在Atari Jaguar上运行Linux。没错，真的。

# 在Atari Jaguar上运行Linux。没错，真的。 来源：https://cakehonolulu.github.io/linux-for-jaguar/ ## 这个Atari Jaguar到底是什么鬼？ 1993年11月在北美发售的Atari Jaguar，曾以其（备受争议的）64位纯正性能，信誓旦旦地要成为街区最靓的仔。 Atari Jaguar*Atari Jaguar主机* 这台主机最终在商业上惨败，即使后来发布了CD配件Jaguar CD也不例外——这款配件在试图与索尼PlayStation和世嘉土星竞争时，销量甚至更少。 Atari Jaguar CD*Atari Jaguar CD配件* ## 为何偏偏是Linux这个鬼东西？ 有趣的是，时至今日，Linux仍然保留着针对68000系列处理器的架构代码。68040、68030、68010……甚至是最原始的68000处理器。它们都整齐地归类在 `arch/m68k/` 目录下。 复习一下：摩托罗拉68000是一款混合16/32位能力的CISC处理器（通常被描述为内部32位，因为寄存器宽度是32位；数据总线16位，所以每次传输2字节）。 它有24位地址总线，2的24次方，大约最多可寻址16MB内存。 它于1979年发布，与当时即将上市的16位CPU竞争。 M68000*摩托罗拉68000* 总体而言，它在商业上获得了巨大成功；最终被集成到许多流行的商业硬件中。最著名的包括初代Macintosh（和Apple Lisa）、Commodore Amiga系列电脑（不同代际使用68000的不同版本）、世嘉Genesis/Megadrive、Neo-Geo AES、Plexus工作站……以及Jaguar。 现在我们来谈谈房间里的大象：为什么是Linux。 嗯，很简单；"因为我们可以"（*大概*）。 ## jmp _linux？ 做一个基于68000的新Linux移植应该很容易……对吧？嗯……那你可有的忙了。 你可能知道（也可能不知道），有一种普遍看法认为Linux需要MMU才能运行（你知道的，如果我们想在没有整天头痛的情况下运行软件，能够使用虚拟内存是件好事）。 从技术上讲，你*某种程度上*是对的，但还有*uClinux*；它恰好让这变得可行。在某个时间点，它从Linux的下游分支变成了内核的一部分；幸运的是，它已经被内置到 `m68k` 中（以及平坦内存模型和你能想到的无MMU系统的其他需求）。 那么，我们在Linux的 `menuconfig` (https://github.com/cakehonolulu/linux_jag/commit/7b769c4bfa748f689463ba4d53eecc811c7d42f2) 中启用所有必需的配置标志（基本上告诉它不要使用MMU，而要使用平坦内存模型 (https://en.wikipedia.org/wiki/Flat_memory_model)），编译之后它应该能运行，对吧？嗯，是的……但不是。 ## 实际上jmp _linux涉及什么 Jaguar有2兆字节的RAM（映射在0x000000处），（最多）6兆字节的ROM（基本上是卡带，映射在0x80000处），以及两个自定义IC（Tom & Jerry，一个"GPU"和一个DSP），它们也是内存映射的。 我们面临的主要障碍是内存占用；虽然确实有不少内存，但毕竟不是无限的（我们说的是兆字节，而不是*吉字节*）。 我们基本上需要找到优化RAM使用的方法。我们可以先做简单的事：从内核中移除功能，禁用调试……这些都是常规操作；但我们可能仍然会遇到一个问题：无法将内核加载到RAM而不导致OOM（更别说我们此时甚至还没考虑initramfs，它也很庞大）。 幸运的是，Linux足够聪明，允许我们将内核"分割"到两个独立的内存区域。我们可以利用这一点，将其只读部分（比如 `.rodata` 或 `.text`）存储在卡带（ROM）上，而动态部分（`.data` 或 `.bss`）存储在RAM中（想想 `XIP`：就地执行 (https://en.wikipedia.org/wiki/Execute_in_place)）。 幸运的是，我们只需要告诉Linux RAM和ROM的位置，它就会处理重定位。 酷，我们现在可以把Linux塞进Jaguar，它应该能执行了……对吧？嗯，当然，你可以尝试指定内核的基址（记住，`non-PIC` 代码），将它加载到那里，然后直接执行 `jmp $80000` ……但我们如何知道幕后发生了什么？ ## Linux启动需要什么 在启动Linux的上下文中，我们需要两样东西（至少在进行移植时是这样）： - 某种输出，以便我们看到内核消息 - 某种给系统提供时钟的方式（即一个定时器） 第一个要求通常涉及"好老旧的"UART。Jaguar的DSP（Jerry）有TXD和RXD引脚（至少在启动Linux时），可以被重新用作串行输出（如果我们忽略与声音相关的任何事情）。编写一个简单的控制台驱动程序，通过位碰撞这些引脚，就足以开始看到一些 `earlyprintk` 消息。 第二个要求有点棘手。但我们可以使用Jerry IC的任意一个定时器；商业游戏和软件将它们用于声音相关任务，但我们将使用它们来让Linux校准并设置调度程序以及同样依赖PIT的系统。