Windows 11 上に WSL2 + BSVC による 68000 アセンブラ演習環境を構築するガイド

1. 本ガイドの構成

本手順は，Windows 11 上に 68000 アセンブラの環境を構築する．

• 導入：WSL2 (Ubuntu 24.04) の導入，binutils による 68000 アセンブラのインストール，BSVC エミュレータの導入，アセンブリ言語プログラムのテスト実行．
• 演習：アセンブリプログラムの記述，BSVC 上での実行．
• 発展：GCC と Newlib のインストール，C 言語から 68000 アセンブリ言語への変換．

作業ディレクトリは ~/src，インストール先 prefix は /usr/local．

2. 基礎編

2.1 WSL2 (Ubuntu 24.04) の導入

1. Windows のコマンドプロンプトを管理者権限で起動し，次を実行する．

   wsl --install -d Ubuntu-24.04

   このコマンドの実行により，Ubuntu のシェルが起動する． 初回起動時に UNIX ユーザ名とパスワードを設定する．なお，画面にパスワードが表示されないのは正常動作である．

   
2. Ubuntu シェルで WSLg（GUI サブシステム）の有効化を確認する．

   echo $DISPLAY

   

   :0 が表示されることを確認する．表示されない場合，Windows を再起動する．

2.2 ビルド依存パッケージのインストール

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．このときに，先ほど設定したパスワードが必要．

sudo apt update
sudo apt upgrade -y
sudo apt install -y \
    build-essential git cmake pkg-config \
    flex bison texinfo \
    tcl-dev tk-dev libx11-dev \
    libgmp-dev libmpfr-dev libmpc-dev libisl-dev zlib1g-dev \
    wget xz-utils file gdb

• build-essential は gcc, make, glibc-dev などである．
• tcl-dev / tk-dev は BSVC のビルドに使用する．
• libgmp-dev / libmpfr-dev / libmpc-dev / libisl-dev は GCC（クロスコンパイラ）のインストールに使用する．

2.3 インストール先とパスの準備

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

mkdir -p ~/src
cd ~/src

export PREFIX=/usr/local
export TARGET=m68k-elf
export PATH=$PREFIX/bin:$PATH

m68k-elf-* コマンドにパスを通すために ~/.bashrc を設定する．

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cat >> ~/.bashrc <<'EOF'
export PATH=/usr/local/bin:$PATH
EOF

2.4 binutils (m68k-elf) のインストール

binutils のインストールにより，アセンブラ m68k-elf-as，リンカ m68k-elf-ld，オブジェクト変換 m68k-elf-objcopy，逆アセンブラ m68k-elf-objdump 等のコマンドが使えるようになる．

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cd ~/src
wget https://ftp.gnu.org/gnu/binutils/binutils-2.44.tar.xz
tar xf binutils-2.44.tar.xz

rm -rf build
mkdir build
cd build
export PREFIX=/usr/local
export TARGET=m68k-elf
../binutils-2.44/configure \
    --prefix=$PREFIX \
    --target=$TARGET \
    --disable-nls \
    --disable-werror \
    --with-sysroot
make -j $(nproc)
sudo env PATH="$PATH" make install
cd ~/src

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行し，インストールを確認する．

ls -la /usr/local/bin
m68k-elf-as --version
m68k-elf-ld --version
m68k-elf-objdump --version

2.5 m68k-elf-gdb のインストール

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cd ~/src
wget https://ftp.gnu.org/gnu/gdb/gdb-15.2.tar.xz
tar xf gdb-15.2.tar.xz

rm -rf build
mkdir build
cd build
export PREFIX=/usr/local
export TARGET=m68k-elf
../gdb-15.2/configure \
    --prefix=$PREFIX \
    --target=$TARGET \
    --disable-nls \
    --disable-werror
make -j $(nproc)
sudo env PATH="$PATH" make install
cd ~/src

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行し，インストールを確認する．

m68k-elf-gdb --version

2.6 BSVC (68000 エミュレータ) のビルド

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cd ~/src
git clone https://github.com/BSVC/bsvc.git
cd bsvc
cd src
make -f Makefile.Linux all
sudo make -f Makefile.Linux install

