ZCCの注意点

YouTube に ZCCで "Hello, world" する動画を上げました。

"Hello, world" under CP/M-8000

 ZCCを使ってみて気づいた注意点を上げておきます。なにせK&R時代の古いCコンパイラなので、今の感覚でコードを書くと、思わぬところでエラーの嵐に遭遇します。

・=- に注意

　「x=-1」 は、「x = -1」ではなく「x -= 1」に解釈されます。コンパイル時にwarningがでますが、オブジェクトファイルが出力されリンクも正常にできるので注意が必要です。実行してみて意図した動作をしないことで気づきましたが、理由がわからずしばらく悩みました。 かなり古い（K&R以前？）の書き方のようです。

・関数のプロトタイプ宣言に引数の型を含めない & 戻り値がなくても int で宣言

　これもかなりハマりました。次のように宣言します。

         int foo(a, b);

         foo(a, b) int a, b;
         {
            /* 戻り値なしの処理 */
         }

・unsigned char が使えない？

　unsigned int は使えるのですが、unsigned char はサポートしていないようです。

・関数名、ラベル名、変数名は8文字まで 

　Cコンパイラは名前の前に "_" をつけるので、実質使えるのは７文字です。それ以上の文字は無視されるので、気を付けないと違う名前を付けたのに同じと判別されてしまいます。アセンブラとリンカが８文字までしかとらない仕様なので、これは仕方ありません。

・コンパイラの -D オプションが働かない

　これは、The Unofficial CP/M Web Siteに書かれていました。試したところ本当に働きません。ヘッダファイルに、#define で定義しておく必要があります。

・コンパイラのオプションがわからない

　ZCCのドキュメントが失われているようで、コンパイラーに指定できるオプションがわかりません。今のところわかっているのは、上の働かない-Dぐらいです。CP/M-68KのCコンパイラにはドキュメントが残っているようなので、参考になるかもしれません。

・改行コードと終端コードに注意

　改行コードがCR+LFで、テキストがEOFで終端されていないとエラーに悩まされます。これはZCCというよりCP/Mの仕様なのですが、意味のわからないエラーメッセージがでるので悩まされます。CP/M上でコードを編集する場合は大丈夫ですが、LinuxやWindows上で編集している場合に問題になります。改行コードは指定しておけば問題ないのですが、末尾にEOFをいれてくれるエディターはないようなので、意図的に入れる必要があります。VimだとCtrl+Zで入れられます。EOFのあとにテキストが入っていても無視されます。

癖がわかってくると、ZCCは結構使える気がします。アセンブリ言語で書くよりは格段に楽ですから、多少の制約は我慢できます。

CP/M-8000にFPUエミュレーションを追加

 CP/Mのライセンスに変化があったのと、夏休みに入って時間ができたこともあり、CP/M-8000に手を入れています。その一番目として、やり残していたFPUエミュレーションをCP/Mにリンクして使えるようにしました。

作業としては、fpe.o と fpedep.o をXOUTからCOFFに変換し、biostrap.sを書き換えるだけですんだので拍子抜けするほど簡単でした。fpe.oはZilogが出荷予定だった実数演算コプロセッサのZ8070をエミュレートするもので、Z8070の命令がくると例外処理で実数演算をソフトウェアで実行します。

これで、ZCC（ZilogのCコンパイラ）で、floatが扱えるようになりました。ためしに、レトロCPU界隈ではメジャーなマンデルブロ集合のASCIIARTをC言語に書き換えて実行してみました。コードは下のような感じです。

これをコンパイルして実行したのが下の結果です。

見慣れたアスキーアートが出ているので、問題なく動作しているようです。ただし実行時間は遅く、7分44秒とかなり期待はずれな結果です。結果はともかく、実数演算がC言語で使えるようになっただけで可能性は広がります。試せる人はかなり限られると思いますが、この成果はGitHubのリポジトリに反映しました。

