गेम बॉय एडवांस पर UNIX®

परिचय

इस प्रकाशन में, मैं gununix के बारे में बात करता हूं, एक मजेदार प्रयोग है जिसमें मैंने एक सिम्युलेटर पर UNIX ऑपरेटिंग सिस्टम के एक प्राचीन संस्करण को एक लोकप्रिय (2004 में प्रकाशन के समय - लगभग। अनुवाद।) पोर्टेबल कंसोल पर लॉन्च किया। निन्टली, यूनिक्स 5 वें संस्करण (1974, 39 साल पहले जारी) निन्टेंडो गेम बॉय एडवांस पर। यह गेमबॉय के लिए होमब्रेव डेवलपर्स, ओएस, एमुलेटर या कंपाइलर्स में विशेषज्ञता वाले आईटी छात्रों, यूनिक्स रीक्स के लिए रुचि हो सकती है।


निन्टेंडो 1889 से गेम के बाजार में है (सिक्स!)। एक गेमबॉय पोर्टेबल कंसोल की एक पूरी लाइन का एक ब्रांड है, जिसे आज तक बहुत सफलतापूर्वक बेचा गया है। 1989 में रिलीज़ होने के बाद से 175 मिलियन यूनिट बिक चुके हैं। इस लेख में गेम बॉय एडवांस, संक्षिप्त GBA और इसके समकक्ष GBA SP की चर्चा की गई है।

लोहा:

• 32-बिट एआरएम प्रोसेसर (RISC), 16.78 मेगाहर्ट्ज पर देखा गया
• 32-बिट एआरएम प्रोसेसर (RISC), 16.78 मेगाहर्ट्ज पर देखा गया
• Z80 8-बिट प्रोसेसर (CISC), आवृत्ति 4.2 या 8.4 मेगाहर्ट्ज। पुराने गेमबॉय के साथ संगतता के लिए, उनके पास यह सीपीयू था
• 4 16-बिट टाइमर
• 4 चैनल डीएमए
• कलर टीएफटी स्क्रीन, रिज़ॉल्यूशन 240x160
• हेडफोन के जरिए स्टीरियो साउंड
• 10 बटन
• सीरियल पोर्ट
• GamePak कारतूस के लिए इंटरफ़ेस

कंसोल में कई मेमोरी ब्लॉक हैं:

• 16 KB BIOS ROM
• 256 KB बाह्य RAM बोर्ड (EWRAM) में मिलाप
• सीपीयू चिप (IWRAM) पर 32 KB की आंतरिक रैम
• पृष्ठभूमि और स्प्राइट पैलेट के लिए 1 केबी रैम
• 96 केबी वीडियो रैम
• ऑब्जेक्ट विशेषताओं के लिए 1 केबी रैम
• 32 एमबी रॉम कारतूस तक
• 64 KB तक का SRAM कारतूस, वैकल्पिक

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कारतूस ROM में कंसोल के एड्रेस स्पेस में दो अतिरिक्त मैपिंग हैं। इसके अलावा, कारतूस में विभिन्न आकारों या समय के साथ कई मेमोरी बैंक हो सकते हैं।

जीबीए को एक नियमित कारतूस, एक फिर से लिखने योग्य फ्लैश कारतूस, मास्टर मोड में एक और जीबीए या केबल के माध्यम से कंप्यूटर से भी लोड किया जा सकता है। यह कार्यक्षमता BIOS में संरक्षित है।

कंसोल हार्डवेयर मुख्य रूप से एक अच्छी तरह से प्रलेखित पता स्थान के माध्यम से सुलभ है। विभिन्न I / O रजिस्टर मेमोरी पतों पर मैप किए जाते हैं। इसके अतिरिक्त, BIOS में सॉफ्टवेयर इंटरप्ट के माध्यम से उपलब्ध कई फ़ंक्शन होते हैं।

