「オープンソースを使ってみよう」(第4回：KOZOS編)

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KOZOSプロジェクト代表
坂井弘亮(さかい・ひろあき)
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■ KOZOSって何？

KOZOSは「マイコンボード」（写真１参照）と呼ばれる基板の上で動作する「自作ＯＳ」です．

（写真1）

写真のマイコンボードには「H8」というCPUが搭載されており，手のひら程度の大き
さですが，小さいながらもこれでひとつのコンピュータ・システムになっています．
コンピュータなので，当然ながらＯＳも動作します．KOZOSはこのような「マイコン
ボード」を制御するための，「組込みＯＳ」と呼ばれるＯＳです．

http://www.saturn.dti.ne.jp/~hsakai/kozos/

ＰＣならばキーボードやマウス，ディスプレイなど様々なI/Oが利用できますが，
マイコンボードに搭載されているI/Oは限られています．たとえば写真のマイコン
ボードは標準的なI/Oとして，シリアル・ポートとLANしかありません．KOZOSでは
これらを操作して，マイコンボードで「遊ぶ」ことができます．KOZOSはこのよう
にマイコンボードをいじって遊んだり，マイコンボードを利用してＯＳの内部構造
の勉強をするための，ホビー用・学習用のＯＳです．

マイコンボードの魅力は，その小ささと安さにあります．たとえば写真のマイコン
ボードは「ＰＣに比べると何もできないただのオモチャ」とも言えますが，「数千
円で買える超安価・小型なwebサーバ」とも考えられるわけです．なんだか聞いた
だけで楽しそうです．ここにはＰＣとはまた違った可能性が見えることでしょう．

（マイコンボードで自作webサーバ動作中）

■ 「組込みＯＳ」って何？

KOZOSは「組込みＯＳ」です．とはいっても「組込み」と聞いてもなかなかピンと
来ないかたも多いかもしれません．

「ＯＳ」には大きく分けて「汎用ＯＳ」と「組込みＯＳ」の２種類があります．
「汎用ＯＳ」は，いわゆるＰＣ向けのＯＳです．「組込みＯＳ」は携帯電話やカーナ
ビ，炊飯器，プリンタなどで動くＯＳです．このような機器は「組込み機器」と呼ば
れます．

組込み機器にもマイコンが搭載されており，ソフトウェア処理によって様々な制御を
行っています．現在ではこれらの「組込みソフトウェア」の開発コストの削減のため
に，組込み機器にもＯＳが搭載されていることが多くあります．組込みＯＳはこのよ
うな組込み機器のための，制御用のＯＳです．よって通常は「製品の中に入っていて
ユーザーは意識しないもの」なのですが，KOZOSはこれを「個人的に遊びで作っちゃ
った」というものです．

「汎用ＯＳ」にWindowsやMac OS，GNU/Linux，FreeBSDなど様々あるように，「組込みＯＳ」にも様々なものがあります．その中でもKOZOSは「学習用」を意識して開発されています．

■ KOZOSの特徴は？

KOZOSは独自仕様の組込み向け自作ＯＳです．ホビー用，学習用を強く意識していま
す．とくに個人レベルでの利用を想定しており，他の組込みＯＳとは一風異なった特徴
があります．

・安価で入手性の良いボード上で動作する．
(写真のマイコンボードは秋葉原の「秋月電子通商」で4000円程度で購入できます)，

・誰でも改造や読解ができるように，個人でも読みきれるソースコード量に抑える．
(ブートローダーと合わせても数千行程度)

・メーカ独自のコンパイラなどでなく，GNU環境で開発する．
(無償の開発環境で，つぶしがきく学習ができる)

・ブートローダーも含むすべてのソフトウェアを完全フルスクラッチで開発している．

・オープンソース・フリーソフトウェアである．

■ どういう人が使うといいのか

「遊び感覚でちょっとマイコンでもいじってみるか」とか「ＯＳとか組込みの勉強を
ちょっとしてみたいなあ」と思ったときに，ちょうど良い題材になると思います．

とくにKOZOSはソースコードの分量が少ないため，誰でもＯＳの内部を読解して，い
じって改造することができます．このように，「使うためのＯＳ」ではなく，いじって
改造して遊ぶための「オモチャ」として考えていただければと思います．ホビープログ
ラミングとしてマイコンいじり，ＯＳ自作を行うときに，適切な題材になると思います．
ＯＳ作りを遊びにしてしまいましょう！

