用，ethoslip_tun（地址），这个工具是之前调试串口WIFI模块时写的，功能是将tuntap虚拟网卡的L2数据帧使用SLIP协议封装成串口数据流。ethoslip_tun 具体流程：

tap0 <tuntap内核驱动>  /dev/net/tun  <系统调用> [ethoslip_tun] <系统调用> /dev/ttySx <串口驱动> 串口外设

首先我们将ethoslip_tun下载，然后使用arm-linux-gnueabi-gcc 交叉编译，拷贝到buildroot的rootfs里,即可运行。

./ethoslip_tun /dev/ttyS1 115200&

配置IP地址：

 ifconfig tap0 10.0.0.2

 3.虚拟机外系统配置：
只需要配置IP地址即可，与虚拟机不同。

ifconfig tap0 10.0.0.1

 此时可以互相ping通：

我们尝试在虚拟机里新建一个index.php

vi index.php

<?php
phpinfo();

运行:

php -S 0.0.0.0:80

此时即可看到一个虚拟机里网页。。。😀

当然，虚拟机想要wget什么访问外网的话，只要配置宿主机的iptables，将虚拟网卡网段数据转发给物理网卡，同时虚拟机内添加默认gw。

Helloworld: arm汇编

hello.s

------------------------------------

.section .data

hello:

        .ascii "hello world\n"

        len = . - hello

.section .text

.global _start

_start:

        mov r0, #1  @stdout

        ldr r1, =hello

        ldr r2, =len

        mov r7, #4

        swi #0

exit:

        mov r0, #0

        mov r7, #1

        swi #0

------------------------------------

Makefile:

------------------------------------

all:

        as hello.s -o hello.o

        ld hello.o -o hello

------------------------------------

arm_emulator: 添加了romfs外设例程

     前面版本的模拟器，只能使用一个0x00000000基地址的内存空间，文件系统是基于initramfs或者ramdisk，每次关闭模拟器，rootfs的数据全部丢失。。。
     所以我们添加一个可以操作宿主机的新外设romfs，基地址为0x10000000，其实际操作读写都使用c库访问真实的文件系统。

    {
        .mask = ~(MAX_FS_SIZE-1), //25bit
        .prefix = 0x10000000,
        .reg_base = &peripheral_reg_base.fs,
        .reset = fs_reset,
        .read = fs_read,
        .write = fs_write,
    },

内核配置：
内核需要开启CONFIG_MTD，CONFIG_MTD_PHRAM，CONFIG_MTD_BLOCK等支持。

 同时添加启动参数到设备树：

console=ttyS0 rootwait phram.phram=rootfs,0x10000000,32Mi root=/dev/mtdblock0 rw rootfstype=ext2 init=/linuxrc earlyprintk

 即可使用该外设。
https://github.com/hxdyxd/arm-emulator-linux/commit/0a00b2bb87d250a7d3bc9376b8cafc49f6e8d6fd

文件系统buildroot配置：
添加 ext2 文件系统生成

运行：
arm_emulator -m linux -f output/images/zImage.arm-emulator -r output/images/rootfs.ext2