उच्च स्तरीय गबुनिक्स वास्तुकला

gbaunix गेमबॉय पर लॉन्च किया गया UNIX 5 संस्करण है। इसके लिए, SIMH का उपयोग किया जाता है, C. SIMH में लिखे गए विभिन्न एंटीक कंप्यूटरों का एक सिम्युलेटर कई अन्य चीजों का अनुकरण कर सकता है, लेकिन यहाँ केवल PDP-11 का उपयोग किया जाता है। गेमबॉय के लिए कई सी टूलचाइन्स हैं, इसलिए यह सिमएच को गेमबॉय में थोड़ा रक्त के साथ पोर्ट करने के लिए निकला। परिणामी प्रणाली की वास्तुकला नीचे दिखाई गई है:


Gbaunix कारतूस सिम्युलेटर रनटाइम और OS से डिस्क छवि का एक संयोजन है। आप शेष स्थान को खाली छोड़ सकते हैं, या कुछ उपयोगी ले सकते हैं।

सिम्युलेटर एक न्यूनतम संशोधित SIMH है। खेल-विशिष्ट सुविधाओं को अमूर्तता के एक अलग स्तर में लागू किया जाता है।

TTY निष्कर्ष।

gbaunix SIMH के लिए टेक्स्ट टर्मिनल का अनुकरण करता है। आउटपुट को गेमबॉय पर की गई प्रक्रिया पर पुनर्निर्देशित किया जाता है, जो इसे प्रारूपित करता है और स्क्रीन पर प्रदर्शित करता है। स्क्रॉलिंग समर्थित है। printf() sprintf() में बफ़र में विभाजित होता है और इसे स्क्रीन पर प्रदर्शित करता है।

TTY इनपुट

अब कोई भी इनपुट इनपुट सपोर्ट नहीं है। आप केवल संकलन के दौरान परिभाषित शेल कमांड के अनुक्रम को निष्पादित कर सकते हैं। यह gba/gba_kbd.h में निर्दिष्ट है। जब UNIX चल रहा होता है, तो प्रारंभ बटन निष्पादित करने के लिए सूची से अगला कमांड जारी करता है। बटन प्रेस, चुनाव या रुकावट के माध्यम से निगरानी करना संभव है। एक उदाहरण:

 /* gba/gba_kbd.h */ const char *gba_kbdinput[] = { "unix\r", "root\r", "chdir /work\r", "ls -l\r", "./fact 100\r", "cat hanoi.c\r", "./hanoi\r", "./hanoi 3\r", "chdir /tmp\r", "echo 'main() { printf(\"Hello, World!\\n\"); }' \ > hello.c\r", "cc hello.c\r", "./a.out\r", ... /* more commands */ NULL, }; 

फाइल सिस्टम।

डिस्क छवि 2.5 एमबी लेती है, यह केवल कारतूस रॉम में फिट होती है। यद्यपि यह मेमोरी केवल-पढ़ने के लिए है, आपको किसी तरह इसे लिखने के लिए संभालना होगा। ऐसा करने के लिए, प्रत्येक लेखन ऑपरेशन रैम में एक बफर बनाता है। सभी पढ़ने और लिखने के संचालन को पहले किसी भी बफर के लिए जांचा जाता है। जैसे-जैसे ऐसे बफ़र्स की संख्या बढ़ती जाती है, उनका विलय होता जाता है। वर्चुअल स्टैडियो सिम्युलेटर पर फिसल जाता है।

स्मृति।

नकली पीडीपी -11 में हार्डवेयर में 128 KB उपलब्ध EWRAM का KB है। मेमोरी के साथ काम करने का कुछ अनुकूलन है जैसे डीएमए का उपयोग करना।

दूसरों।

यहां, कोई भी कोड जैसे रनटाइम का आरंभीकरण, TTY, इंटरप्ट, फ़ाइल सिस्टम, आदि।

डिज़ाइन

gbaunix गेमबॉय एमुलेटर और आयरन कंसोल पर दोनों पर काम करता है। हार्डवेयर में चलाने के लिए, आपको एक फ्लैश कारतूस और इसके लिए एक प्रोग्रामर की आवश्यकता है।
यह Gemyboy एमुलेटर का उपयोग करने के लिए बहुत अधिक सुविधाजनक है, खासकर अगर स्रोत के साथ टिंकर करने की इच्छा है। gbaunix अभी भी बहुत सशर्त रूप से अनुकूलित है, और यह लोहे के कंसोल पर बहुत धीरे काम करता है। एमुलेटर आपको उच्चतम उपलब्ध गति पर काम करने की अनुमति देगा, और यह बहुत सारी नसों को बचाएगा।

