1 准备工作
前言
本教程用于学习龙芯架构，并进行编程实践。所说的龙芯架构包含了 loongarch 架构，以及龙芯硬件与系统之间的规范。讲述方式是将 os-elephant-dev 操作系统移植到龙芯架构上，在移植的过程中逐渐深入理解龙芯架构。选用的操作系统是比较容易上手的操作系统，其使用C语言完成开发，并有配套的书籍详细描述细节。所以移植过程中涉及到架构相关的内容会展开进行讲述，系统相关的内容会大致进行描述，在系统相关代码不影响理解的情况下深入理解龙芯架构。
本教程在 ubuntu20.04 系统下，选用 QEMU 模拟龙芯硬件环境进行开发，模拟的CPU型号为 3A5000。提到 loongarch 和 3A5000 可能会有点迷惑，所以先介绍一下 loongarch 和 3A5000，这样能够先大致了解龙芯。在介绍完 loongarch 和 3A5000 后再简单介绍一下 os-elephant-dev 操作系统，并在 bochs 模拟器中运行 x86 架构的 os-elephant-dev，对 os-elephant-dev 有一个简单的认识。
1.1 LoongArch 及龙芯 3A5000 处理器简介
LoongArch 指令集是一种精简指令集计算机风格的指令集架构，为龙芯自研指令集，不同于现存的任何一种指令集架构。LoongArch 指令集架构分为 32 位和 64 位两个版本，分别称为 LA32 架构和 LA64 架构。LA64 架构应用级向下二进制兼容 LA32 架构，即采用 LA32 架构的应用软件二进制可以直接运行在兼容 LA64 架构的机器上并获得相同的运行结果。
Loongson（即龙芯）是一个处理器家族，龙芯处理器主要包括三个系列，龙芯 1 号系列处理器、龙芯 2 号系列处理器和龙芯 3 号系列处理器。龙芯 3A5000 处理器属于龙芯系列处理器中的龙芯 3 号系列处理器。龙芯 3 号系列处理器片内集成多个 64 位处理器核以及必要的存储和 IO 接口，面向高端嵌入式计算机、桌面、服务器等应用。截至目前为止龙芯 3 号中：龙芯 3A1000、龙芯 3B1500 、龙芯 3A2000、龙芯 3A3000、龙芯 3A4000 都是兼容 MIPS 的龙芯处理器，而龙芯 3A5000（以及将来的型号）是基于 LoongArch 指令集架构的龙芯处理器。
关于 Loongarch 和龙芯 3A5000 先介绍到这里。通过本节的介绍，对 Loongarch 指令集架构和龙芯处理器家族有了概念，教程后面会对龙芯架构的细节展开讲述。在开始讲述龙芯相关的内容之前，首先介绍一下要使用的 os-elephant-dev 操作系统。
1.2 os-elephant-dev 简介
os-elephant-dev 是《操作系统-真相还原》配套的操作系统，该书详细描述了如何实现该操作系统。该系统实现了中断、内存管理、线程、用户进程、磁盘驱动、文件系统和一些系统调用，包含了操作系统中的各个模块。接下来运行一下 os-elephant-dev 操作系统，本节的作用是建立项目的目录基本结构，并且对系统有个大致认识。
x86 架构的 os-elephant-dev 能运行起来就行了，为了尽量不修改系统相关代码，也为了不影响本教程的进度，所以使用与原书相同的环境运行，即 bochs 运行 x86 架构的 os-elephant-dev 操作系统。建议仔细阅读本节后续内容，与本教程的环境配置相同，尽量不在配置上花费太多精力。下面开始配置 x86 架构 os-elephant-dev 的运行环境。
下载 os-loongson 项目，其中包含 os-elephant-dev 操作系统，下载完成后，切换到本节对应的分支，然后进入 os-loongson 中：
当前工作目录：os-loongson/，上面命令行中出现的 os-loongson$ 表示工作目录，注意仅复制工作目录后的命令部分。后面出现类似的内容皆为当前工作目录。
进入到项目工作目录后，开始安装 bochs，首先安装 bochs 可能依赖的库文件：
下载 bochs，并解压到 os-loongson 目录中，然后在 os-loongson 目录中创建 bochs/ 目录，该 bochs 目录将作为安装 bochs 时的目标目录，安装的文件会安装在该目录中。创建 bochs/ 目录完成之后使用 ls 命令查看当前工作目录中的内容：
解压完成后，进入 bochs 源码目录，进行配置、编译、安装。安装的目标目录在配置的时候由 --prefix 参数指定，注意 prefix 中写成自己创建的 bochs 目录绝对路径，此处仅给出示例。编译过程中可能会出现未安装的依赖库文件，一般安装后即可。
