The history of NetBSD/atari and support for ATARI compatible Milan / OSC2018Osaka

NetBSD/atari の歴史と
ATARI互換機 Milan サポート
オープンソースカンファレンス2018大阪
ひさしぶりの「謎マシン起動しました」展示
Izumi Tsutsui
[email protected]

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去年のOSC大阪
 PC-6001実機展示と PC6001VX エミュのデモ

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pkgsrcに入れてしまえば
なんでもNetBSD関連と
言い張れるという手法
♪〜(´ε｀)

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いつものブース説明
 「OSとは」
●「OSの展示」というのが実に難しい
● 作る人はシングルユーザ起動で満足しがち
● 見る人にとっては、ブートメッセージとか
　ログインプロンプトとか見ても意味不明
➔ 外観勝負の謎マシン展示 or
テストを兼ねた mikutter 等のアプリ展示
というのが定番の説明

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今回のOSC大阪
♪〜(´ε｀)
https://twitter.com/tsutsuii/status/954750277642416128

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ひさしぶりにガチの
NetBSDカーネルネタです
ふつーの方にウケるかは
非常に謎です……

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NetBSDとは
 えびはらさん「NetBSDのご紹介」より
NetBSDは、4.3/4.4BSD&386BSDベースの
OSです。プロジェクトは1993年3月21日か
ら開始していて、現在も活発に開発が進ん
でいます。60種類以上のハードウェアを、
単一ソースツリーでサポートしています。

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今も60種類以上？
 2018年1月現在
acorn32 algor alpha amd64 amiga amigappc arc atari
bebox cats cesfic cobalt dreamcast emips epoc32 evbarm
evbmips evbppc evbsh3 ews4800mips hp300 hpcarm
hpcmips hpcsh i386 ibmnws hppa iyonix landisk luna68k
mac68k macppc mipsco mmeye mvme68k mvmeppc
netwinder news68k newsmips next68k ofppc
playstation2 pmax prep rs6000 sandpoint sbmips sgimips
shark sparc sparc64 sun2 sun3 vax x68k zaurus

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ATARI とは
 Wikipediaより引用
アタリ（ATARI）は、アメリカ合衆国のビデオ
ゲーム会社で、ビデオゲームを作ることを主眼に
創立された会社としては世界初。
ノーラン・ブッシュネルにより1972年に創業。
囲碁の日本棋院初段を持つブッシュネルが
囲碁用語「アタリ」から社名を取った。
https://ja.wikipedia.org/wiki/アタリ_(企業)

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ATARI のコンピュータ
 ATARI ST
●
1985年発売 …80386やHP300登場の年
●
MC68000 8MHz 採用
●
外部バス16ビット(Sixteen)
内部演算32ビット(ThirtyTwo)
から ST の名に
●
NetBSDは非サポート(MMU無し)
だが、後の ATARI 機種の原型
https://en.wikipedia.org/wiki/Atari_ST
© Bill Bertram, 2006
CC-BY-2.5 Attribution

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ATARI 用OS
 “The Operating System”
●
DOSに似た GEMDOS と GUI の GEM で構成
●
CP/M作成元のデジタルリサーチにより開発
●
Free版の “EmuTOS” が今でも開発継続
https://en.wikipedia.org/wiki/Atari_TOS

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ATARI のコンピュータ
 ATARI TT030
●
1990年発売 …なおX68030は1993年
●
MC68030 32MHz 採用
●
外部バス32ビット(ThirtyTwo)
内部演算32ビット(ThirtyTwo)
から TT の名に
●
当初からUNIX Workstation を
目指したが、開発遅れで振るわず
https://en.wikipedia.org/wiki/Atari_TT030

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NetBSD/atari の始まり
 「NetBSD移植勢」としては古参
●1994年の NetBSD/amiga 1.0 をベースに
Leo Weppelman 氏により
TT030 を対象に移植作業開始
●1995年3月にNetBSDに正式portに
●同年11月の NetBSD 1.1 が最初のリリース
当時は amiga, atari, mac68k, x68k 等々の68k勢が活発でした
http://www.netbsd.org/ports/atari/history.html

