go语言裸机编程探索

kekemuyu · 2022-03-17 10:22:51

go和c现在是我工作中的主力语言。go在很多领域发挥了强大作用，那go适合嵌入式吗？当前并不适合，但go具有控制硬件的能力，虽然有些繁琐。
本帖最终目的是在全志f1c100s/200s或者说是arm9系列芯片直接运行go程序，主要是把go runtime移植到arm9上。本帖主要是受github的开源项目https://github.com/icexin/eggos的启发，此项目已成功将go runtime移植到x86上。开篇先建立环境:
虚拟环境是qemu-system-arm
先在上面跑个gnu汇编热热身。
arm.zip

最近编辑记录 kekemuyu (2022-03-17 15:52:33)

xboot · 2022-03-21 09:35:04

之前研究过一段时间，基本有两种思路，一种是完全模拟linux上的go runtime，还有一种是go编译器增加NOOS之类的编译选项，改编译器最彻底，最通用，但官方不支持。比较遗憾！

海石生风 · 2022-03-21 10:52:37

已经有老外实现在MCU上用go语言开发啦：https://tinygo.org
实现方式似乎是对语言特性做了些修改。

PS：度娘很多时候真的搜索不到有用的东西

最近编辑记录海石生风 (2022-03-21 10:57:11)

aozima · 2022-03-21 11:39:42

tinygo +1
zig +1

xboot · 2022-03-21 12:59:02

还是不喜欢tinygo这种深度魔改型，最好的方式，还是原生go编译器，增加GOARCH GOOS这种选项，只要增加个BAREMETAL或在NOOS，不管叫什么，就超级感兴趣了。就是有点遗憾～！

海石生风 · 2022-03-21 13:17:21

tinygo也好原生go也好，裸机还搞GC本身就不实在，在这种平台用go无非是想编程舒服点，那还不如用nim之类的可以输出C源码的语言。

kekemuyu · 2022-03-21 13:49:02

@xboot
同感，tinygo等于发明了另一种语言，还是跟随官方go比较好。TamaGo就是增加GOARCH GOOS的方案。但是我更倾向eggos的方案，不用修改官方编译器，他是模拟了linux的中断和系统调用。具体原理请参考这篇博文：https://zhuanlan.zhihu.com/p/265806072

xboot · 2022-03-21 14:05:04

eggos本质是模拟各种linux的syscall吗？

kekemuyu · 2022-03-21 15:01:30

xboot 说：

eggos本质是模拟各种linux的syscall吗？

应该是这样，没有详细看，你可以看看eggos的源码，由于go runtime自带内存管理和任务调度，干了很多操作系统的活。只要实现很少的系统调用和中断管理就能移植runtime，eggos的架构图：

eggos的kernel目录是他的核心，可以看到代码量很小：

最近编辑记录 kekemuyu (2022-03-21 15:02:07)

kekemuyu · 2022-03-21 15:05:11

另外还可以参考https://git.sr.ht/~eliasnaur/unik/tree,eggos作者就是受这个项目启发做的。两者原理是一样的

xboot · 2022-03-21 17:12:17

eggos这套机制值得研究，首先得用go搞出hello world，在F1C100S平台上，裸奔启动代码不缺，就缺go编译出来的elf，直接搞成bin文件，然后缺什么补什么

海石生风 · 2022-03-21 19:27:16

如果不改语言特性，把核心runtime都移植过来的话，会不会一个"hello world"程序就要一两MB大小甚至更大呢？

最近编辑记录海石生风 (2022-03-21 19:29:53)

xboot · 2022-03-21 20:30:48

就看连接的运行时的大小了，估计小不了，go的库都比较高级，功能强悍，不过tinygo都能在mcu跑，感觉还是绰绰有余的。

kekemuyu · 2022-03-21 22:29:34

比c大个10几倍有怎样，一个程序自带了多线程和gc，基本上是跑了个操作系统了

海石生风 · 2022-03-22 09:12:45

tinygo是改了不少东西才能适用于MCU平台。一般的C裸机运行个printf也就十来KB，加个小RTOS也就几十KB。

xboot · 2022-03-22 10:01:07

是的，大一点，无所谓，基本代替操作系统了，毕竟OS的体积也要算上。

xboot · 2022-03-22 10:02:17

多多研究，如果跑出helloworld了，也许我会入坑

xboot · 2022-03-22 10:08:09

对于大家玩的这些芯片，程序体积不是问题，我个人觉得反而特别合适发挥跨界MCU的优点。32MB的rom，ram，心无杂念的跑一个功能强悍的裸奔程序。系统不稳定都难。

