Zeal8bit操作系統(tǒng)Build & Run In Emulator （基于Ubuntu）
0.前言
基于Ubuntu build Zeal8bit操作系統(tǒng) OS，并在Web Emulator上成功運行，踩了不少坑，給想動手嘗試一下的同學(xué)們分享下~
感謝Zeal8bit大佬帶來的基于Z80自制的開源Zeal8bit OS視頻分享：
從整個視頻分享過程中我們可以看出大佬扎實的操作系統(tǒng)的知識儲備，特別是對Linux操作系統(tǒng)的深刻理解。他幾乎把Zeal8bit打造成為Z80 8位CPU量身定制的“極精簡版Linux”，讓我等圍觀群眾為之嘆服。
正好我這邊也有自制類似這種“極精簡版Linux”的需求，起因是這樣的：
自己這邊正在學(xué)習(xí)RISV-CPU的設(shè)計，并在FPGA上按照開源代碼定制了一個屬于自己的RISC-V的小型SOC，添加了SPI接口訪問TF卡的IP；
開發(fā)了測試代碼成功訪問到了存儲在TF中的hello_world.txt (基于FAT16文件系統(tǒng))。
心想著事情都進展到這個地步了，不移植個Linux操作系統(tǒng)說不過去了。
奈何本人沒文化，操作系統(tǒng)知識儲備幾乎為零，重新開始學(xué)發(fā)現(xiàn)能找到的資料要么過于偏向理論性，沒有實操，學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)興趣也會很快消耗殆盡；而有實操的學(xué)習(xí)資料又是綁定特定的SOC平臺，而且重點講述移植過程的細(xì)節(jié)，對操作系統(tǒng)本身的講解并不深入。
第二個困難點是由于我的FPGA平臺是一個極小型的國產(chǎn)FPGA平臺，有沒有外接SDRAM，內(nèi)存的搭建只能使用內(nèi)置的SRAM資源，目測極限能把內(nèi)存做到16 KB。好在有個外接的32MB EEPROM和更大容量的TF卡，這樣可以把程序放在EEPROM中運行以節(jié)約寶貴的SRAM內(nèi)存資源。不過這點可憐的內(nèi)存距離放得下最精簡的Linux還相差個數(shù)量級。
皇天不負(fù)有心人，Zeal8bit大佬的這個視頻讓我隱約看到了曙光：我可以把Zeal8bit OS移植給我的RISC-V SOC。不過困難也是存在的：大佬的Zeal8bit OS是基于Z80匯編的，從移植性上給我澆了一盆冷水。不過這個已經(jīng)是我目前能看到的最接近我需求的OS了：
Linux的設(shè)計交互和思想；
足夠精簡；
有開源代碼；
有Emulator供實操。
飯都喂到嘴邊了，咱們好歹動動嘴嚼兩下。咱們就努努力，啃一下Z80的匯編代碼，把整個設(shè)計思想和flow理解透徹，最后基于RISC-V平臺重新實現(xiàn)一個Zeal8bit?OS出來。
千里之行的第一步，就是要把大佬視頻中的原生開源Source Code在Emulator上運行起來，方便后續(xù)學(xué)習(xí)，修改。有實操反饋，整個學(xué)習(xí)過程的效率會提高不少。
讓咱們開始吧！
1. 環(huán)境及所需工具
Windows 11 (或者Windows 10 版本 2004 及更高版本，WSL的要求)；
Python 3及PIP3?Linux版；
z88dk-src-2.2.tgz；
2. 工具安裝
WSL安裝
WSL介紹：
開發(fā)人員可以在 Windows 計算機上同時訪問 Windows 和 Linux 的強大功能。 通過適用于 Linux 的 Windows 子系統(tǒng) (WSL)，開發(fā)人員可以安裝 Linux 發(fā)行版（例如 Ubuntu、OpenSUSE、Kali、Debian、Arch Linux 等），并直接在 Windows 上使用 Linux 應(yīng)用程序、實用程序和 Bash 命令行工具，不用進行任何修改，也無需承擔(dān)傳統(tǒng)虛擬機或雙啟動設(shè)置的費用。
WSL微軟官方安裝教程：
https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/wsl/install
安裝完成輸入wsl可以進入Linux系統(tǒng)，logout可以方便退出Linux回到Windows。
Linux下Python 3和PIP3安裝
在Linux下安裝軟件之前先用 “sudo apt-get update” 命令把Ubuntu的apt-get更新到最新，防止后續(xù)工具安裝出現(xiàn)各種奇奇怪怪的問題。
安裝過程可以到網(wǎng)上搜索，資料比較多，我這邊也就不重復(fù)推薦了。
安裝完成之后，確保python3和pip3命令能夠正確執(zhí)行：
3. z88dk Build