मेरा विकास पर्यावरण मैक ओएस एक्स के लिए तैनात किया गया है। मैं बॉयकॉट एडवांस एमुलेटर और डेविक्टर्म टूलचिन का उपयोग कर रहा हूं, जो कच्चे माल से बनाया गया था। फ्लैश कारतूस के साथ एक वास्तविक कंसोल पर जांच की गई।

यूनिक्स के इतिहास के बारे में गीतात्मक विषयांतर

यहां एक बड़ा पाठ था, जो सीधे लेख के विषय से संबंधित नहीं था, लेकिन इससे छुटकारा पाने के लिए बहुत उत्सुक था। एक अलग पोस्ट में लिया गया - habrahabr.ru/post/194160

Gbaunix डेमो, टिप्पणियों के साथ

पांचवां संस्करण, जून 1974

मैं पांचवें संस्करण का उपयोग कर रहा हूं क्योंकि यह सबसे पुराना संस्करण है जिसके लिए इलेक्ट्रॉनिक रूप से डाउनलोड करने योग्य सिस्टम चित्र और कर्नेल स्रोत हैं। हम इसे फिर से जोड़ने की कोशिश करेंगे, क्योंकि यह ट्रू है।

जब आप बिजली चालू करते हैं, तो gbaunix PDP-11 हार्डवेयर और बूटलोडर प्रॉम्प्ट - @ बारे में कुछ जानकारी दिखाएगा। यदि आप Start क्लिक करते हैं, तो कमांड कतार कर्नेल को बूट करने के लिए नाम देगा - unix । आयरनबॉय पर लोड होने में Gameboy को लगभग दो मिनट लगते हैं। डाउनलोड करने के बाद, लॉग इन करने का निमंत्रण प्रकट होता है।


आमंत्रण में अर्धविराम ( ,; लॉगिन भी एक पेपर पत्रिका है जिसका उपयोग USENIX एसोसिएशन द्वारा प्रकाशित किया गया है) Teletype model 37 टर्मिनल के लिए आवश्यक है, जो 1970 के दशक की शुरुआत में लोकप्रिय था। वह इसे पूर्ण द्वैध मोड में रखती है। हमारे GBA TTY सहित अन्य सभी टर्मिनल, बस स्क्रीन पर एक चरित्र प्रदर्शित करते हैं।

यहां तक ​​कि यूनिक्स के ऐसे शुरुआती संस्करण में ब्लॉक और कैरेक्टर डिवाइस फाइलें हैं। RK0 पहली डिस्क है, /dev/mem - डिबगर के साथ डिबगिंग के लिए सिस्टम मेमोरी प्रदर्शित करता है और पैच को हॉट पर लागू करता है।


glob , global लिए कम, मेकाचैक्टर्स * और उजागर करने के लिए एक शेल बाहरी कमांड है ? कमांड तर्क में। glob विस्तारित करता है और वांछित कमांड को आमंत्रित करता है। यदि कोई मैच नहीं हैं, तो पारंपरिक No match एरर No match ।


उत्सुकता से, कुछ आदेश जैसे कि mkfs /etc में छिपे हुए mkfs , टेढ़े हाथों से आकस्मिक कॉलिंग से दूर हैं।

dc रिवर्स पॉलिश नोटेशन वाला एक कैलकुलेटर है। इस कंप्यूटर के लिए UNIX संस्करण बनाने से पहले ही यह PDP-11 पर चलने वाला पहला कार्यक्रम है।

एक विशिष्ट पांचवें संस्करण कर्नेल को 26 Kb से कम समय लगता है। शेल में 5738 बाइट्स लगते हैं, और केवल 1972 बाइट्स में /init होता है। एक न्यूनतम सभ्य स्क्रिप्ट /etc/rc । /etc/update विफलता पर नुकसान को कम करने के लिए हर 30 सेकंड में फ़ाइल सिस्टम के सुपरब्लॉक को अपडेट करता है। ls विस्तृत आउटपुट में अनुमतियाँ, लिंक की संख्या, स्वामी, बाइट्स में आकार, अंतिम संशोधित समय और नाम शामिल हैं।


