4. 最小内核：编写入口汇编代码、设置栈指针、跳转到Rust入口点

好，咱们现在正式开始动手写内核了。

上一章我们搭好了交叉编译环境，也配置好了链接脚本。但说实话，那些都是准备工作。真正的内核代码，从这一章才开始。

我个人习惯，写内核的第一步永远是汇编入口。为什么？因为CPU上电后，C语言环境还没建立。没有栈指针，没有BSS段清零，你连一个全局变量都不敢碰。这时候，只有汇编能救你。

4.1 为什么第一行代码必须是汇编

你想想看，Rust也好，C也好，它们都依赖一个基本的运行时环境。至少需要：

• 栈指针（SP）指向可用的内存区域
• BSS段被清零（全局未初始化变量）
• 异常向量表被设置

这些事，高级语言做不了。或者说，在它们能运行之前，这些事必须已经做完。

我在项目中遇到过好几次这样的情况：有人把初始化逻辑全写在Rust里，结果一运行就崩。查了半天，发现是全局变量没初始化，因为BSS段还没清零。嗯，这种坑踩过一次就记住了。

4.2 入口汇编代码的结构

我们以ARMv8-A架构（64位）为例。这是目前嵌入式领域和服务器领域都很常见的架构。我们的微内核跑在Raspberry Pi 3上，用的就是它。

先看完整代码，我再逐行解释：

// boot.S - 内核入口汇编代码
.section ".text.boot"

.globl _start
_start:
    // 1. 读取当前CPU的ID
    mrs     x0, mpidr_el1
    and     x0, x0, #0xFF
    cbz     x0, primary_cpu

    // 2. 非主CPU进入休眠
secondary_halt:
    wfe
    b       secondary_halt

primary_cpu:
    // 3. 设置栈指针
    ldr     x0, =_stack_top
    mov     sp, x0

    // 4. 清零BSS段
    ldr     x0, =_bss_start
    ldr     x1, =_bss_end
    sub     x1, x1, x0
    cbz     x1, bss_done

bss_loop:
    str     xzr, [x0], #8
    subs    x1, x1, #8
    b.ne    bss_loop

bss_done:
    // 5. 跳转到Rust入口
    bl      rust_main

    // 6. 如果返回，则死循环
halt:
    wfe
    b       halt

这段代码不长，但每一行都是关键。我们来拆解一下。

4.3 多核处理器的启动策略

现在的CPU基本都是多核的。上电时，所有核心都会从同一个入口开始执行。但你不能让所有核心都去干同一件事——那不乱套了？

所以第一步，就是区分主核和从核。

mrs     x0, mpidr_el1
and     x0, x0, #0xFF
cbz     x0, primary_cpu

mpidr_el1 寄存器保存了当前CPU的ID。我们取低8位，如果为0，就是主核（primary CPU），否则就是从核。

从核怎么办？让它们进入WFI（Wait For Interrupt）状态，原地待命。等主核初始化完内存、中断控制器之后，再通过核间中断唤醒它们。

4.4 设置栈指针——最不能出错的一步

栈指针的设置，说白了就是告诉CPU："你的临时工作区在这里。"

如果栈指针指向了不存在的内存地址，或者指向了代码段，那函数调用、局部变量、异常处理全都会崩。而且崩得毫无征兆。

ldr     x0, =_stack_top
mov     sp, x0

这里的 _stack_top 是在链接脚本里定义的。我们上一章配置的链接脚本中，把栈放在了内存的高地址区域，向下生长。

为什么向下生长？因为ARM的栈是满递减栈（Full Descending）。压栈时SP减小，出栈时SP增大。所以栈顶要放在高地址，栈底在低地址。

4.5 清零BSS段——Rust能安全运行的前提

Rust要求所有变量在使用前必须初始化。但全局变量和静态变量，在编译时会被放到BSS段（未初始化）或数据段（已初始化）。

BSS段在二进制文件中不占空间，但加载到内存后，必须清零。否则那些"未初始化"的全局变量，里面全是随机值。

ldr     x0, =_bss_start
ldr     x1, =_bss_end
sub     x1, x1, x0
cbz     x1, bss_done

bss_loop:
    str     xzr, [x0], #8
    subs    x1, x1, #8
    b.ne    bss_loop

这段代码的逻辑很简单：从 _bss_start 到 _bss_end，每8字节写一个0。用 xzr 寄存器（ARM64的零寄存器）来写，效率最高。

这里有个细节：str xzr, [x0], #8 是后变址寻址。先把 x0 指向的地址写入0，然后 x0 自增8。一条指令搞定读写和指针移动。

4.6 跳转到Rust入口点

环境准备好了，终于可以进入Rust的世界了。

bl      rust_main

bl 是"Branch with Link"，会跳转到 rust_main 函数，同时把返回地址保存在 x30（链接寄存器）中。

如果 rust_main 返回了，说明内核执行完毕。但微内核不应该退出，所以我们在后面加了一个死循环：

halt:
    wfe
    b       halt

这个循环会让CPU进入低功耗状态，同时保持响应中断的能力。

4.7 Rust端的入口函数

汇编跳转过来后，Rust这边需要做什么？

// main.rs
#![no_std]
#![no_main]

// 从汇编中调用的入口函数
#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
    // 初始化串口（用于打印）
    // 初始化内存管理
    // 初始化中断控制器
    // ... 后续章节会逐步实现

    loop {
        // 内核主循环
    }
}

注意几个关键点：

• #![no_std]：不使用标准库，因为标准库依赖操作系统
• #![no_main]：不使用默认的main函数入口
• #[no_mangle]：防止Rust对函数名进行修饰，保证汇编能正确链接
• pub extern "C"：使用C调用约定，与汇编的 bl 指令兼容
• 返回类型 -> !：发散类型，表示这个函数永不返回

4.8 编译与链接验证

写完了代码，怎么验证它能不能跑？

先编译成目标文件：

aarch64-none-elf-gcc -c boot.S -o boot.o
cargo build --target aarch64-unknown-none-elf

然后链接：

aarch64-none-elf-ld -T link.ld boot.o target/aarch64-unknown-none-elf/debug/mykernel -o kernel.elf

最后检查生成的elf文件：

aarch64-none-elf-objdump -d kernel.elf

你应该能看到 _start 函数在0x80000地址（我们链接脚本里指定的起始地址），并且第一条指令就是 mrs x0, mpidr_el1。

4.9 常见陷阱与避坑指南

陷阱	后果	解决方法
栈指针未对齐	访问未对齐地址导致异常	确保SP是16字节对齐的
BSS段未清零	全局变量初始值随机	在跳转到Rust前完成清零
链接脚本中栈地址错误	栈覆盖代码或数据段	检查链接脚本的内存布局
忘记加 #[no_mangle]	链接时找不到 rust_main	Rust函数名必须与汇编一致

我曾经犯过一个低级错误：在链接脚本里把栈顶地址写在了BSS段中间。结果BSS清零的时候，把栈也给清了。一调用函数就崩，查了两天才发现是链接脚本的问题。嗯，从那以后我每次都会用 objdump 检查内存布局。

4.10 本章小结

这一章我们完成了微内核的"最小骨架"：

• 用汇编处理了多核启动
• 设置了栈指针
• 清空了BSS段
• 成功跳转到了Rust世界

虽然只有几十行代码，但这是整个内核的基石。后面的所有功能——内存管理、进程调度、中断处理——都建立在这个基础上。

下一章，我们会让串口输出"Hello, World!"。有了输出，调试就不再是盲人摸象了。