UARTドライバを書いてみましょう

QEMUの'virt' マシンにはPL011というUARTがあるので、それに対するドライバを書いてみましょう。

const FLAG_REGISTER_OFFSET: usize = 0x18;
const FR_BUSY: u8 = 1 << 3;
const FR_TXFF: u8 = 1 << 5;

/// PL011 UARTの最小ドライバ。
#[derive(Debug)]
pub struct Uart {
    base_address: *mut u8,
}

impl Uart {
    /// 指定されたベースアドレスに存在する
    /// PL011 デバイス用の UART ドライバの新しいインスタンスを作成します。
    ///
    /// # 安全性
    ///
    /// 指定されたベースアドレスは PL011 デバイスの 8 つの MMIO 制御レジスタを指していなければなりません。
    /// これらはデバイスメモリとしてプロセスのアドレス空間に
    /// マッピングされ、他のエイリアスはありません。
    pub unsafe fn new(base_address: *mut u8) -> Self {
        Self { base_address }
    }

    /// UART に 1 バイトを書き込みます。
    pub fn write_byte(&self, byte: u8) {
        // TX バッファに空きができるまで待機します。
        while self.read_flag_register() & FR_TXFF != 0 {}

        // SAFETY: We know that the base address points to the control
        // registers of a PL011 device which is appropriately mapped.
        unsafe {
            // TX バッファに書き込みます。
            self.base_address.write_volatile(byte);
        }

        // UART がビジーでなくなるまで待機します。
        while self.read_flag_register() & FR_BUSY != 0 {}
    }

    fn read_flag_register(&self) -> u8 {
        // SAFETY: We know that the base address points to the control
        // registers of a PL011 device which is appropriately mapped.
        unsafe { self.base_address.add(FLAG_REGISTER_OFFSET).read_volatile() }
    }
}