接下來就到了坑最多的z88dk-z80asm的bin文件build過程。眾所周知，Linux想要安裝軟件一般都需要下載source code自己build出bin文件，咱們的z80編譯器安裝也遵循這一套路。
下載z88dk source code
下載地址：
https://github.com//z88dk/z88dk/releases （可直接訪問github的情況下）
https://kgithub.com//z88dk/z88dk/releases （墻內(nèi)訪問github的方法，在github前加上字母k，后面默認(rèn)用墻內(nèi)訪問的網(wǎng)址）
可以看到，mac osx和windows平臺都是build好直接可用的bin文件，只有Linux需要自己編譯，這也是噩夢的開始，各位看官準(zhǔn)備好趟本文坑最多的步驟啦~
Step 1. 把下載好的z88dk-src-2.2放到Linux的目錄下（推薦不強制）
可以在windows操作系統(tǒng)中下載好z88dk-src-2.2放到Linux目錄下，比如我就放在home目錄的tools目錄下。
Step 2. 解壓生成z88dk目錄
Step 3. 執(zhí)行make來build生成z88dk-z80asm的bin文件
在z88dk目錄下執(zhí)行make命令
Build Error 1：Can't locate AA/BB/CC.pm
由于build過程中調(diào)用大量的Perl程序，并且調(diào)用大量非perl內(nèi)置的module，所以就會出現(xiàn)找不到module的錯誤，報錯形式如上圖所示。解決方法就是用cpan安裝對應(yīng)模塊即可，安裝命令格式為：sudo cpan install AA::BB::CC。
使用cpan命令可能出現(xiàn)找不到cpan命令的情況，按照提示安裝即可。
這是build過程中最大的坑，在網(wǎng)上找了好久才明白這個報錯的含義，找到解決方案又是一波三折，所幸能夠解決。
Build Error 2：dos2unix not found
這個錯誤表明dos2unix命令找不到，由于這個比較常用的一個工具，把windows下的文件格式轉(zhuǎn)換到linux能處理的格式，直接使用命令：sudo apt-get install dos2unix 即可安裝。
Build Error 3：re2c: No such file or directory
雖然不知道re2c是個什么東西，但是執(zhí)行re2c命令時，找不到的時候系統(tǒng)會提示如何安裝，解決起來也沒有啥難度。
Build Error 4：fatal error: libxml/parser.h: No such file or directory
又是一個不知道什么意思的報錯，把報錯信息原文放到網(wǎng)上去搜索，找了半天，應(yīng)該是需要安裝libxml2-dev工具，用sudo apt-get install libxml2-dev命令安裝即可。
安裝成功后，能夠在/usr目錄下找到parser.h
至此，應(yīng)該所有build問題都被排除，z88dk-z80asm的bin文件成功被build出來~家人們，這種痛苦誰懂啊~
Step 4. source set_eviroment.sh
最后source一下set_enviroment.sh，把z88dk/bin添加到環(huán)境變量$PATH中
可能看官自己動手build比我順利，也更可能比我遇到的問題還多，如果遇到很多莫名其妙的問題，歡迎在評論區(qū)留言，有解決方案最佳。
4. Image Build
終于所有工具都安裝齊全了，開始進入正題build OS的bin文件了~
Step 1. git clone Zeal8bit OS Source Code
執(zhí)行： git clone https://kgithub.com/Zeal8bit/Zeal-8-bit-OS.git 把OS source code clone到local。
如果git工具沒有安裝，提供會提示如何安裝，這個簡單，就不再重復(fù)敘述了。
Step 2. Get python kconfiglib
執(zhí)行：sudo pip3 install kconfiglib安裝，確保menuconfig bin文件能夠在正確的位置找到。
如下圖所示，我所安裝的menuconfig bin在/usr/local/bin/目錄下和home目錄下的.local/bin下都能找到。
然后執(zhí)行python3 -m site --user-base查看pip3下載的lib的user base安裝目錄：
按照Zeal8bit大佬的Makefile，啟動配置menuconfig是默認(rèn)用user base目錄的menuconfig的。
如果你的user base目錄不存在或者沒有安裝menuconfig，那么建議修改這一行，比如使用/user/local/bin/menuconfig.
