# Запуск QEMU
qemu: build
    @qemu-system-riscv64 \
            -machine virt \
            -nographic \
            -bios default \
            -device loader,file=$(BIN_FILE),addr=0x80200000 \
            -drive file=$(TEST_IMG),format=raw,id=sfs      # Имитация устройства хранения данных
            -device virtio-blk-device,drive=sfs              # Монтирование в виде virtio Block Device на общую шину virtio

/// Из узла дерева устройств определить тип конкретного протокола virtio
pub fn virtio_probe(node: &Node) {
    // reg атрибут содержит информацию о расположении заголовка устройства
    let reg = match node.prop_raw("reg") {
        Some(reg) => reg,
        _ => return,
    };
    let pa = PhysicalAddress(reg.as_slice().read_be_u64(0).unwrap() as usize);
    let va = VirtualAddress::from(pa);
    let header = unsafe { &mut *(va.0 as *mut VirtIOHeader) };
    // В настоящее время поддерживается только определённая версия протокола virtio
    if !header.verify() {
        return;
    }
    // Определить тип устройства
    match header.device_type() {
        DeviceType::Block => virtio_blk::add_driver(header),
        device => println!("unrecognized virtio device: {:?}", device),
    }
}

lazy_static! {
    /// Используется для размещения физических страниц, используемых для DMA (FrameTracker)
    pub static ref TRACKERS: RwLock<BTreeMap<PhysicalAddress, FrameTracker>> =
        RwLock::new(BTreeMap::new());
}

/// Для операций DMA выделить непрерывные страницы физической памяти (предоставляется библиотеке virtio_drivers)
///
/// Почему требуется непрерывная физическая память? Операции DMA с оборудованием затрагивают только память и соответствующее оборудование
/// Этот процесс не затрагивает механизм MMU ЦП, поэтому мы можем передавать оборудованию только физические адреса
/// Учитывая наш предыдущий дизайн, который позволяет выделять только одну физическую страницу за раз, здесь мы предполагаем, что выделенные адреса являются смежными
#[no_mangle]
extern "C" fn virtio_dma_alloc(pages: usize) -> PhysicalAddress {
    let mut pa: PhysicalAddress = Default::default();
    let mut last: PhysicalAddress = Default::default();
    for i in 0..pages {
        let tracker: FrameTracker = FRAME_ALLOCATOR.lock().alloc().unwrap();
        if i == 0 {
            pa = tracker.address();
        } else {
            assert_eq!(last + PAGE_SIZE, tracker.address());
        }
        last = tracker.address();
        TRACKERS.write().insert(last, tracker);
    }
    return pa;
}

/// Освободить соответствующую ранее выделенную непрерывную физическую страницу для операций DMA (предоставляется библиотеке virtio_drivers)
#[no_mangle]
extern "C" fn virtio_dma_dealloc(pa: PhysicalAddress, pages: usize) -> i32 {
    for i in 0..pages {
        TRACKERS.write().remove(&(pa + i * PAGE_SIZE));
    }
    0
}

/// Преобразовать физический адрес в виртуальный (предоставляется библиотеке virtio_drivers)
///
/// Обратите внимание, что мы сопоставили все сегменты в 0xffffffff80200000-0xffffffff88000000
/// Поскольку мы уже поместили все сегменты во внутреннее переназначение при перезагрузке ядра,
/// Физический адрес напрямую добавляется к смещению, чтобы получить виртуальный адрес, доступный через любую внутреннюю таблицу страниц процесса
#[no_mangle]
extern "C" fn
``` virtio_phys_to_virt(pa: PhysicalAddress) -> VirtualAddress {
    VirtualAddress::from(pa)
}

/// Преобразование виртуального адреса в физический (для библиотеки `virtio_drivers`)

/// Обратите внимание, что цель реализации этой функции — сообщить DMA конкретный запрос, который будет размещён в стеке в процессе реализации.
/// В нашей реализации стек распределяется в виде фреймов (`Framed`), а не как линейное отображение высокого адреса (`Linear`).
/// Чтобы получить правильный физический адрес и сообщить его DMA-устройству, мы можем только обратиться к таблице страниц.
#[no_mangle]
extern "C" fn virtio_virt_to_phys(va: VirtualAddress) -> PhysicalAddress {
    Mapping::lookup(va).unwrap()
}

**Почему необходимо реализовать эти операции?**

Устройства работают на основе технологии **прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Access)**. Процессор должен только указать, какие данные и в какой сегмент физической памяти следует передать, а затем сообщить устройству о запросе. После этого устройство может передавать данные напрямую, без участия процессора. По завершении передачи устройство сообщает процессору об этом с помощью технологии **прерываний IRQ (Interrupt ReQuest)**, и процессор обрабатывает это прерывание.

Для реализации DMA нам нужны запросы и пространство памяти. Например, чтобы диск передал данные в определённый сегмент памяти, нам нужно сообщить устройству физический адрес памяти (он не может быть виртуальным, так как DMA не проходит через MMU процессора). Этот физический адрес должен быть непрерывным.

В то же время мы создаём структуру запроса в стеке, и нам также необходимо сообщить устройству физический адрес этой структуры. Поэтому нам нужны интерфейсы для преобразования виртуальных и физических адресов.

На данный момент наш `FRAME_ALLOCATOR` может выделить только один кадр. Мы вызываем его несколько раз, временно предполагая, что он является непрерывным. Для реализации преобразования виртуальных и физических адресов нам необходимо обратиться к таблице страниц, но, к сожалению, RISC-V не предоставляет удобной инструкции для поиска физического адреса по текущей таблице страниц. Поэтому мы реализовали подобную функцию в файле `os/src/memory/mapping/mapping.rs`.

### Размышления

Почему преобразование физического адреса в виртуальный осуществляется путём линейного отображения, а преобразование виртуального в физический требует обращения к таблице?

Мы используем адреса для доступа к содержимому по этим адресам. Важно отметить, что в диапазоне от 0x80000000 до 0x88000000 физические страницы могут соответствовать двум виртуальным страницам. При запуске или создании нового потока ядра мы включаем такие линейные отображения, как 0xffffffff80000000–0x80000000. Это означает, что внутри потока ядра любой физический адрес, добавленный к смещению, гарантированно приведёт к доступу к соответствующему физическому адресу. Таким образом, преобразование физического адреса в виртуальный путём добавления смещения возможно.

Также стоит учесть, что хотя код и данные потока ядра линейно отображаются, стек ядра выделяется в единицах фрейма (за исключением загрузочного потока, который помещается непосредственно в .bss). Выделение в единицах фреймов означает, что виртуальный адрес может начинаться с нуля. В этом случае для преобразования в физический адрес нельзя использовать линейное смещение, необходимо обращаться к текущей таблице.

Возможно, вы спросите: почему RISC-V позволяет использовать виртуальные адреса для доступа, но мне всё равно приходится вручную создавать таблицу для выполнения этой задачи? Это связано с тем, что RISC-V действительно не имеет инструкции, которая напрямую использует MMU для получения адреса, поэтому мы вынуждены делать это вручную.