[0]Peripheral register at 0x00000000, size 33554432
[1]Peripheral register at 0x10000000, size 33554432
Open output/images/rootfs.ext2: ok
[2]Peripheral register at 0x4001f040, size 8
[3]Peripheral register at 0x4001f020, size 8
[4]Peripheral register at 0x40020000, size 256
load mem base 0x8000, size 1996348
Uncompressing Linux... done, booting the kernel.
[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0
[    0.000000] Linux version 5.1.15 (hxdyxd@DESKTOP-ROJM0AH) (gcc version 8.3.0 (Buildroot 2020.02-g84a0769-dirty)) #1 Mon Mar 16 20:47:20 CST 2020
[    0.000000] CPU: ARM920T [41029205] revision 5 (ARMv4T), cr=00006133
[    0.000000] CPU: VIVT data cache, VIVT instruction cache
[    0.000000] OF: fdt: Machine model: hxdyxd,armemulator
[    0.000000] printk: bootconsole [earlycon0] enabled
[    0.000000] Memory policy: Data cache buffered
[    0.000000] random: get_random_bytes called from 0xc0500900 with crng_init=0
[    0.000000] Built 1 zonelists, mobility grouping on.  Total pages: 8128
[    0.000000] Kernel command line: console=ttyS0 rootwait phram.phram=rootfs,0x10000000,32Mi root=/dev/mtdblock0 rw rootfstype=ext2 init=/linuxrc earlyprintk
[    0.000000] Dentry cache hash table entries: 4096 (order: 2, 16384 bytes)
[    0.000000] Inode-cache hash table entries: 2048 (order: 1, 8192 bytes)
[    0.000000] Memory: 26948K/32768K available (3154K kernel code, 143K rwdata, 284K rodata, 1024K init, 190K bss, 5820K reserved, 0K cma-reserved)
[    0.000000] NR_IRQS: 16, nr_irqs: 16, preallocated irqs: 16
[    0.000000] armemulator-ic base address = 0xc2800040
[    0.000000] armemulator-timer base address = 0xc2802020
[    0.000000] sched_clock: 32 bits at 1kHz, resolution 1000000ns, wraps every 2147483647500000ns
[    0.000000] clocksource: timer: mask: 0xffffffff max_cycles: 0xffffffff, max_idle_ns: 1911260446275000 ns
[    0.000000] set periodic to 240000
[    0.015000] Console: colour dummy device 80x30
[    0.015000] Calibrating delay loop... 18.63 BogoMIPS (lpj=93184)
[    0.250000] pid_max: default: 4096 minimum: 301
[    0.250000] Mount-cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)
[    0.250000] Mountpoint-cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)
[    0.265000] CPU: Testing write buffer coherency: ok
[    0.265000] Setting up static identity map for 0x100000 - 0x10003c
[    0.312000] devtmpfs: initialized
[    0.343000] clocksource: jiffies: mask: 0xffffffff max_cycles: 0xffffffff, max_idle_ns: 19112604462750000 ns
[    0.359000] NET: Registered protocol family 16
[    0.375000] DMA: preallocated 256 KiB pool for atomic coherent allocations
[    0.765000] clocksource: Switched to clocksource timer
[    1.140000] NET: Registered protocol family 2
[    1.171000] tcp_listen_portaddr_hash hash table entries: 512 (order: 0, 4096 bytes)
[    1.171000] TCP established hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)
[    1.187000] TCP bind hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)
[    1.187000] TCP: Hash tables configured (established 1024 bind 1024)
[    1.187000] UDP hash table entries: 256 (order: 0, 4096 bytes)
[    1.203000] UDP-Lite hash table entries: 256 (order: 0, 4096 bytes)
[    1.203000] NET: Registered protocol family 1
[    1.218000] NetWinder Floating Point Emulator V0.97 (extended precision)
[    1.250000] workingset: timestamp_bits=30 max_order=13 bucket_order=0
[    1.281000] Block layer SCSI generic (bsg) driver version 0.4 loaded (major 254)
[    1.281000] io scheduler mq-deadline registered
[    1.281000] io scheduler kyber registered
[    4.734000] Serial: 8250/16550 driver, 4 ports, IRQ sharing disabled
[    4.906000] printk: console [ttyS0] disabled
[    4.906000] 40020000.serial: ttyS0 at MMIO 0x40020000 (irq = 17, base_baud = 230400) is a 8250
[    4.921000] printk: console [ttyS0] enabled
[    4.921000] printk: console [ttyS0] enabled
[    4.921000] printk: bootconsole [earlycon0] disabled
[    4.921000] printk: bootconsole [earlycon0] disabled
[    5.093000] brd: module loaded
[    5.796000] loop: module loaded
[    5.921000] null: module loaded
[    6.109000] phram: rootfs device: 0x2000000 at 0x10000000
[    6.140000] NET: Registered protocol family 10
[    6.203000] Segment Routing with IPv6
[    6.218000] sit: IPv6, IPv4 and MPLS over IPv4 tunneling driver
[    6.296000] random: fast init done
[    6.453000] EXT2-fs (mtdblock0): warning: mounting unchecked fs, running e2fsck is recommended
[    6.484000] VFS: Mounted root (ext2 filesystem) on device 31:0.
[    6.484000] devtmpfs: mounted
[    6.640000] Freeing unused kernel memory: 1024K
[    6.656000] Run /linuxrc as init process
Starting syslogd: OK
Starting klogd: OK
Running sysctl: OK
Initializing random number generator: OK
Saving random seed: [   13.515000] random: dd: uninitialized urandom read (512 bytes read)
OK
Starting network: OK

Welcome to ARM Emulator
armemulator login: root

Todo：
 1.添加网络支持****
 2.优化代码性能*****
 3.添加声音支持**
 4.添加图形支持*

arm_emulator: 用C写的一个兼容ARMv4指令集的模拟器

       大概2000多行C代码，可以移植。支持所有基本指令集，CP15协处理器，所有异常、支持MMU。没有浮点fpu和除法、非对齐访问以及16位指令thumb支持。支持单步运行调试。

MMU相关的CP15寄存器：
0：ID 编码&cache 类型（只读）
1：控制位
2：地址转换表基地址(TTB)
3：域访问控制位
5：失效状态寄存器（FSR）
6：失效地址寄存器（FAR）

外设寄存器：
中断控制器寄存器（0x4001f040）
（0x0）MSK：中断屏蔽寄存器（置1有效）
（0x4）PND：中断状态寄存器（硬件置位、软件清零）
定时器寄存器（0x4001f020）
（0x0）CNT： 计数值寄存器（只读，单位毫秒）
（0x4）EN：定时器使能寄存器
兼容8250 的串口寄存器（0x40020000）
（0x0）DLL, THR, RBR：传输保持&接收缓存寄存器
（0x4）DLH, IER：中断使能寄存器
（0x8）IIR, FCR：中断指示（读）&FIFO控制寄存器（写）
（0xC）LCR：线路控制寄存器
....
指令计数器（0x4001f030）
（0x0）CC：读取已执行的指令数，调试用（32bit）

中断：
0：10ms定时器
1：串口

移植了keil&gcc裸机、freeRTOS、linux 5.1 内核的工程，文件系统用的buildroot，基于initramfs，可以登录进串口终端。

CPU信息：

[root@armemulator ~]# cat /proc/cpuinfo
processor       : 0
model name      : ARM920T rev 5 (v4l)
BogoMIPS        : 20.24
Features        : swp half
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 4T
CPU variant     : 0x0
CPU part        : 0x920
CPU revision    : 5
Hardware        : ARM Emulator (Device Tree Support)
Revision        : 0000
Serial          : 0000000000000000

模拟器涉及的平台相关函数：

IO：
#define KBHIT()   kbhit() 

#define GETCH()   getch()

#define PUTCHAR(c)   putchar(c)

时钟:
#define GET_TICK()   (clock()*1000/CLOCKS_PER_SEC)

地址：
项目地址： https://github.com/hxdyxd/arm_emulator
Linux内核地址：https://github.com/hxdyxd/arm-emulator-linux