A story of porting OpenBSD/luna88k, at the 1st Kernel/VM explorer @ Nagoya.

1. 第一回 カーネル／VM探検隊＠名古屋
BSD昔ばなし
OpenBSD/luna88k
移植物語
Nagoya *BSD Users' Group
Kenji Aoyama / ⻘⼭ 健治
Twitter: @ao_kenji
〜 port maintainerになるまで編 〜

2. 2
自己紹介(1)
• ⻘⼭ 健治 / あおやま けんじ
– 本業: 電機メーカ勤務
業務プロセス改善を企画するスタッフ
• パソコン歴
– MZ-2000
– X68000XVI
– PC-AT
画像出典: http://www.itoi.jp/time31.html ・SHARP GALAPAGOS STORE より
MZ, Xはソフトが少ないのがあたりまえの機種
→「なければ自分で何とかする!」という文化に染まる

3. 3
自己紹介(2)
• UNIX歴
– Sun3 / SunOS 4.0.x ぐらいから?
– FreeBSD → NetBSD → OpenBSD
• OpenBSD/luna88k port maintainer
– 2004年〜
↑今日は、ここに至るまでのお話です

4. 4
LUNAとは?
• LUNAシリーズ
– オムロン株式会社が1980年代後半〜90年代
初めに販売していたワークステーション
• LUNA, LUNA-II
– CPU:モトローラ68030/68040(m68k)
– NetBSD/luna68kが動きます
• LUNA-88K, LUNA-88K2
– CPU:モトローラ88100(m88k) MP対応
– OpenBSD/luna88kが動きます
⾒かけたら保護を!

5. 5
LUNA-88K2:こんなマシンです
前面の
液晶パネル
個々のCPU動作
状況が分かる
LEDマルチプロセッサ
対応
比較的
コンパクトな筐体
(家庭にもおけます)
CPU動作状況が
分かる電源ボタン
Cバススロット
(88K2のみ)

6. 6
2000年8月: はじめは他⼒本願
• LUNA-88K2を廃棄物置場から保護
• 絶対にNetBSDが移植されると思っていた
ので、しばらく様⼦⾒する
※:NetBSD/luna68kは2000/01/05に登場
http://wiki.netbsd.org/ports/luna68k/luna68k_info/#futurework
Future work
LUNA-88K support would be a fun project; CMU Mach3 MK84 release
contains code for the LUNA-88K hardware, and its peripheral devices
are nearly identical to those of the LUNA.
NetBSD/luna68kの
Webページより
(現在もこのまま)

7. 7
2001年5月: port-m88k にアピール
Subject: LUNA-88K2
To: None <port-m88k@netbsd.org>
From: Kenji Aoyama <aoyama@nk-home.net>
Date: 05/14/2001 22:56:57
Hi,
I have an OMRON LUNA-88K2 (DT9581), which is driven by four
33MHz 88100 processors. I think it is the final model of OMRON
LUNA-88K series.
I'm not sure about the difference between LUNA-88K and LUNA-88K2,
but when NetBSD/luna88k binaries are ready, I will be able to test if
they are running on LUNA-88K2.
And I have the hardware manuals of LUNA-88K and LUNA-88K2 written in
Japanese, so if someone interested, please let me know.
(But I think they are not so much informative...)
NetBSD/luna88kができたら、
LUNA-88K2でテストしまっせ!

8. 8
2001年秋: 無謀な挑戦!?
• あまり進展がないので、最近の*BSDを自
分で動かしてやろうかと思い始める
• まずはCPUのマニュアル
を探す
• 12月にオーストラリアの
古本屋のWebページ
で発⾒ → 購入
この本を⾒つけてしまった
のが運命の分かれ道(^_^)

9. 9
m88kとは?
• モトローラがm68kの後継として開発したRISC
プロセッサ
• マルチプロセッサ構成を念頭に置いた設計
• 開発の遅れ、モトローラの戦略変更(PowerPC
への注⼒)などから、採用機種は非常に少ない
– モトローラ MVMEシリーズ
– データゼネラル AViiONシリーズ
– オムロン LUNA-88Kシリーズ など
• 「CPU⿊歴史」で紹介されています

10. 10
m88k(MC88100)のレジスタ構成
General Purpose Registers (32bit x 32)
出典：MC88100 User’s Manual (Motorola)

11. 11
m88k(MC88100)の汎用レジスタ
32bit 汎用レジスタ 32本
r0: 0固定
r1: 関数からの戻り場所
r2〜r9: 関数の引数
出典：MC88100 User’s Manual (Motorola)
r30: フレームポインタ
r31: スタックポインタ