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NetBSD/atari と TT030 と私

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2009年 OSC関西＠京都
http://www.ceres.dti.ne.jp/tsutsui/osc2010kobe/img02.html
 とりあえず展示しました

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2010年 OSC関西＠神戸
http://www.ceres.dti.ne.jp/tsutsui/osc2010kobe/SMC_TT-OSC2010Kobe.html
 謎NIC作成 + ドライバ作成して展示

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2011年 OSC関西＠神戸
http://www.ceres.dti.ne.jp/tsutsui/osc2011kobe/NetBSD-EtherNEC.html
 謎NICその2 + ドライバ作成 + セミナー

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その後はメンテナンスモードに
 リリース区切りで動作確認
●NetBSD 6.0： 2012/10/17
●NetBSD 7.0： 2015/9/25
●NetBSD 8 ブランチ 2017/6

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KOF2017での転機
 NWS-800 メインボード画像の差し入れ

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NetBSD/news68k 8.0_BETA

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zlib NULLチェックの罠ふたたび
•zlib が展開先アドレスのNULLチェックしてる
•NetBSD/news68kカーネルはアドレス0にロード
➔NULLチェックでコケる罠

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NetBSD/atari もテスト

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いろいろおかしい(´・ω・｀)
https://twitter.com/tsutsuii/status/930796600741453825 https://twitter.com/tsutsuii/status/930797987529342976

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インストールFD 1.44MB問題
 複数フロッピーサポートが待たれる……
●NetBSD/atari のインストーラは
2HD FDにファイルシステムが入っている
●いろいろバイナリが太るとあふれる
●デイリービルドを通すために
使ってなさそうなコマンドを消す人がいる
●実は使われてて落ちる罠
⇒実機テスト重要……

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とりあえず 8.0_BETA は直しました

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とかいうやりとりを
[email protected]
のメーリングリストに
投げていたら

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port-atariメンテナからのメール
 デジャヴュ
MLのメールやりとりが一段落した11/25
「Milan (ATARI clone) いらない？」
「持ってたけどずっと作業してなくて」
「実際に作業する人に送りたい」

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お、おぅ

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Milanとは
http://www.uweschneider.de/en/projects_milan.php

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Milanとは
 非x86な ATマザーボードの謎マシン
●ドイツ Milan-Computer-Systems社による
ATARIクローン
●MC68040 と安価なPC用パーツを使用して
ATARI機とソフトコンパチなマシンを作る
……というコンセプト

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Milanとは
● 1997年10月頃アナウンス、1998年登場?
● PC-ATフォームマザーボード
● MC68040 25MHz (68060オプションも存在)
● 72pin EDO SIMM x4 (max 512MB)
● モトローラ 68901 MFP (タイマ、シリアル他)
● Intel 82371 サウスブリッジ + SuperIO
➢PCI×4, ISA×3, IDEx2, FDD
➢PS/2キーボード・マウス
➢シリアル、パラレル

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NetBSD/atari での Milan サポート
●2000年 2月：MLで最初の問い合わせ
●2000年 8月：MLで TODOリストに挙がる
●2001年 4月：カーネルコンフィグ追加
●2001年 6月：Milanテスト用カーネル公開
●2002年 3月：PCIサポートカーネル公開
●2002年 9月：NetBSD 1.6 で正式サポート
http://mail-index.netbsd.org/port-atari/oindex.html

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NetBSD/atari その後
 続けるのは大変……
2003年12月を最後に、Milan その他
NetBSD/atari に精力的にコミットしていた
Leo Weppelman 氏のアクティビティが低下
なお NetBSD 2.0 リリースは 2004年12月

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https://twitter.com/yojiro/status/575350578982735872

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◯|￣|＿

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というわけで今度はイギリスから

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とりあえず
動かしてみる

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ATケースは高い (´・ω・`)
https://www.amazon.co.jp/dp/B00JJ7UF7I

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こいつで代用

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さらに発掘

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これも必要

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AT電源 Tips

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とりあえず起動はOK

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カーネル起動にはFDDも必要

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ケーブルも発掘が大変

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FDDもヘッド固着してたり……
https://twitter.com/tsutsuii/status/952490597171916800 https://twitter.com/tsutsuii/status/952499725248315392