また組込みＯＳの学習を始めたいと思ったとき，なかなか適切な教材が無いことがあり
ます．組込みＯＳの学習用教材は多くあるのですが個人で購入するには高価な場合も多
く，またほとんどはＯＳが「すでにありき」のもので，「既存の組込みＯＳを使って制
御アプリを動かす」というものが普通です．これに対してKOZOSは「ＯＳの内部構造を
知る」「ＯＳを作る」「ＯＳを改造する」といった学習に向いています．

■ 利用方法

実機で動作させるには，まずは写真１のマイコンボードを購入する必要があります．
写真２は，マイコンボードのパッケージの中身です．

(写真２)

とりあえず必要なものとして，マイコンボードが3,750円，シリアルケーブルが300円
程度，電源アダプタ(5V)が600円程度です．これらは秋葉原の秋月電子通商で購入する
ことができます．また通信販売でも購入可能です．もっとも現在ではエミュレータ環境
でも動作しますので，(ちょっと難しいですが)エミュレータ環境を構築してしまえば，
ＰＣだけで試してみることもできます．

さらにマイコンボードのソフトウェアの開発方法ですが，「クロス開発」が主流になり
ます．

ＰＣ用のアプリケーションは，そのＰＣ上で開発することができます．たとえばWindo
ws用のアプリケーションをWindows上の開発環境で開発し，Windows上で実行もできる
といった具合です．このような開発は「セルフ開発」と呼ばれます．これはＰＣでは当
り前のように感じられますが，組込み機器では状況が変わってきます．

たとえば炊飯器の上で動作する制御用のソフトウェアを開発するときに，その炊飯器上
でコンパイラを動作させて開発するようなことは考えられません．炊飯器に搭載されて
いるCPUやメモリでは，コンパイラを動作させるようなスペックはありません．

よって組込み機器用のソフトウェアには，開発用の母艦となるＰＣを用意し，そのＰＣ
上で開発することが主流になります．ＰＣと組込み機器はシリアルケーブルやUSBなど
で接続し，ＰＣで開発したソフトウェアはケーブル経由で組込み機器に転送して実行さ
せます．ＰＣでは組込み機器用のコンパイラを動かします．このような開発スタイルが
「クロス開発」です．

KOZOSの開発もクロス開発で行います．まずはＰＣ上にクロス開発環境を構築します．
具体的には，GNUプロジェクトのbinutilsとgccをH8用に構築します．この方法は以下
で説明されています．ＰＣにはWindowsXP，GNU/Linux，FreeBSD上での開発がサポ
ートされていますが，Mac OSなどでの開発実績もあるようです．

http://www.saturn.dti.ne.jp/~hsakai/kozos/osbook_03.html

クロス開発環境でマイコンボード用のプログラムをコンパイルすることで，実行用の
モジュールが作成されます．まずはブートローダーをコンパイルします．

さらにＰＣと写真１のマイコンボードをシリアルケーブルで接続します．マイコンボ
ードのディップスイッチをフラッシュROMの書き込みモードにして，ＰＣ側でフラッ
シュROM書き込み用の専用プログラムを起動することで，ブートローダーの実行モジ
ュールを転送して書き込むことができます．

(写真３)

フラッシュROMの書き込みには「h8write」というフリーソフトウェアが利用できます．
CPUメーカ純正の「FDT」というツールも利用できますが，筆者はFreeBSDを愛用して
いるということもあり，h8writeを利用しています．

フラッシュROMにブートローダーを書き込んだら，あとはリセットボタンを押せばブー
トローダーが起動します(画像２)．起動するとシリアルケーブル経由でＰＣからコマン
ド操作できます．VGAが無いため，操作の基本はこのようにシリアルケーブル経由にな
ります．画像２はＰＣ側のシリアル通信用ツール(minicom)からマイコンボードに接続
しているところです．

(画像２)