12. 12
偉大な先達:つついさん記録でイメトレ
http://www.ceres.dti.ne.jp/tsutsui/netbsd/port-news68k.html
15年ほど前からお名前
は存じ上げていましたが、
先週のOSC 2015 関⻄
@京都で初めてお会いし
ました。

13. 13
どのOSを狙う?
• MVME 88Kで動いているOpenBSDをターゲッ
トにする
– 他にm88kがサポートされている*BSDはない
– 大元はCMU Mach/luna88kなのでなんとかなる?
CMU Mach
/luna88k
OpenBSD
/mvme88k
OpenBSD
/luna88k
UniOS Mach
ソース非公開
LUNA-88K LUNA-88K
LUNA-88K2
MVME 88K
ソース公開
ソース公開

14. 14
OpenBSDとは?
• 日本語版Webページより：
– OpenBSD プロジェクトでは、フリーでマル
チプラットホーム対応の 4.4BSD ベースの
UNIX 系 OS を提供しています。
– 私たちのプロジェクトが特に⼒を入れている
のは、 移植性、標準化、正当性、積極的なセ
キュリティそして暗号機能の統合です。
http://www.openbsd.org/

15. 15
必要なもの(1): クロスコンパイラ
• OpenBSDにはクロス開発環境がある
– NetBSDほどは整備されていないようだが
• SPARCstation LXにm88kのクロス開発環
境構築
– microSPARC@50MHz
– i386ではうまくいかなかった
• バイトオーダ違いのため?

16. 16
必要なもの(2): カーネル起動方法
• Machのカーネル ‘vmunix’ は普通の
a.out フォーマット
• 元々入っているUniOS Machの a パー
ティションにa.out 形式のバイナリを置け
ばROMモニタから起動できそう
• デバッグシンボルは特別扱いしているよ
うだが、とりあえず後回し
– 結局、native boot loaderになるまでシンボ
ルは使えませんでした

17. 17
必要なもの(3): ハードウェア情報
• CPU
– ユーザーズマニュアル(本)
• デバイス
– CMU Machのソース
– NetBSD/luna68kのソース
• とりあえずこれだけあればなんとかなる!?

18. 18
2001年2月3日: 起動&文字出⼒テスト
• 自作プログラムを起動
– アセンブラの練習も兼ねる
– CMU Machのソースを元に
– シリアル出⼒ルーチンで1文字表示
(C) Copyright Omron Corporation 1989, 1990, 1991, 1992
ROM Version 1.37, 48 Megabytes RAM, 4 CPUs
Memory Check: 3Port passed, main skipped.
ROM Monitor
0>b sd(0,0,0) mykernel
Booting sd(0,0,0) mykernel
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
:
• カーネル起動はこの方法でできそう

19. 19
2001年2月23日: 自前カーネル作成
• mvme88kのソースを元に、コメントアウ
トやスタブを駆使してカーネルをリンク
(C) Copyright Omron Corporation 1989, 1990, 1991, 1992
ROM Version 1.37, 48 Megabytes RAM, 4 CPUs
Memory Check: 3Port passed, main skipped.
ROM Monitor
0>
0>
0>b sd(0,0,0) bsd
Booting sd(0,0,0) bsd
section # error[267]section # error[267]section # error[267]section # error[267]
Boot failure ..Boot failure ..Boot failure ..Boot failure ..
0>
• 起動しない!?→リンク形式(MAGIC)問題?
– つついさん記録にも似たようなことが…
OpenBSDの
カーネル名

20. 20
(C) Copyright Omron Corporation 1989, 1990, 1991, 1992
ROM Version 1.37, 48 Megabytes RAM, 4 CPUs
Memory Check: 3Port passed, main skipped.
ROM Monitor
0>b sd(0,0,0) bsd
Booting sd(0,0,0) bsd
LUNA-88K: 4 CPUs 8 CMMUs
CPU0 is attached with 2 MC88200 CMMUs
CPU1 is attached with 2 MC88200 CMMUs
CPU2 is attached with 2 MC88200 CMMUs
CPU3 is attached with 2 MC88200 CMMUs
panic: m8820x_cmmu_cpu_number: could not determine mypanic: m8820x_cmmu_cpu_number: could not determine mypanic: m8820x_cmmu_cpu_number: could not determine mypanic: m8820x_cmmu_cpu_number: could not determine my cpucpucpucpu numbernumbernumbernumber
Stopped at 0x1a6d10: tb0 0x0, r0 ,0x84
RUN AT LEAST 'trace' AND 'ps' AND INCLUDE OUTPUT WHEN REPORTING THIS PANIC!
DO NOT EVEN BOTHER REPORTING THIS WITHOUT INCLUDING THAT INFORMATION!
ddb> trace
stack base = 0x1b6b50
(0) 0x1a6d10(stackless) ← _Debugger()
(1) 0x5f0d8(?, 4, 0, 0xf6cb1400, 0, 1, 1cfc84, 0) ← panic()
(2) 0x19586c ← m8820x_cmmu_cpu_number()
(3) 0x19e6d8 ← luna88k_bootstrap()
(4) 0x200ec ← start_text()
ddb>
「生意気にもpanic」
((c)つついさん)
リンク形式をOMAGICに変えて再トライ
ROMルーチンの
コンソール動く!