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IDE HDD 8GB の壁

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PCI PIO NIC

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NetBSD/atari 1.6.2 からテスト

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1.6.2 のカーネルは起動

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……が、panic

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2.1 のカーネルも起動

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……が、途中でハングる

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netbsd-3 ブランチのカーネルも
NetBSD 2.1 とほぼ同じ感じ
ちなみに NetBSD 3.0 リリースは
2005年12月

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netbsd-4 ブランチカーネル
なぜか一部のデバイスが
アクセスできていない？
（HDDも見えていない）

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NetBSD 5.2.3 のカーネルも
netbsd-4 と同じくおかしい
NetBSD 5.0 リリースは
2009年 4月

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NetBSD 6.1.5 のカーネル
起動直後のVGAの初期化の
デバッグメッセージの後で
ハングアップ？

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前途多難

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なぜ動かなくなるのか
 「何もしてないのに」「何もしないから」
なぜ時とともに動かなくなるのか？
➔ NetBSDのソース構成を見る必要がある
➢「機種依存部分」(Machine Dependent, MD)
➢「機種独立部分」(Machine Independent, MI)

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MI/MD構成
OS共通部分
メモリ管理
タスク管理
ファイルシステム
ネットワークプロトコル
……
共通(MI)
デバイス
ドライバ
SCSI
ATA
Ethernet
……
CPU
固有部
割り込み
アドレス変換
……
機種依存(MD)部 ←OSの全体の5%くらい？

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MI/MD構成
OS共通部分
メモリ管理
タスク管理
……
共通(MI)
デバイス
ドライバ
SCSI
ATA
Ethernet
……
CPU
固有部
割り込み
アドレス変換
……
「移植」というのはこの部分の実装
ポートメンテナが作業するのもここ

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MI/MD構成
OS共通部分
メモリ管理
タスク管理
……
共通(MI)
デバイス
ドライバ
SCSI
ATA
Ethernet
……
CPU
固有部
割り込み
アドレス変換
……
OS全体共通部分が変わった場合、
機種別の接続I/Fも書き直す必要がある

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MI/MD構成
OS共通部分
メモリ管理
タスク管理
……
共通(MI)
デバイス
ドライバ
SCSI
ATA
Ethernet
……
CPU
固有部
割り込み
アドレス変換
……
共通のドライバのI/Fが変わった場合も
機械的な置き換えだけをすると
機種固有の問題にハマることが……

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MI変更の例
NetBSD 2.0：M:Nスレッド SMPサポート
(Scheduler Activation)
NetBSD 4.0：VMレイアウト変更、gcc 4.1
NetBSD 5.0：SMP構成変更、softint(9)
NetBSD 6.0：gcc 4.5
メンテナ的にはインパクトあっても
ユーザーには見えない変更も多くあります

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NetBSD 4, 5 それぞれの
VM変更、SMP変更では
atari, x68k, luna68k 等々
持ってないマシンのコードを
直すのが結構大変でした……
なぜか今はどれも持っていたり

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まずは
NetBSD/atari が
まだ活発だったころの
NetBSD 2.1 をベースに
デバッグを開始
デバッグ開始

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クロスビルド環境

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NFS root 設定

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デバッグサイクル
 適当に修正したカーネルをビルド
 カーネルを gzipする
 gzipカーネルをDOSフォーマットFDに書く
 Milanを起動して TOSを立ち上げる
 "loadbsd.ttp” のローダーアプリを起動
 フロッピーからgzipカーネルをロード
 NetBSDカーネルが起動

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デバッグサイクル
 適当に修正したカーネルをビルド
 カーネルを gzipする
 gzipカーネルをDOSフォーマットFDに書く
 Milanを起動して TOSを立ち上げる
 "loadbsd.ttp” のローダーアプリを起動
 フロッピーからgzipカーネルをロード
 NetBSDカーネルが起動
数秒〜数十秒
ほぼ一瞬
約30秒
約2分
フロッピー入れ替えと
ダブルクリックと
コマンドタイプ
約2分
⇒ 合計 5〜6分