पांचवें संस्करण के युग तक, कई प्रोग्रामिंग भाषाओं के समर्थन के साथ एक समृद्ध विकास बुनियादी ढांचा पहले ही बनाया जा चुका था। उदाहरण के लिए, अल्गोल -68, एपीएल, असेंबलर, बेसिक, सी, फोरट्रान, एम 6, पास्कल, स्नोबोल, टीएमजी। सिद्धांत रूप में, गब्यूनिक्स आपको गेमबॉय पर सीधे कई भाषाओं में प्रोग्राम करने की अनुमति देता है (यह सिद्धांत रूप में है, वास्तव में यह कीबोर्ड की कमी के कारण कम से कम असुविधाजनक है)। पैकेज में सी, कोडांतरक पीडीपी -11, बेसिक, शेल और फोरट्रान के लिए कंपाइलर / दुभाषिए शामिल हैं। मैंने अल्गोल को भी आज़माया, लेकिन इसे डिस्क छवि में नहीं जोड़ा। उदाहरण के लिए, हनोई का टॉवर दिखा।





अधिक स्क्रीनशॉट को स्क्रीनशॉट के साथ एक विशेष पृष्ठ पर देखा जा सकता है

बाद के संस्करण

छठे संस्करण (मई 1975) ने इतिहास में एक छाप छोड़ी क्योंकि इसमें बीएसडी और ज़ेनिक्स की जड़ें थीं। जॉन लियोन ने अपने प्रसिद्ध " लायन्स कमेंट्स को UNIX के 6 वें संस्करण पर स्रोत कोड के साथ लिखा।" यह UNIX का सबसे पहला पूर्ण रूप से संरक्षित संस्करण भी है। पांचवें संस्करण के लिए दस्तावेज खो गया है, लगभग चौथे और पहले वाले कुछ भी नहीं बचा है। छठे संस्करण के बाद से, यूनिक्स प्रणालियों के विकास ने विशेष रूप से पुनर्जीवित किया है। फिर जनवरी 1979 में सातवां संस्करण आया, फरवरी 1985 में आठवां, सितंबर 1986 में नौवां और अक्टूबर 1989 में दसवां।

बीएसडी

गेमबॉय पर, आप SIMH में समर्थित कई और सिस्टम चला सकते हैं। लेकिन यह अधिक से अधिक जटिल है, और उपलब्ध रैम पर टिकी हुई है। बीएसडी 2.9 से स्क्रीनशॉट की एक जोड़ी:

Gbaunix अनुकूलन

गबुनिक्स में प्रयोगों के लिए आवश्यक शर्तें हैं जो काम की गति को प्रभावित करती हैं। लेकिन इसके लिए पुनर्संयोजन की आवश्यकता होगी।

IWRAM में दया कोड

Gbaunix में ARM के लिए कोड संकलित करने और IWRAM में इसे संग्रहीत करने के उदाहरण हैं। यह संभवतः प्रोसेसर सिमुलेशन कोड के लिए सबसे उपयोगी होगा।

डीएमए

एक गेमबॉय कई तरीकों से मेमोरी के साथ काम करने की अनुमति देता है, विभिन्न प्रदर्शन और सीमाओं के साथ। gbaunix मेमका memcpy() और memset() फ़ंक्शन के लिए DMA3 (सामान्य उद्देश्य) का उपयोग करता है। इसके अलावा, BIOS में सॉफ्टवेयर के माध्यम से मेमोरी को कॉपी करने और भरने के लिए कार्य होते हैं। सामान्य तौर पर, गैबुनिक्स स्मृति के साथ काम करने के लिए ठीक ट्यूनिंग का समर्थन करता है।