21. 21
ILLADDRESSの謎
• CMMU識別のため、faultになるアドレス
(=ILLADDRESS)にアクセスしている
/* access faulting address */
badaddr((vaddr_t)ILLADDRESSILLADDRESSILLADDRESSILLADDRESS, 4);
/* check which CMMU is reporting the fault */
for (cmmu = 0; cmmu < max_cmmus; cmmu++) {
:
• CMU Machではこのようになってる
• でも自分の環境ではfaultが起きないぞ!?
#define ILLADDRESS 0x0F0000000x0F0000000x0F0000000x0F000000 /* any faulty address */

22. 22
2002年3月: ILLADDRESSの謎(解決)
• いろいろと試したが分からない
• ふとUniOS Machを⽴ち上げてヘッダファ
イルを⾒てみると…
• 実はLUNA-88K2ではILLADDRESSの値が
変更になっていた!
:
* HISTORY
* $Log: board.h,v $
* Revision 1.5 92/09/24 10:51:14 moti
* Change ILLADDRESS for LUNA88K2.Change ILLADDRESS for LUNA88K2.Change ILLADDRESS for LUNA88K2.Change ILLADDRESS for LUNA88K2.
:
#define ILLADDRESS 0x3FFFFFF00x3FFFFFF00x3FFFFFF00x3FFFFFF0 /* any faulty address */
1ヶ月悩みました…

23. 23
コンパイラとの戦い(その1)
• panic時のレジスタダンプを⾒ると、変な
値が入っているように思える
• どうにも分からないので、オブジェクト
ファイル(.o)を逆アセンブルしてみたら、
引数がずれているような気がする
• コンパイラの最適化のバグ?
• ‘-O’フラグをはずして対応

24. 24
コンパイラとの戦い(その2)
• MIな関数に対して、引数がずれて渡され
ているところがある
• これもコンパイラのバグ?
• アセンブラでwrapper関数を作り、無理
やり引数を合わせてリンク

25. 25
NFS bootへの道
• NFS bootのために、ネットワークI/Fのサ
ポートが必要
• 使われているチップ: Am7990 (Lance)
• OpenBSD/sun3の if_le.c を持ってきて
いじる
• 自MACアドレスの格納先がまだ発⾒でき
ていないので、とりあえず決め打ち
• 先頭アドレス以外のLanceレジスタのマッ
プ先は、ROMモニタで⾒当をつける

26. 26
2002年6月5日: NFS boot動き始める
0>b sd(0,0,0) bsd
Booting sd(0,0,0) bsd
: (中略)
OpenBSD 3.0-current (SMALL) #42: Wed Jun 5 20:58:15 JST 2002
aoyama@solaria:/sys/arch/luna88k/compile/SMALL
OMRON LUNA-88K 33Mhz
real mem = 50331648
avail mem = 40632320 (9920 pages)
using 640 buffers containing 2621440 bytes of memory
machdep.c: setupiackvectors() is not implemented.
mainbus0 (root)
clock0 at mainbus0: ds1397
le0 at mainbus0: address 00:00:0a:03:49:0900:00:0a:03:49:0900:00:0a:03:49:0900:00:0a:03:49:09 ←←←← 決め打ち決め打ち決め打ち決め打ち
le0: 32 receive buffers, 8 transmit buffers
boot device: <unknown>
root device: le0
nfs_bootnfs_bootnfs_bootnfs_boot: using network interface 'le0': using network interface 'le0': using network interface 'le0': using network interface 'le0'
nfs_bootnfs_bootnfs_bootnfs_boot:::: client_addrclient_addrclient_addrclient_addr=192.168.2.4=192.168.2.4=192.168.2.4=192.168.2.4
nfs_bootnfs_bootnfs_bootnfs_boot:::: server_addrserver_addrserver_addrserver_addr=192.168.2.1 hostname==192.168.2.1 hostname==192.168.2.1 hostname==192.168.2.1 hostname=aurora.nk.mcu.or.jpaurora.nk.mcu.or.jpaurora.nk.mcu.or.jpaurora.nk.mcu.or.jp
root on xroad2:/usr/export/aurora/rootroot on xroad2:/usr/export/aurora/rootroot on xroad2:/usr/export/aurora/rootroot on xroad2:/usr/export/aurora/root