Step 3. Excute 'make menuconfig'?to generate os.conf file.
這一步按照視頻中所說的，執(zhí)行make menuconfig，按照默認(rèn)參數(shù)配置，按 ‘s’ 保存，把保存文件名修改成“os.conf”，按Enter保存文件，然后Esc退出即可。
確保incldue目錄下能生成osconfig.asm.
Step 4. Excute 'make' 生成最終OS的bin文件
執(zhí)行make，順利的話會和視頻中展示的一樣，最終打印出OS的bin信息
不過大概率你不會這么順利，哈哈，會遇到這個錯誤：
被坑久了，也免疫了，接著找原因，發(fā)現(xiàn)是z88dk-z80asm編譯器在target輸出目錄build下還需要再創(chuàng)建一個build目錄，然后target file init_TEXT.bin才會放到build/build/目錄下。
老規(guī)矩，還是動手修改Makefile，將target/zeal8bit/romdisk/Makefile的第25行和第29行修改成如下的內(nèi)容：
保存，重新執(zhí)行make，WOW，成功咯~
5. Run OS in Web Emulator
Web Emulator:
https://zeal8bit.github.io/Zeal-WebEmulator/
果斷打開Web Emulator來嘗試一把，emm...發(fā)現(xiàn)界面和視頻中描述的有點差別，不過沒關(guān)系，稍微試一下就知道了。
Step 1. Select ‘System binary file’
Step 2. Click ‘Read file(s)'
Step 3. Click 'Continue' Button
你以為就成了？不，還要再和你開最后一次玩笑：
按照視頻中Zeal8bit大佬的選擇os.bin文件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有找到init.bin文件，意味著shell交互界面出不來，就沒法愉快的玩耍了么？
其實kernel已經(jīng)成功運行了，driver也加載進來了，不就少個shell交互界面嘛，可以啦~
哈哈，開個玩笑，沒有交互界面還怎么能快樂呢？畢竟我封面的圖已經(jīng)出賣我啦。
其實再build目錄下看下，還有個os_with_romdisk.img文件，我們加載一下它看看會不會有奇跡發(fā)生？
先刷新下Web Emulator界面，把Step 1中加載‘os.bin’換成加載‘os_with_romdisk.img’，執(zhí)行后面的steps，然后奇跡就這樣降臨了~，愉快地ls和less了~
6. 總結(jié)
視頻中Zeal8bit大佬操作起來輕輕松松，那是人家環(huán)境和工具都是配置好的，再加上作為開發(fā)者，可以自然地避開各種坑。
但是我們自己實操一下才發(fā)現(xiàn)，其中的困難有多大。
話說咱們?yōu)樯斗且H自實操一下呢？好問題，我一直覺得，能夠自己動手操作一下，哪怕是重復(fù)地操作一下，所獲得的體驗和感悟比僅僅看過一遍要深刻得多，這樣學(xué)習(xí)效率會更高，而且更不容易感到枯燥。
也許這就是“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的生動的例子~
下一期，開個坑，把整個flow再Mac OSx上Run起來~