कैशिंग

जैसा कि मैंने पहले कहा, gbaunix stdio और एक वर्चुअल डिस्क का अनुकरण करता है, कारतूस की मेमोरी को UNIX फ़ाइल के रूप में प्रस्तुत करता है। चूंकि हार्डवेयर ROM को लिखने की अनुमति नहीं देता है, इसलिए आपको ऊपर बताए अनुसार बफ़र्स के साथ करना होगा। gbaunix डिस्क के टुकड़े को बफ़र में लोड कर सकता है। यह आपको सिस्टम के लोडिंग को तेज करने की अनुमति देता है।

UNIX कर्नेल को पुनःप्रमाणित करना

कर्नेल को पुन: संयोजित करने से गैबुनिक्स के लिए कोई ध्यान देने योग्य लाभ नहीं मिलता है, लेकिन फिर भी यह दिलचस्प है। कम से कम आधुनिक प्रणालियों के लिए एक ही प्रक्रिया के साथ तुलना के लिए। हम लोहे के मुख्य समर्थन को सीमित कर सकते हैं और इस प्रकार कुछ स्थान बचा सकते हैं।

पांचवें संस्करण के स्रोत कोड के आकार का अनुमान लगाएं।
हेडर: 13 फाइलों में 418 लाइनें
सी: 43 फाइलों में 7,222 लाइनें (परिधीय ड्राइवरों सहित)
असेंबलर: 2 फाइलों में 1080 लाइनें

मैंने कर्नेल को सीधे गेमबॉय पर संकलित करने की कोशिश भी नहीं की। यह अनिश्चित काल तक चलता है, और हम बफर मेमोरी से बाहर निकल जाते हैं। वैसे भी, ऐसे कार्य के लिए उपकरण बहुत कम शक्ति वाला है।

आदेशों का निम्नलिखित अनुक्रम मानता है कि वास्तविक हार्डवेयर या सिम्युलेटर पर पांचवें संस्करण की एक कार्यशील स्थापना है, और डिफ़ॉल्ट निर्देशिका में कर्नेल स्रोत /usr/sys

पिछले संकलन से बचे पुस्तकालयों को हटाएं:

 # chdir /usr/sys # rm -f lib1 # rm -f lib2 

संकलन शुरू करने से पहले, आपको फ़ाइल /usr/sys/param.h में मापदंडों को सही ढंग से अध्ययन और निर्दिष्ट करने की आवश्यकता है।

यदि कंपाइलर " undefined KISA0 " त्रुटि उत्पन्न करता है, तो परिभाषा को /usr/sys/seg.h जोड़ें:

 # echo '\#define KISA 0172340' >> /usr/sys/seg.h 

वास्तव में संकलन:

 # chdir ken # cc -c -O *.c ... # ar vr ../lib1 main.o alloc.o iget.o prf.o rdwri.o \ slp.o subr.o text.o trap.o sig.o sysent.o clock.o fio.o \ malloc.o nami.o pipe.o sys1.o sys2.o sys3.o sys4.o ... 

ड्राइवरों और अधिक का संकलन। आप आंशिक रूप से अक्षम कर सकते हैं:

 # chdir ../dmr # cc -c -O *.c ... # ar vr ../lib2 *.o 

सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन और लिंकिंग। आउटपुट कर्नेल बाइनरी है:

 # chdir ../conf # cc mkconf.c # mv a.out mkconf # echo rk | ./mkconf # cc -c cc # as ls # mv a.out lo # as mch.s # mv a.out mch.o # ld -x lo mch.o co ../lib1 ../lib2 # mv a.out rkunix 

rkunix - यह एक ताज़ा संकलित कर्नेल है। यदि आप इसे रूट डायरेक्टरी /rkunix , और बूट में unix बजाय कमांड rkunix देते हैं, तो यह बूट होगा।

विचार और सुझाव

होनहार विचारों की एक छोटी सूची। ज्यादातर अकादमिक रुचि

गम्बॉय का मूल यूनिक्स पोर्ट

पोर्टिंग यूनिक्स को गेमबॉय में बदलना एक ऑपरेटिंग सिस्टम कोर्स के हिस्से के रूप में छात्रों के लिए एक अच्छा व्यायाम होगा। उत्पादकता में नाटकीय रूप से वृद्धि होनी चाहिए। प्राचीन ओएस एक व्यक्ति के सिर में फिट होने के लिए काफी छोटा है। छठे संस्करण में 44 फाइलें हैं:
14 शीर्षकों सी
सी कोड वाली 28 फाइलें
कोडांतरक के साथ 2 फाइलें।

