实现 IRQ 时出现无效的操作码异常

Question

我一直试图在基本内核开发上松散地关注this tutorial。目前，目标架构是 i386。

IRQ 的实现给我带来了问题；每当我尝试将寄存器（定义为struct）作为参数传递给函数时，我的中断处理程序都会报告一系列Invalid Op Code 异常。这是引发异常的中断处理程序的代码：

void interrupt_handler(registers_t all_registers) {
    // Printing exception's name
    kprint("interrupt_handler.c (l. 53) : Exception raised was:", 0xB0);
    kprint(exception_messages[(int) all_registers.int_no], 0xB0);
    kprint("\n", 0xB0);

    // Celling test_handle to display the value of some registers
    // INVALID OP CODE ================>
    test_handle(all_registers); // works as expected if this line is commented out
   
}

void test_handle(registers_t all_registers) {
    kprint("interrupt_handler.c (l. 78) : Register DS contains", 0xD0);
    kprint("to be implemented", 0xD0);
}

结构体registers_t定义如下（抄自教程）：

typedef struct {
   u32int ds;                                      /* Data segment selector */
   u32int edi, esi, ebp, esp, ebx, edx, ecx, eax;  /* Pushed by pusha. */
   u32int int_no, err_code;                        /* Interrupt number and error code (if applicable) */
   u32int eip, cs, eflags, useresp, ss;            /* Pushed by the processor automatically */
} __attribute__((packed)) registers_t;

尝试用其他结构调用函数，我发现struct中的变量数量很重要；任何具有 5 到 16 个 u32int 的 struct 都会触发异常。例如，以下结构在初始化并将空传递给 test_handle 时，不会引发异常：

// Same as registers_t with less arguments
typedef struct {
    u32int ds;
    u32int edi, esi;
}  __attribute__((packed))  test_t;

反汇编 .o 文件显示生成的代码使用mov 指令传递test_t 结构和movsd 传递registers_t。所以我怀疑是编译过程有问题，因为编译器生成了无法识别的指令。

以下是我Makefile的相关摘录：

C_FLAGS=-ffreestanding -nostartfiles -nodefaultlibs -fno-builtin -Wall -Wextra -fno-exceptions -m32 -target i386-pc-elf  -fno-rtti

# Compiling C code
%.o: %.c
    clang $(C_FLAGS) -c $< -o $@ 

# Linking
kernel/kernel.bin: $(O_FILES)
    ld -o $@ -Ttext 0x1000 $^ --oformat binary -m elf_i386

编译过程有什么问题吗？还是问题出在其他地方？

Answer 1

@Ross Ridge 想通了（感谢他！）。下面的细节是我从the OSDev wiki学到的东西

流 SIMD 扩展 (SSE) 扩展了 CPU 识别的指令集，增加了大约 70 条指令，并添加了更多寄存器。需要先启用 SSE，然后才能使用其指令和寄存器。编译器生成的机器码可以包含 SSE 指令，因此需要启用 SSE。

在上面的代码中，将struct 传递给函数被编译为涉及xmm0 寄存器的机器码，它是SSE 的一部分。

下面给出了启用 SSE 的汇编代码（改编自 OSDev wiki）。我在进入 32 位保护模式之后和进入内核之前将它添加到我的引导加载程序中。这解决了问题！

mov eax, cr0        ; cr0 cannot be manipulated directly, manipulate eax instead
and ax, 0xFFFB      ; clear coprocessor emulation CR0.EM
or ax, 0x2          ; set coprocessor monitoring  CR0.MP
mov cr0, eax
mov eax, cr4        ; cr4 too cannot be manipulated directly
or ax, 3 << 9       ; set CR4.OSFXSR and CR4.OSXMMEXCPT at the same time
mov cr4, eax