27. 27
2002年6月5日: NFS boot動き始める
WARNING: clock lost 2227 days -- CHECK AND RESET THE DATE!
swap on xroad2:/usr/export/aurora/root/swapswap on xroad2:/usr/export/aurora/root/swapswap on xroad2:/usr/export/aurora/root/swapswap on xroad2:/usr/export/aurora/root/swap
Data access fault (Bus Error) v = 1ed868, frame eee07bd0
R00-05: 0x00000000 0x001fbafc 0x0059cff0 0x005a0ff0 0x00001000 0x00000000
R06-11: 0x00000000 0x00000000 0x005a0000 0x00000998 0x00000998 0x00000004
R12-17: 0x001ed850 0x00000004 0x00002e00 0x00000001 0x0000c400 0x04001000
R18-23: 0x00000000 0x40000000 0x00000000 0x00080000 0x00000000 0x026b3000
R24-29: 0x00229930 0x00254938 0x02000100 0x00000100 0x00000000 0x00000000
R30-31: 0xeee07cf0 0xeee07cd0
: (中略)
panic: Data Access Exception
Stopped at 0x203608: tb0 0x0, r0 ,0x84
RUN AT LEAST 'trace' AND 'ps' AND INCLUDE OUTPUT WHEN REPORTING THIS PANIC!
DO NOT EVEN BOTHER REPORTING THIS WITHOUT INCLUDING THAT INFORMATION!
ddb>

28. 28
ここまで来たけど…
• 動くかどうか分からないマシンで、コン
パイラのバグの可能性を念頭に対応して
いくのは手間がかかりすぎる
• OpenBSD/mvme88k側の進捗を待つ
– この時期はコンパイラの問題で
OpenBSD/mvme88kはリリースされていま
せんでした
• そして1年が過ぎた頃…

29. 29
2003年8月: コンパイラきたー!
• 実際に動くかどうか分からないマシンで、
コンパイラのバグを1つずつ追っていくの
は難しい
• 半年ほど進めてきたが、公式treeに入って
いるOpenBSD/mvme88kの進捗を待つこ
とにする
Changes by: miod@cvs.openbsd.org 2003/08/01 01:40:19
Modified files:
gnu/egcs/gcc : config.gcc
gnu/egcs/gcc/config/m88k: m88k.c m88k.h m88k.md openbsd.h
gnu/usr.bin/binutils/gas: configure configure.in
gnu/usr.bin/gas/config: tc-m88k.h
Added files:
gnu/egcs/gcc/config/m88k: t-openbsd
Log message:
A workingA workingA workingA working gccgccgccgcc 2.95/m88k compiler,2.95/m88k compiler,2.95/m88k compiler,2.95/m88k compiler, for some low standard value of working.
Configuration settings mostly borrowed from the former gcc 2.8 configuration.
A few typos and fixes backported from gcc 3.3, and a hell lot of fixes from
my fingertips.
This is enough to yield a compiler which will produce correct coThis is enough to yield a compiler which will produce correct coThis is enough to yield a compiler which will produce correct coThis is enough to yield a compiler which will produce correct code atde atde atde at ----O0.O0.O0.O0.
Optimization is slightly broken for some constructs, and more fixes are in
the pipeline.
ok deraadt@
これで、最適化なしなら
きちんとバイナリができ
るようになりました

30. 30
2003年12月: サポートデバイス充実
• NetBSD/luna68kよりシリアルドライバを持っ
てくる
– 一部をコメントアウトしたらシングルユーザモード
のシェルプロンプトが出た
– 調⼦に乗ってCtrl-Dしたらマルチユーザで起動した!
– キーボードもサポート
• NetBSD/luna68kよりフレームバッファドライ
バを持ってくる
– ほぼそのまま使えた

31. 31
2004年1月〜2月: ラスボスはSCSI
• 使われているチップ: 富士通 MB89352
– OpenBSDにはMIなドライバなし
• OpenBSDのSCSIは古い形式なので、NetBSD
の古いソースを持ってくる
• データ化けに悩む
• mvme88kのVM周りのMDな修正をluna88kに
も適用したら動いた!
• これでスタンドアローンで動くようになった!