今後は、開発環境を改善していく予定です。私にはCP/M標準のEDが全く馴染まないので、まずはエディタをどうにかしようと検討中です。

Z8K CP/Mボード その２

こんなものを試す人はかなりのハッカー基質の人だと思い、Githubの説明はあまり親切でないのと、英語があまりにひどいので、CP/M-8000を起動させるための補足をしておきます。

準備

作業はDebian系のディストリビューションで行うことを想定しています。ATMEGAのコードをビルドし書き込むために、gcc-avr, avr-libc, avrdude をインストールしておきます。Z8000のコードをアセンブルするために、GNUのサイトからbinutils をダウンロードして、 Z8001クロス開発環境　binutilsをビルドしてみるを参考にビルドしてください。私が確認しているは使っているのは、binutils-2.34 です。

ATMEGA164のヒューズビット設定 

Z8001MBと同じくZ8K CP/Mでは、Z8001を起動するためにATMEGA164Pが使われていますが、JTAGの禁止と外部クロック入力にするためヒューズビットの書き換えが必要です。値は、LFUSE : 0xE0, HFUSE : 0xD9 です。ATmega164PのJTAGを禁止するを参照し、avrdudeを使って書き換えてください。

マシンモニタの書き込み

z8kboot ディレクトリでmakeを実行してください。z8kbooter.elf が作られます。 チップへの書き込みは、make write で実行できます。

CP/M-8000のビルド

COFFに変換済みのcpmsys.o と libcpm.a が入れてあるので、cpm8kディレクトリで、makeするだけです。cpm8k.bin が作られます。

CP/M-8000のディスクイメージの作成

cpmtoolsをインストールし、/etc/cpmtools/diskdefsにcpm8kディレクトリにあるdiskdefsを追加します。diska/b/c/d ディレクトリにディスクイメージに含めたいファイルを入れて、make dskimg を実行します。disk.img   ができるので、dd でCFに書き込めばOKのはずです。ディスクイメージに入れるCP/M-8000のコマンド類は、　http://www.cpm.z80.de/download/cpm8k11.zip を解凍すると得られるDISKn.ZIPに含まれています。

こんな状況になると予想しておらず、慌てて書いたので間違っているかもしれません。

Z8K CP/Mボード

 私がGithubにあげているZ8001MBの回路図をもとに、tomi9さんがCP/M-8000を動作させることができるPCBを作成され、一枚送ってくださいました。

PCBだけでなくCFのソケットとGALも同封されており、あとは手持ちの部品だけで行ける状態でした。tomi9さん、ありがとうございます。自分もいつかはPCBを作ってみたいとは思っているのですが、なかなか勇気が出ません。ラッピングワイヤーでの手配線だと、すぐに回路の修正がききますが、PCBだとそう簡単にはできません。

久しぶり（中学高の技術の授業以来？）のPCBでの組み立てで、ちょっと一投目は緊張しましたが、最難関のCFソケットのはんだ付けを済ませ、Z8536以外の部品を組みつけて、現在、動かせるところまで来ています。

FUZIX：z80packのカーネル初期化

 FUZIXカーネルの初期化の部分を見ていきます。

Kernel/platform-z80pack/fuzix.lnk に、カーネルがどのようなコードがリンクされてつくられるかが記述されています。

platform-z80pack/crt0.rel
platform-z80pack/commonmem.rel
platform-z80pack/z80pack.rel
platform-z80pack/main.rel
 :
 :
syscall_level2.rel
syscall_net.rel
select.rel
platform-z80pack/net_native.relか