它们既能在Jerry上触发中断，也能在68000上触发中断，这很有用。我们可以基本上覆盖Linux中68000的板级初始化，并将其指定为从现在起Linux将使用的PIT。 我们编译，尝试运行…… …… 没反应？ 好吧……这很奇怪；我们应该能得到点东西？我是说，一切看起来都正确……内核配置：没问题……地址：没问题……编译器……编译器？ 结果发现，Ubuntu仓库中捆绑的 `m68k-linux-` 交叉编译器会发出未对齐的内存访问（即使在传递 `-68000` 参数后），所以它实际上会崩溃（因为基础68000没有实现未对齐内存访问的处理）。 使用一个专门为68000从源代码构建的、目标为 `m68k-elf-` 的编译器似乎能解决这个问题，但这绝对是一件奇怪的事。 这也指出了另一个问题：由于我们的ROM没有映射到0x00000而是0x80000，68000会尝试跳转到VBR（0x0），而那里没有处理程序，所以它基本上会自毁。这需要在Jaguar平台特定的Linux代码中单独进行一次 `memcpy`，将所谓的 `vectors` 复制到RAM的基址。 我还不得不从源代码编译 `gdb`，以使其能与MAME的 `gdbtsub` 配合工作。不知为何，`gdb-multiarch` 错误地编排了存根，导致它在整个地址空间中乱跳；这很有趣，直到我决定用 `m68k` 特定构建进行测试。 酷，现在我们终于能得到*一些*输出了： ``` Linux version 7.2.0-rc1+ (cakehonolulu@jaguar) (m68k-elf-gcc (GCC) 16.1.0, GNU ld (GNU Binutils) 2.46.1) #38 Sun Jul 5 11:56:37 CEST 2026 printk: legacy bootconsole [early_jerry0] enabled uClinux with CPU MC68000 Flat model support (C) 1998,1999 Kenneth Albanowski, D. Jeff Dionne Zone ranges: DMA [mem 0x0000000000000000-0x00000000001fffff] Normal empty Movable zone start for each node Early memory node ranges node 0: [mem 0x0000000000000000-0x00000000001fffff] Initmem setup node 0 [mem 0x0000000000000000-0x00000000001fffff] On node 0, zone DMA: 512 pages in unavailable ranges printk: log buffer data + meta data: 4096 + 12800 = 16896 bytes Dentry cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes, linear) Inode-cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes, linear) Built 1 zonelists, mobility grouping off. Total pages: 512 mem auto-init: stack:all(zero), heap alloc:off, heap free:off SLUB: HWalign=16, Order=0-1, MinObjects=0, CPUs=1, Nodes=1 NR_IRQS: 32 clocksource: jiffies: mask: 0xffffffff max_cycles: 0xffffffff, max_idle_ns: 19112604462750000 ns Calibrating delay loop... 1.04 BogoMIPS (lpj=5248) pid_max: default: 32768 minimum: 301 Mount-cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes, linear) Mountpoint-cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes, linear) ``` 现在它尝试寻找并执行一个 `init` 进程……而我们没有……所以它又崩溃了。 ## 用户空间 我们面临的众多限制之一是，由于不能使用ELF文件（我们使用FLAT二进制文件，主要是因为 `nommu` 情况），所以这使我们的工具链设置变得有点复杂。 我无法找到独立编译 `elf2flt`（基本上将一种格式转换为另一种格式的工具）的方法；它基本上需要你提供一些 `.a` 和一些 `.h` 文件（与 `libiberty` 等相关），而这些文件似乎已经从 `binutils` + `gcc` 针对68000的默认配置中消失了……但奇怪的是，`buildroot` 似乎最近有一次更新，他们为我们解决了基础68000的所有问题。 