自作OSでDOOMを動かしてみた

2025/08/09 - Kernel/VM探検隊@東京 No18

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1. 自作OSでDOOMを動かしてみた Zakki (@zakki0925224) 2025/08/09 - Kernel/VM探検隊@東京 No18
2. 自己紹介 • Zakki（/dev/zakki, ざっきー） • X: @zakki0925224 • 自作OS, 自作CPU, FPGA etc. 低レイヤーの人 • seccamp ‘22 ‘23
3. DOOMってなに？ • id Softwareが1993年に発売したMS-DOS向け元祖FPSゲーム • 全3エピソードから成り、エピソード1はシェアウェア版として無料配布 • のちに公式によってソースコードが公開される ◦ https://github.com/id-Software/DOOM • さまざまなプラットフォーム・ハードウェアに移植されまくる ◦ プリンター ▪ https://gigazine.net/news/20140916-canon-pixma-hacking/ ◦ 医療用超音波スキャナー ▪ https://gigazine.net/news/20221219-medical-ultrasound-scanner-doom/ ◦ カーナビ（Android Auto） ▪ https://gigazine.net/news/20230612-hyundai-doom/ ◦ Windowsメモ帳、芝刈り機、大腸菌、ニンテンドーサウンドクロック Alarmo、その他多数
4. 自作OSで動かしたいですよね？ 少なくともよくわからんハードウェアに移植するよりかは簡単なはず…
5. 自作OSで動かしたい • 自作OS ◦ https://github.com/zakki0925224/myos-x86_64 ◦ ブートローダーとカーネルは Rustで書いてる ◦ ユーザーアプリはCまたはRust（自作libcのRust binding）で書き、スタティックな ELFバイナリをロー ドできる ◦ プロセススケジューリングは未実装、カーネルタス クとユーザータスクの切り替えのみ ◦ 仮想ファイルシステム、オンメモリなFAT32に対応 ◦ Local APICタイマーによる時間計測 ◦ キーボード・マウス入力 ◦ 簡単なウィンドウマネージャー
6. 自作OSで動かしたい • doomgeneric ◦ https://github.com/ozkl/doomgeneric ◦ 移植に特化したフォーク ◦ 5つの関数を自分の環境向けに実装するだけで動く（すごい） ◦ ↑をフォークした自分の実装 ▪ https://github.com/zakki0925224/doom-for-myos • libcには依存しているが、コンパイル時に自作libcとリンクするように指示すれば、 大部分のコードは書き直さなくても済む！→
7. どうやって移植するのか • とりあえずコードを眺めると、すでに各プラットフォーム向けの実装が存在する ↑５つの関数というのはこれ
8. どうやって移植するのか • 初期化→フレーム毎のループ処理
9. 気合いでlibcの関数を実装する • printfの実装つらすぎ
10. DG_Init関数 • OSにウィンドウの生成を要求する • BGRA形式のピクセルデータの参照を渡す
11. DG_GetKey / DG_DrawFrame関数 • DG_DrawFrame ◦ キー入力を受け付けてキューにためる • DG_GetKey ◦ キューにたまったキーデータを取り出し、ゲーム 内処理に渡す
12. DG_GetTicksMs / DG_SleepMs関数 • DG_TicksMs ◦ OSにシステム経過時間を要求し、現在時刻を取 得する（ミリ秒単位） • DG_SleepMs ◦ 指定したミリ秒の間待機する
13. SSE命令問題 • SSE（Streaming SIMD Extensions） ◦ IntelのSIMD拡張命令セットで、浮動小数点演算を高速化するために利用される • x86_64環境において、C言語でfloat型（単精度浮動小数点）を扱うコードをコンパ イルする場合、以下のいずれかの方式にする必要がある ◦ SSE命令 ▪ x86_64アーキテクチャでは FPUとSSE2が必須であるため、これが一般的 ◦ x87 FPU命令 ▪ x86時代の古い方式 ◦ softfloat ▪ ハードウェア浮動小数点演算装置を使わずにソフトウェアでエミュレーションを行う ▪ コンパイラは自動で書いてくれないので、自分で実装するかライブラリを使う必要がある
14. SSE命令問題 • SSE命令はデフォルトでは動かせず、コントロールレジスタでの有効化とコンテキス トスイッチ時に専用レジスタXMMを保存・復元する必要がある • 自分の環境ではなぜかうまく動かすことができなかったため、今回はsoftfloatを試 してみた
15. SSE命令問題 • softfloatライブラリとしてberkeley-softfloat-3を利用 ◦ https://github.com/ucb-bar/berkeley-softfloat-3 • float型の変数宣言と四則演算をライブラリ経由に変更する必要がある
16. 実際に動かしてみた • https://x.com/zakki0925224 /status/1859419568743252 049 • https://x.com/zakki0925224 /status/1859466847093203 298 見せられないよ