到这里 bochs 就安装完成了，之后进入安装的目标目录中，即 os-loongson/bochs 中配置运行 x86 架构 os-elephant-dev 操作系统所需要的配置文件。需要的配置文件这里下面都会列出来，依然为了不影响本教程的进度，配置文件将会直接给出可以使用的链接，点击文件名即可下载。
下载完成后将下载的文件放到 os-loongson/bochs 目录下。此时在 os-loongson/bochs 目录下使用 ls 命令查看文件，显示如下：
到这里 x86 架构 os-elephant-dev 的运行环境就配置完成了。下面开始编译 x86 架构 os-elephant-dev 代码并运行。
首先进入 os-loongson/os-elephant-dev/ 目录中。找到 makefile 文件中 hd 目标的内容，并将其后面的命令修改为自己环境下的路径。这里给出示例：
然后在 os-loongson/os-elephant-dev/ 目录执行下述命令编译链接，并写入到虚拟磁盘中：
进入 os-loongson/bochs 目录，执行下述命令运行 x86 架构的 os-elephant-dev 操作系统：
执行成功的话会显示如下界面：
到这里按下回车默认执行第六个选项，显示如下图所示的界面，并伴随一个如下图所示的黑框：
然后输入c，并按下回车开始运行，运行截图如下所示：
到这里 x86 架构 os-elephant-dev 的试运行就结束了，如图 1.2.5 所示，画面出现一个 shell，并且运行了几个命令。为了能够轻松的支持 shell 并运行图 1.2.5 所示的命令，操作系统做了很多系统支持。操作系统操作系统的运行需要底层硬件的支持，不过目前运行的 os-elephant-dev 是 x86 架构的，之后会逐渐将 os-elephant-dev 移植到 loongarch 架构上。
此处做一个小节，到目前为止我们知道了 loongarch 和龙芯系列处理器，以及 loongarch 和龙芯系列处理器之间的关系。在龙芯系列处理器中，我们将会使用龙芯 3A5000 处理器。我们还通过试运行 x86 架构的os-elephant-dev 操作系统建立了项目的目录基本机构，以及通过试运行知道我们将来在龙芯 3A5000 处理器上运行后会出现什么样的结果。
接下来开始龙芯相关工作，首先我们要明确 loongarch 架构不同于 x86 架构。本教程使用的计算机是 x86 架构的，并且使用的 ubuntu 操作系统也是 x86 架构的。在这样的环境下需要考虑如下几点：
想要在 x86 架构的计算机上运行 loongarch 架构的操作系统，需要支持 loongarch 架构的虚拟机；
想要最后生成 loongarch 架构的二进制文件，需要支持 loongarch 架构的交叉编译器；
将来可能会用到了调试工具，所以也需要支持 loongarch 架构的 gdb 调试工具。
我们将这里提到的工具称为龙芯开发环境，接下来开始配置龙芯开发环境。
1.3 配置龙芯开发环境
龙芯开发环境包含：需要支持 loongarch 架构的虚拟机、需要支持 loongarch 架构的交叉编译器和需要支持 loongarch 架构的 gdb 调试工具。这些工具分别是：
qemu-system-loongarch64 - 需要支持 loongarch 架构的虚拟机；
loongarch64-unknown-linux-gnu-gcc 等交叉工具链 - 需要支持 loongarch 架构的交叉编译器；
支持 loongarch 架构的 gdb 调试工具 - 需要支持 loongarch 架构的 gdb 调试工具
1.3.1 配置qemu运行环境
在 os-loongson 中创建 qemu 目录，其中放置需要使用的 QEMU。
开始搭建 loongarch 架构的 qemu 运行环境。
在 os-loongson/qemu/ 目录下使用下述命令试运行：
efi-virtio.rom - qemu需要使用的rom file。
loongarch_bios_0310_debug.bin. loongarch架构UEFI bios二进制程序。
1.3.2 下载编译工具链
在os-loongson中创建toolchains目录，其中放置需要用到的工具链。
1.3.3 下载支持 loongarch 架构的 gdb 调试工具
进入 os-loongson/ 目录执行下述命令：
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