別シリーズで30年前のマニュアルを発掘。他でもありません、１６ビットモードのx86用のアセンブラを書ける環境、を整備するのに懐かしのMS-DOSを復活させるしかないな、と思ったからです。しかし、いろいろ考えて「MS-DOS互換」のFreeDOSを使うことにしました。その伝統はMS-DOS越え、今も進化し続けているっと。
※実機動作確認には以下を使用しております。
-
- Raspberry Pi 4 model B、Cortex-A72コア(ARMv8-A)
- Raspberry Pi OS (64bit) bullseye
x86の16ビットモード
ご存じの通り多くのパソコンやサーバー機にはx86系のCPUが使われています。まあ、このごろ評判悪いインテルか、みんな大好きAMD製ね、個人の感想デス。そしてx86にはざっくり言ってしまうと、
-
- １６ビットモード
- ３２ビットモード
- ６４ビットモード
の３つのモードがあり「切り替えて」使えるようになってます。Windows系OSにせよ、Linux系OSにせよ、最近のOSであれば、ほぼ間違いなく６４ビットモードを使用しているのではないかと思われます。６４ビットモード下のOS上でも３２ビットのアプリケーションプログラムを走らせるのには何の支障もありません。それどころか一つのプログラムの中で６４ビットモード命令と３２モードビット命令を混在使用することも可能。なお、３２ビットモードでも６４ビットモードでも、１６ビット、８ビットといったデータ長はサポートされているので１６ビットのデータを扱うために「１６ビットモード」に切り替える必要はまったく無いです。
つまり積極的に「１６ビットモード」を使う必然性ありません。それどころかx86の場合
-
- ３２ビットモードのOSで16ビットモードのアプリを走らせるのはOK
- ６４ビットモードのOSで32ビットモードのアプリを走らせるのはOKだけれども16ビットモードのアプリはNG
ということになります。ぶちゃけ 16/32の切り替えか、32/64の切り替えかどちらかを選べということです。
今回、別件シリーズでArmのアセンブラ命令の練習がひと段落、お次はついにx86と考えました。x86には上述のように１６、３２、６４と３つの世界が折り重なっているので、順番からして最初は１６ビット世界だろ～と。しかし、Windows上でも、Linux上でも普段使っている64ビットOS上では16ビットのコードは走らん、のです。メンドクセー。
x86の16ビットモードはエミュレータで
そこで眠っている古代のMS-DOS機の復活に挑もうかとも思いましたが、この暑いさなかにハードのレストアめんどいです。そこで以下のように考えました。
-
- x86の16ビット命令はCPUエミュレータで実行する
- CPUエミュレータ上にDOSを載せ、その上で「セルフ」アセンブルする
Windows上やLinux上で、MS-DOSをエミュレートし「古い16ビット」のプログラムを走らせることができるソフトウエアは沢山の種類があります。実際、その中の数種類は使ったこともあるのです。しかし、多くはレトロゲームなどアプリを走らせることが主眼。今回はアセンブラ目的なので「機械語命令の動作がホンモノになるべく近い」エミュレータを使いて～ということで
を使用することにいたしました。命令セット・エミュレータとしては定番中の定番。QEMU自体は Linux、macOS、Windows上で実行可能ですが、今回はLinux、それもArmホストのRaspberry Pi 4機のRaspberry OS上で動作させることにいたしました。今までArmのアセンブラ命令の練習をラズパイ上で実行していたので同じマシンに載せた、というだけです。なお、QEMU自体は、システム・レベルまでエミュレーション可能な構成と、ユーザ命令のみエミュレーションできる構成の２レベルあるのですが、今回は「セルフ開発」のためOSから搭載するのでシステムの方を選択です。QEMU自体のインストールは一撃
sudo apt install qemu-system-x86
インストールしたQEMUのバージョンが以下に。
FreeDOS
さて次はQEMU上で走らせる「１６ビットx86用のOS」の入手とインストールです。御本家マイクロソフト社がMS-DOSを無償公開してくれていることは知っていたので、「昔懐かしい」「正統」MS-DOSにするか？と考えたのです。しかし若干の調査の結果、MS-DOS互換の
を使わせていただくことにいたしました。マイクロソフト社がMS-DOSの終息を公表した１９９０年代中盤、その発表に「切れた？」人たちが集って立ち上げたプロジェクトらしいです。「公開されている範囲」でMS-DOS互換というだけでなく、開発はいまだに続いていて当時のMS-DOSがサポートしていなかった部分にまで大きく踏み出しているみたいです。そしてフリーでオープンソース。
MS-DOSの登場は1981年、そして「将来的な終息」が発表されたのが1994年、最終バージョンが2000年ということのようなので、延々と使っていた記憶のあるMS-DOSは、実は高々20年ほどの製品でしかありません。それに比べて1995年だか1996年だかに始まっているFreeDOSの歴史は約30年。OS最新版は2022年版ですが、今年も関連ツールの開発は続いているみたいなので、MS-DOSの歴史をすでに超えている「活きた」プロジェクトです。こいつは使ってみて～です。
FreeDOSのインストールイメージ(CD-ROM、ISO形式）FD13-LiveCD.zip は以下からダウンロードすることができます。
https://www.freedos.org/download/
CD-ROMに焼いてCD-ROMドライブのついたハード実機で使うこともできれば、QEMUのようなエミュレータでマウントすることもできます。何気にCD-ROMからのブートに対応してます。朧げな記憶ではご本家MS-DOSではできなかったような。知らんけど。
今回はCD-ROMイメージからQEMUにマウントされた「仮想のハードディスク」イメージにFreeDOSをインストールして走らせることにいたします。その辺の手順は以下の wiki に書かれております。
https://en.wikibooks.org/wiki/QEMU/FreeDOS
ハードディスクのイメージファイルの生成は以下です。
qemu-img create -f raw freedos.img 100M
実際にCD-ROM（LiveCD)のイメージをマウントしてのブートは以下です。
qemu-system-x86_64 -rtc base=localtime -hda freedos.img -cdrom FD13LIVE.iso -boot d
ブートすると以下のような画面が表示されます。
そのままリターンするとCD-ROMからFreeDOSがスタートしてしまいます。Iキーを押してハードディスクにインストールを選択します。初回時は、HDDイメージ内の「パーティション」が切ってない、といってパーティションを切っていいかどうか聞かれます。お願いするとリブートされます。
２回目のブートでは、今度はHDDがフォーマットされてないと言われます。この辺、本物のハード上でサラからインストールしている感じっすね。フォーマットが成功するとどのような構成でFreeDOSをインストールするか聞かれます。ぶちゃけ、
-
- FreeDOS本体だけでよいか、アプリまで含めるか
- 上記の選択でさらにソースを含めるか否か
です。最小構成で20Mバイトくらいのハードディスク容量が必用で、LiveCD内のアプリを含めると300Mちかくなるみたい。そのソースまで含めると400M近く？と大きくなります。必要に応じて最初に生成するディスク・イメージ・ファイルの容量を調整すると。インストール開始すると以下のような画面があらわれます。結構時間かかります。昔のMS-DOSマシンで実行しているような時間感覚です。x86命令をエミュレーションしているArmの上で全てが実行されているのでそんなもんだろな。。。
そして立ち上がると以下のような「DOSプロンプト」が現れますです。
ここまでくると、フツーにDOSよ。