32. 32
2004年3月: どうやって公開する?
• 公開の方法を考えつつWebページ整理
当時の公式ページを
まねて作ってました

33. 33
2004年3月21日: 偉い人に捕捉される
• OpenBSD/mvme88kのport maintainer
Miod Vallatさんからメールが来る
• 「Webページを⾒てとても驚いた、ソー
ス⾒せてほしい」
• (ディスククラッシュによりこのメールを
なくしてしまいました…残念)

34. 34
2004年4月: developerになる
• ソースを-currentベースにしてMiodさん
に送付し、OpenBSDの流儀に直していた
だく
• 「port maintainerとしてOpenBSDの
developerにならないか?」とのメール
• 思わぬ展開に驚きつつ、やってみること
にする
• OpenBSDのアカウントができる
– Theo様にメールするときはドキドキしました

35. 35
2004年4月21日: 本家にマージ
Changes by: aoyama@cvs.openbsd.orgaoyama@cvs.openbsd.orgaoyama@cvs.openbsd.orgaoyama@cvs.openbsd.org 2004/04/21 09:24:15
Log message:
Initial commit for OpenBSD/luna88k, based on OpenBSD/mvme88k, NeInitial commit for OpenBSD/luna88k, based on OpenBSD/mvme88k, NeInitial commit for OpenBSD/luna88k, based on OpenBSD/mvme88k, NeInitial commit for OpenBSD/luna88k, based on OpenBSD/mvme88k, NetBSD/luna68k and CMU MachtBSD/luna68k and CMU MachtBSD/luna68k and CMU MachtBSD/luna68k and CMU Mach.
Status:
Vendor Tag: AOYAMA
Release Tags: LUNA88K_INIT
N src/sys/arch/luna88k/conf/GENERIC
N src/sys/arch/luna88k/conf/Makefile.luna88k
N src/sys/arch/luna88k/conf/files.luna88k
N src/sys/arch/luna88k/ddb/db_disasm.c
N src/sys/arch/luna88k/ddb/db_interface.c
N src/sys/arch/luna88k/ddb/db_sstep.c
N src/sys/arch/luna88k/ddb/db_trace.c
N src/sys/arch/luna88k/dev/if_le.c
N src/sys/arch/luna88k/dev/lcd.c
N src/sys/arch/luna88k/dev/lunafb.c
N src/sys/arch/luna88k/dev/lunaws.c
:
:

36. 36
おまけ: BSD Magazineにも掲載
BSD Magazine No.20
(2004年6月発⾏)
OpenBSD短信の一部

37. 37
その後…
• リリースバイナリの作り方を調べたり
• Manual pageを書いたり
• 電源ユニット故障で4年間起動しなかったり
• 各地からLUNAが届いたり
• Xサーバやマルチプロセッサ対応をしたり
• Cバス拡張ボードを動かしてみたり
• OSCで展示・発表したり
• して10年以上たちましたが、
その話はまたの機会に…

38. 38
まとめ: 移植に必要なこと(技術編)
• コンパイラを含むtoolchainは最重要
– 自分で治せるならいいけど…
• ハードウェアのあらゆる情報を集めよう
– 純正OSのヘッダファイル
– チップの仕様書
– ROMモニタ
– objdump –d
• ローカルでもバージョン管理システムを使おう
– トライ&エラーの繰り返し
– いつでも元に戻せるように

39. 39
まとめ: 移植に必要なこと(マインド編)
• 分からなければ、時間をかけて勉強したらいい
– 仕事じゃなくて趣味の開発だし
– マイナーマシンなら誰も困らない!?
• 文章で記録をつけよう
– 文章で書いてみると自分も整理できる
• ⾏き詰ったらほかの事をやってもいい
– その間も頭はいろいろ考えている
– ふとした瞬間に気がつく
• 最後は「愛」と「執着心］かな

40. 40
謝辞
• 筒井さん
– 「NetBSD/news68kへの道」有用でした
– アドバイス&LUNAの電源修理 感謝します
• 荒尾さん・蛯原さん・江富さん
– LUNA-88Kを送付いただきました
• Twitterでfavしていただける方
– 励みになります
• 家族
– 怪しい趣味に対する理解に!

41. 41
Happy Hackingacking!