सभी में एक साथ 9000 से कम लाइनें हैं। यह डिवाइस ड्राइवरों के साथ है। असेंबलर वहाँ 10% के बारे में।

मेरी राय में, कार्य काफी संभव है। कोडांतरक कोड और कंपाइलर को पोर्ट करने में कठिनाई हो सकती है।

प्रदर्शन में सुधार

हालाँकि मैंने जहाँ संभव हो वहाँ काम को गति देने की कोशिश की, यह अभी भी अंतिम समाधान का एक लंबा रास्ता है। आप प्रोसेसर सिमुलेशन कोड ( pdp11_cpu.c ) से शुरू कर सकते हैं - यह समय का सबसे बड़ा अंश चलाता है।

इनपुट तंत्र

अब gbaunix केवल संकलन के दौरान वायर्ड की गई कतार को निष्पादित करता है। वास्तविकता के करीब पहुंचने के लिए, आपको उपयोगकर्ता द्वारा कमांड दर्ज करने का एक तरीका चाहिए। वैकल्पिक रूप से, आप वर्चुअल कीबोर्ड की पेशकश कर सकते हैं जो सामान्य रूप से टर्मिनल के साथ काम करता है।

मूल Macintosh का मैक एमुलेशन

पहला मैकिन्टोश विशेष रूप से उन्नत हार्डवेयर नहीं था: 8 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति के साथ 16-बिट प्रोसेसर, 128 केबी रैम, 64 केबी रॉम, कैश नहीं, कोई व्यवधान नहीं, 400 केबी फ्लॉपी डिस्क, 512x342 के संकल्प के साथ एक मोनोक्रोम स्क्रीन। गेमबॉय में अभी भी अधिक शक्तिशाली हार्डवेयर है, स्क्रीन को छोड़कर। सिद्धांत रूप में, आप एक हल्के Macintosh एमुलेटर बना या पोर्ट कर सकते हैं। स्क्रॉल करके स्क्रीन की कमी के लिए मुआवजा, बफ़र्स के साथ डिस्क पर लेखन आदि का अनुकरण करें।

एक अन्य विकल्प डॉस के प्राचीन संस्करण को चलाने के लिए 8088 एमुलेटर को पोर्ट करना है।

कहां से डाउनलोड करें

gbaunix-0.0.tar.bz2

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चलाने के लिए, आपके पास RK05 डिस्क छवि होनी चाहिए। यह शामिल नहीं है, लेकिन अगर आप लाइसेंस समझौते की शर्तों से सहमत हैं तो इसे पीडीपी यूनिक्स प्रिजर्वेशन सोसायटी की वेबसाइट से डाउनलोड किया जा सकता है।

http://minnie.tuhs.org/PUPS/

के उपयोग

यदि आप बस देखना चाहते हैं, तो आप बिना किसी बदलाव के कर सकते हैं और एक सिम्युलेटर रनटाइम और एक डिस्क छवि को एक साथ रख सकते हैं:

 % cat unixv5.tmp disks/unixv5.dsk > unixv5.gba 

unixv5.gba एक रेडी-टू-लॉन्च इमेज कारतूस है। इसका उपयोग एमुलेटर और आयरन कंसोल दोनों के साथ किया जा सकता है।

यदि आप gbaunix को पुन: स्थापित करना चाहते हैं (अत्यधिक अनुशंसित है, यह प्रक्रिया से मज़ा लेने का एकमात्र तरीका है), तो आपको एआरएम वास्तुकला के लिए क्रॉस-संकलन वातावरण की आवश्यकता होगी। आपको मेकफाइल को ठीक करने की आवश्यकता हो सकती है। RK05 छवि को disks/unixv5.dsk नाम दिया जाना चाहिए। उसके बाद, सैद्धांतिक रूप से, एक make कमांड पर्याप्त होना चाहिए।

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