kekemuyu · 2022-03-22 10:39:37

go官方的issue中很多人提出希望添加嵌入式支持，官方没答应，理由是硬件太多，工作量巨大，因为官方需要保证go的一致性和稳定性，可以理解，而且go的应用场景重点不在这方面。其实早期go的版本是支持裸机的，goos=tinygo，后来给删除了。

xboot · 2022-03-22 11:02:39

是的，我也期望go官方能支持裸奔，这样go编译器就不要去操心了，只要专心做好runtime就行了，其实我觉得官方觉得工作量巨大，是因为没有抽象出一个统一的runtime接口，少了一个抽象层，我觉得，随着go的发展，这个抽象层是必须的，不但有一定的扩展能力，还能降低系统耦合度，代码可读性，可维护性。当然这个抽象层是否能设计的好，是否影响效率，就看官方的架构水平了。

海石生风 · 2022-03-23 13:42:18

我没有研究过go runtime，如果直接把官方runtime移植到支持POSIX标准的RTOS或像vsf大侠的VSF平台的话，工作量是否比在裸机上从零开始移植要少点？

在裸机上，即使是使用现成的协议栈源码，从零开始去搞以太网或USB还是挺麻烦的。

最近编辑记录海石生风 (2022-03-23 13:49:38)

xboot · 2022-03-23 20:07:34

看了下eggos，里面实现如下syscall，不是全部linux syscall，这些syscall，绝大部分还是用go写的。

	kernelCalls = [...]uintptr{
		syscall.SYS_ARCH_PRCTL,
		syscall.SYS_MMAP,
		syscall.SYS_MUNMAP,
		syscall.SYS_CLOCK_GETTIME,
		syscall.SYS_RT_SIGPROCMASK,
		syscall.SYS_SIGALTSTACK,
		syscall.SYS_RT_SIGACTION,
		syscall.SYS_GETTID,
		syscall.SYS_CLONE,
		syscall.SYS_FUTEX,
		syscall.SYS_NANOSLEEP,
		syscall.SYS_SCHED_YIELD,
		syscall.SYS_MADVISE,
		syscall.SYS_EXIT_GROUP,

		// TODO: real random
		unix.SYS_GETRANDOM,

		// may removed in the future
		syscall.SYS_EPOLL_CREATE1,
		syscall.SYS_EPOLL_CTL,
		syscall.SYS_EPOLL_WAIT,
		syscall.SYS_EPOLL_PWAIT,
		syscall.SYS_PIPE2,

		SYS_WAIT_IRQ,
		SYS_WAIT_SYSCALL,
		SYS_FIXED_MMAP,
		SYS_EPOLL_NOTIFY,
	}

xboot · 2022-03-23 20:08:44

感觉比较好的思路就是用c完整实现一个类linux的各种系统调用。然后直接用go去编译链接

最近编辑记录 xboot (2022-03-23 20:09:18)

kekemuyu · 2022-04-09 12:01:07

go语言裸机最小生成elf工程：
add_20220409-1201.zip

aozima · 2022-04-11 22:38:43

@kekemuyu
生成 .a 并与C这边相互调用的方式有没？
想在RTOS环境下，把部分应用逻辑代码用go编译成.a，并与原来的RTOS相结合。

最近编辑记录 aozima (2022-04-11 22:41:09)

海石生风 · 2022-10-18 23:12:52

半年多过去了，这个项目还在搞么？看了下tinygo现在已经支持4种架构并适配了90多块开发板了。比较好奇，专为速度而设计的编译器在裸机平台下占用的ROM跟RAM会有多少。

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