在 Bare Metal Rust 引导加载程序中配置堆栈指针

在 Bare Metal Rust 引导加载程序中配置堆栈指针
在 Bare Metal Rust 引导加载程序中配置堆栈指针
Gerald Girard
2024年9月18日星期三 下午6:26:32

Bare Metal Rust 中的堆栈指针配置入门

Rust 在开发引导加载程序和操作系统时会带来特殊的困难，特别是在处理堆栈指针配置等低级细节时。为了使引导加载程序在裸机环境中运行并保持稳定，必须正确设置堆栈指针。

在这篇文章中，我们将研究如何利用内联汇编在 Rust 构建的 x86 引导加载程序中设置堆栈指针。我们将讨论未定义行为、编译器如何处理局部变量以及如何在各种 Rust 兼容编译器之间设置一致的配置等可能出现的问题。

在基于 Rust 的 x86 引导加载程序中配置堆栈指针

Rust 与内联汇编

#![no_std]
#![no_main]
#[no_mangle]
fn entry() -> ! {
    // Set the stack pointer to 0x7c00
    unsafe {
        core::arch::asm!(
            "mov sp, 0x7c00",
            options(nostack)
        );
    }
    // Define local variables
    let bootloader_variable_1 = 42;
    let bootloader_variable_2 = 84;
    // Your bootloader logic here
    loop {}
}

在 Rust 引导加载程序中维护稳定的堆栈指针

使用 Rust 集成进行组装

global _start
section .text
_start:
    cli                 ; Clear interrupts
    mov sp, 0x7c00      ; Set stack pointer
    call rust_entry     ; Call Rust entry point
section .data
section .bss
extern rust_entry

如何使用内联汇编在 Rust 中设置堆栈指针

Rust 与编译器指令和内联汇编

#![no_std]
#![no_main]
#[no_mangle]
fn entry() -> ! {
    unsafe {
        asm!(
            "mov sp, 0x7c00",
            options(noreturn)
        );
    }
    let _var1 = 123;
    let _var2 = 456;
    loop {}
}

Bare Metal Rust 中更高级的堆栈指针配置注意事项

在 Rust 中创建裸机引导加载程序时，了解编译器如何处理堆栈分配至关重要。一般来说，Rust编译器要求以某种方式配置堆栈；任何变化都可能导致未定义的行为。在分配任何局部变量之前确保正确设置堆栈指针是至关重要的一步。通过这样做，可以避免编译器将变量放置在手动修改堆栈指针时变得不正确的偏移处可能出现的问题。在标准库不可用并且需要对微小方面进行精确控制的情况下，这可能尤其困难。

处理中断的方式以及它们如何影响堆栈管理是另一个需要考虑的重要因素。使用 cli 指令，中断通常在引导加载程序的早期阶段被禁用。这保证了没有外部事件会干扰堆栈设置或引导加载程序代码的初始执行。不过，在此过程的后期，必须小心地启用中断。处理中断时，需要正确初始化堆栈指针以防止堆栈帧损坏。通过仔细控制这些因素，即使不需要外部程序集文件，您也可以在 Rust 中创建一个健壮且可靠的引导加载程序环境。

有关 Bare Metal Rust 堆栈指针配置的常见查询

  1. 在 Rust 中，什么是 #![no_std] 意思是？
  2. 它关闭标准库，这是在没有操作系统的情况下进行裸机编程所必需的。
  3. 为什么引导加载程序会使用 #![no_main]？
  4. 默认情况下，它通过定义自定义入口点来代替主函数来实现低级编程。
  5. 什么是 #[no_mangle] 服务于完成？
  6. 它通过阻止 Rust 编译器读错函数名称，使函数可以从汇编代码中调用。
  7. 有什么作用 core::arch::asm! 在堆栈指针的设置中发挥作用？
  8. Rust 现在可以直接嵌入汇编代码，为其提供设置堆栈指针所需的低级控制。
  9. 有什么作用 options(nostack) 在内联汇编中发挥作用？
  10. 为了避免冲突，它通知编译器汇编代码不使用或改变堆栈。
  11. 为什么引导加载程序采用 cli 操作说明？
  12. 为了保证第一次启动代码不间断地运行，它清除了中断标志。
  13. 什么是 mov sp, 0x7c00 做？
  14. 它对于在裸机环境中创建堆栈至关重要，因为它将堆栈指针设置为给定地址。
  15. 无限循环有什么用 loop {} 在引导加载程序中？
  16. 它通过保持引导加载程序永远运行来帮助防止程序突然终止。
  17. 装配集成如何使用 extern 关键词？
  18. 它通过声明在其他地方声明的变量或函数，使汇编代码和 Rust 代码之间的调用变得更容易。

关于堆栈指针初始化的结论

在裸机 Rust 引导加载程序中，正确设置堆栈指针对于保证稳定性和避免未定义的行为至关重要。和 inline assembly 并且遵循最佳实践，开发人员可以可靠地创建引导加载程序，并在各种场景中一致地工作。堆栈管理的有效实施需要密切关注细节，尤其是在关闭中断和建立起始值方面。对于希望在 Rust 中创建可靠且有效的引导加载程序设置的开发人员来说，提供的示例提供了一个很好的起点。