カーネルの先頭はcrt0.rel で、対応するソースコードはcrt0.sです。中身を見ると、割り込みを禁止して、スタックポインタを設定しています。次にコールされているinit_earlyはz80pack,sにあり、メモリバンクのサイズとバンク数を設定します。

init:
        di
        ld sp, #kstack_top

        ; Configure memory map
        call init_early

次は共有メモリーの初期化です。"s_", "l_"で始まるシンボルは、アセンプラが.area で定義したセクションに対し作った開始アドレスとサイズを示すシンボルです。_COMMONMENセクションは、fuzix.lnk で開始アドレスが0xf400と定義されています。_DATAセクションはリロケートされるセクションなので、その時々で場所とサイズが変化します。最初のブロック転送で、_DATAセクションを_COMMONMEMセクションにコピーし、２番めのブロック転送で_COMMONMENセクションに続く領域に_DSICARDセクションをコピー。３番目のブロックコピーでは_DATAセクションを0クリアしています。

	; move the common memory where it belongs    
	ld hl, #s__DATA
	ld de, #s__COMMONMEM
	ld bc, #l__COMMONMEM
	ldir
	; and the discard
	ld de, #s__DISCARD
	ld bc, #l__DISCARD
	ldir
	; then zero the data area
	ld hl, #s__DATA
	ld de, #s__DATA + 1
	ld bc, #l__DATA - 1
	ld (hl), #0
	ldir

続いてz80pack.sにあるinit_hardwareをコールしています。この中では、RAMとカーネルサイズの設定、タイマーを100Hzに設定、割り込みベクターの設定を行います。そしてこれらの初期化を終えたあと、FUZIXのメインに飛びます。

        ; Hardware setup
        call init_hardware

        ; Call the C main routine
        call _fuzix_main

カーネルロードから初期化しカーネルに実行を移すところまで見てみましたが、意外とあさりした印象を受けます。ここまでなら、なんとなくZ280MBに移植でるような気がします。

FUZIX：z80packのメモリマップ

 z80pack では、64kバイト以上のメモリが扱えるよう、バンク切り替えができるようになっています。バンクは0x0000からはじまり、256バイト単位でサイズを変更できます。バンクを切り替えると、外された他のバンクはCPUからはアクセスできなくなってしまいます。バンクより高位のメモリ空間は共通で、バンクを切り替えてもCPUからは常にアクセスできます。

MMUを制御するI/Oポートと機能は次のようになっています。

ポート	機能
20	バンク数設定
21	バンク番号設定
22	バンクサイズ設定 (256バイト単位)
23	共通領域ライトプロテクト

FUZIXではREADMEによると、カーネルをバンク０に置き、プロセスを１から7までに置くようになっています。Z80の64kバイトのメモリ空間の内、0x0000から0xefffまでの60kバイトがバンク切り替え領域です。0xf000から0xffffまでは共通領域で、カーネルがアプリケーションを管理するためのデータ構造や、バンク間のデータをコピーするためのコードとバッファなどがあります。

Z280MBにFUZIXを移植するには、z80packのメモリレイアウトは都合が良さそうです。Z280のMMUのページサイズは4kバイトなので、0x0000-0xefffの領域を異なる物理アドレスにマップすることで、バンク切り替えと同じ動作にできます。

FUZIX：z80packのブートディスク

z80packのブートディスクを見ていきます。

ブートディスクは、CP/Mでは標準の 8インチ IBM3740フォーマットです。

セクタサイズ	128
セクタ数/トラック	26
トラック数	77

ディスクの先頭から58トラックにはファイルシステムを置くことができますが、Makefileのdiskimageで作られるイメージでは空でファイルシステムは作られません。第１セクタは特別で、ブートコード bootblock.bin が書き込まれます。59トラック目から最後のトラックまでは、FUZIXのカーネル  fuzix.binが書き込まれています。READMEには、カーネルはディスクの60トラック目から書かれていることになっているのですが、bootblock.sを読んだ限りでは、59トラック目からが正しいようです。

PCがリセットされると、BIOSがディスクからブートコードをメモリの0x0000番地に読み込み実します。ブートコードは、128バイトに収まるように作ってあるので、大して複雑なことはできません。bootcode.sを読んでみると、59トラック目から順番にディスクアクセスし、0x0088番地からメモリに書き込んでいくだけのコードです。最後に0x0088にジャンプしてカーネルを実行を移します。