Buildroot 向 `linuxmd` (https://github.com/LinuxMD/) 项目致敬；启用 m68k nommu 的补丁 (https://github.com/buildroot/buildroot/commit/e5c7b43494c4d6aa57c6ef314bd4e636aacc14fc) 的日期是2026年5月（所以在我写这篇博客时，才过去两个月！） 所以我基本上让它帮我做了这件事，并决定使用 `busybox`，它是少数（如果不是唯一）支持 `nommu` 目标的此类项目之一。 有一些问题（主要是因为我从未处理过平坦二进制文件），但再次强调，花几分钟调试和记录日志就能解决。我遇到的最明显的问题是在尝试执行init时到处都是OOM。我基本上只做了这个： ``` ❯ cat ~/jagfs/rootfs/init #!/bin/busybox sh /bin/busybox sh ❯ ``` 通常你会让 `busybox` 填充其余实用程序（它只是指向自身的符号链接，具有不同的名称；他们称之为 `applet` 设计，其中基于 `argv[1]` 知道要派发哪个 applet：`echo`、`ls`、`cat`……），但由于某种原因，这导致了内核OOM；所以现在只有 `sh`（`shebang` 部分也会被执行，但似乎不像 `--install` 那样占用所有内存）。 我们现在有了一个rootfs，将其打包为 `cpio` 并嵌入到 `vmlinux` 镜像本身中……瞧！ 作为给读者留下的练习，关于FLAT二进制文件，有几个有趣的点你基本上可以在Linux中查看（例如，有不同的执行处理方式：将整个二进制文件加载到RAM，进行GOT/PLT重定位……所有这些都可以用 `flthdr` 检查）。 ``` ❯ flthdr ~/jagfs/rootfs/bin/busybox /home/cakehonolulu/jagfs/rootfs/bin/busybox Magic: bFLT Rev: 4 Build Date: Thu Jul 2 03:08:09 2026 Entry: 0x44 Data Start: 0x1e0a0 Data End: 0x25808 BSS End: 0x2a1c0 Stack Size: 0x10000 Reloc Start: 0x25808 Reloc Count: 0x100e Flags: 0x1 ( Load-to-Ram ) ``` 相当巧妙的东西…… 在工具链的 `libc`（即 `uClibc`）上，我们还必须进行一项调整，即修改malloc策略为 `malloc-simple`；否则更快更智能分配相关联的元数据会很快吃掉我们的内存，导致我们再次panic。 这个内存分配更改是在 `buildroot` 的 `uClibC` menuconfig 中完成的。 M68000*make uclibc-menuconfig* 我还花了一些时间实现了一个简单的Tom（GPU但不是GPU，更像是字/对象处理器和blitter）控制台驱动程序，这样也可以在真实硬件上进行测试。 别忘了，如果你在真实硬件上运行，使用 `objcopy` 转换为二进制的 `vmlinux` 需要在0x80000处有一个固定偏移量，以便可以添加Jaguar卡带头（它跳转到你指定的任何位置）。所以你需要在 `CONFIG_ROM_START`、`CONFIG_ROM_LENGTH`（由于基址增加，会稍微变小）、`CONFIG_ROMVEC` 和 `CONFIG_ROMSTART` 中添加8KB的偏移量。 复制设置的基本思路是：编译目标为68000的buildroot（修改了 `malloc` 策略）。你可以要求它用自定义的 `.config` 文件路径（在文章末尾提供）构建busybox，这样它会为你生成FLAT二进制文件。然后你填充一个简单的initramfs文件结构（网上有资源说明你需要做什么，通常包括创建 `/{dev,bin,usr,sbin...}` 目录，并在 `/dev/` 中添加一些 `mknode` 魔法以创建 `/dev/console/` 节点，再加上一个 `init` 脚本；该脚本也在本文末尾提供）。 然后你告诉Linux你新构建的 `initramfs.cpio` 文件在哪里，就大功告成了！ 就是这样！ 修改后的Linux仓库地址为：https://github.com/cakehonolulu/linux_jag boot 与 `linuxmd` 不同，我们没有特殊的卡带映射器（`SSF2`，它为MegaDrive提供了额外的4MB RAM），所以我无法真正证明（从内存角度）添加任何引导加载程序（例如 `u-boot`）的合理性；所以我基本上采用了我在博客中记录的方法（基本上执行 `jmp _linux`）。 ## 杂项配置文件，供有兴趣尝试的人使用 Busybox 配置 (https://cakehonolulu.github.io/misc/linux_jaguar/busybox.config) Init 脚本 (https://cakehonolulu.github.io/misc/linux_jaguar/init)