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デバッグ用に
カーネル内部に
printfを足して
様子を見るだけでも
5〜6分かかる
しかもフロッピーを入れ替える必要あり

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つらい
(ヽ´ω`)

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ドイツ語キーボード問題
 NetBSD/atari の起動後に再起動すると
なぜかNVMの設定が壊れる
 NVM設定が初期化されるとTOSの表示と
キーボード配列がドイツ語設定になる
 ‘-’ を打とうとすると 'ß' になる
 netbsd.gz の ‘z’ を打つと ‘y’ になる
起動するのも一苦労になったり……

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NVMドライバをいじって
初期化しないように修正
/* XXX: Milan's firmware seems to use different check method */
if ((machineid & ATARI_MILAN) == 0) {
if (!nvram_csum_valid(nvram_csum())) {
printf(": Invalid checksum - re-initialized");
for (nreg = MC_NVRAM_START; nreg < MC_NVRAM_CSUM;
nreg++)
mc146818_write(RTC, nreg, 0);
nvram_set_csum(nvram_csum());
}
}

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HDD起動できるように
CD-ROMからHDDに
バイナリを展開してみる

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負荷をかけると
確率的にハングするので
ブートローダーと
カーネルだけを
入れてみる

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ブートストラップ

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フローピーの呪縛からは
開放されたので、
-current に追従するため
NetBSD 4.0以降で
おかしい問題をチェック

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netbsd-4でデバイスが見えない問題
なぜか一部のデバイスが
アクセスできていない？
（HDDも見えていない）

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 タイマやキーボードは検出されている
 PCIもデバイス検出はできているが
レジスタアクセスができていない
 見えているデバイスと見えないものとでは
アドレスのマップ方法が違う？
 NetBSD 3 → 4 で VM APIが変わっている

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 仮想アドレスを見えているデバイスと
同じ領域にしてみる ⇒ダメ
 見えているデバイスと見えないものとで
ページテーブル設定を比べてみる
⇒見えていない方は PMAP_WIRED 設定？
↓
pmap_enter(9) で PMAP_WIRED を
外したらうごくようになりました
（3.0ではなんで動いてたのか不明）

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netbsd-6で起動直後に止まる問題
起動直後のVGAの初期化の
デバッグメッセージの後で
ハングアップ？

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netbsd-6で起動直後に止まる問題
 コンソール初期化付近にデバッグprintfを
入れつつ、怪しい関数をコメントアウト
という手法で探索
 ISAのコンソールデバイス(キーボード)の
初期化でハングしているっぽい？
 5.0 と 6.0 の差分を確認
⇒デバイス構造体変更でNULLアクセス発生
 そこを修正して起動まで進むように

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その他の雑多な問題
 ISA割り込みを設定したらハング
⇒locore.s のハンドラに typo 入ってた
 FDDが検出されない
⇒MIドライバ変更でATARI固有設定の
　変更漏れ
 tar ball 展開でハングする問題
⇒存在しないメモリをアクセスしている？
　メモリ量を16MBのみとすることで
　とりあえずそれなりに動いている？

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-current動作確認とコミット
 netbsd-6 と同様の修正で 8.0_BETA も
-current も無事に起動して動作

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-current動作確認とコミット
 結局修正したのは実質 5つのファイルだけ
 都度メンテしないと調査が大変……

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今後の課題
 メモリ検出の問題
各SIMMの物理アドレス配置調査が必要？
直せれば 512MB なビルドマシンも可能!?
 高負荷でハングする問題
とにかく race condition っぽいところを
調べるしか無い？
 各PCIデバイス動作の検証

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まとめ
●
カーネルデバッグは大変ですが
自分で調べて動くと楽しいです
●
放置してると動かなくなるので
定期的なメンテが重要です
●
OSC展示駆動がおすすめです
「-currentが動いたら OSC大阪展示するよ！」
と元オーナーに宣言してたのでした

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The history of NetBSD/atari and support for ATARI compatible Milan / OSC2018Osaka

The history of NetBSD/atari and support for ATARI compatible Milan / OSC2018Osaka

Izumi Tsutsui

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