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行し，起動を確認する．

bsvc &

WSLg 経由で Windows デスクトップに BSVC のウィンドウが表示されれば成功である．表示されない場合は次を確認する．

• 1．echo $DISPLAY が空でないこと．
• 2．コマンドプロンプトを管理者権限で起動し wsl --update を実行して WSL2 カーネルを最新化していること．
• 3．apt install -y x11-apps && xeyes で xeyes の画面が開くかを確認．

2.7 リンカスクリプトと起動コードの準備

Ubuntu のシェルで m68k.ld（リンカスクリプト）を作成する．

OUTPUT_FORMAT("elf32-m68k")
OUTPUT_ARCH(m68k)
ENTRY(_start)

MEMORY
{
    ram (rwx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 1M
}

SECTIONS
{
    .vectors 0x00000000 : {
        LONG(0x00010000)   /* 初期スタックポインタ */
        LONG(_start)       /* 初期プログラムカウンタ */
    } > ram

    .text 0x00000400 : {
        *(.text*)
        *(.rodata*)
    } > ram

    .data : {
        *(.data*)
    } > ram

    .bss : {
        _bss_start = .;
        *(.bss*)
        *(COMMON)
        _bss_end = .;
    } > ram
}

作成したら次のコマンドでコピーする．

sudo cp m68k.ld /usr/local/bin

3. 演習編（68000 アセンブラ）

3.1 サンプルアセンブリソース

sample.s を次のとおり作成する．

    .title  "sample.s"
    .global _start

    .text
_start:
    move.w  #3, a       | a に 3 を格納
    move.w  #4, b       | b に 4 を格納
    move.w  a, %d0      | d0 = a
    add.w   b, %d0      | d0 = d0 + b
    move.w  %d0, c      | c = d0
    stop    #0x2700     | 停止

    .data
a:  .word   0
b:  .word   0
c:  .word   0

3.2 ビルド（アセンブル・リンク・S レコード生成）

m68k-elf-as -g -o sample.o sample.s
m68k-elf-ld -T m68k.ld -o sample.elf sample.o
m68k-elf-objcopy -O srec --srec-forceS3 sample.elf sample.s19

-g オプションは GDB 用のデバッグ情報を生成する．あとの演習で使用する．

3.3 逆アセンブル結果の確認

生成されたマシン語を確認する．

m68k-elf-objdump -d sample.elf

各命令のオペコード（16 進バイト列）とニーモニックを確認できる．

3.4 BSVC 上での実行

1. Ubuntu シェルで bsvc & を実行する．
2. BSVC のセットアップを行う．BSVC のメニューから File → New Setup... を選び，sim68000 を設定する．その後，メモリのアタッチを行う．まず RAM をクリックし，Attach をクリック．ベースアドレス（Base Address）を 0，サイズ（Size）を 10000 に設定する．







3. BSVC のメニューから File → Load Program を選び，先ほど作成した sample.s19 を指定する．



4. PC の値を，プログラムの先頭アドレスである 00000400 に設定する．



5. 画面下の Reset をクリックする．



6. Single Step を複数回クリックし，実行の様子を確認する．



7. メモリビューワ（BSVC のメニューから Window → Memory Viewer）で変数 c の位置に 0x0007 が格納されていることを確認する．



変数アドレスは次のコマンドで得られる．

m68k-elf-nm sample.elf

演習

• 演習 1．sample.s の即値 #3, #4 を変更し，c の値が期待どおり更新されることを BSVC で確認する．
• 演習 2．add.w を sub.w に書き換え，減算結果を確認する．
• 演習 3．move.w を move.l に変更した場合，a, b, c の宣言 .word をどのように変更する必要があるか記述し，実行結果を確認する．
• 演習 4．ループ命令 dbra を用いて 1 から 10 までの総和を求めるプログラムを作成し，ステップ実行で観測する．

4. 発展編（C 言語から 68000 マシン語への変換）

本章はアセンブラ演習が一通り完了した後の発展学習である．GCC と Newlib を追加導入し，C ソースから 68000 マシン語を生成する．

4.1 GCC 第一段（C コンパイラ本体）のビルド

Newlib を後段でビルドするため，まず C 言語のみ・ライブラリなしで GCC をビルドする．

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cd ~/src
wget https://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-14.2.0/gcc-14.2.0.tar.xz
tar xf gcc-14.2.0.tar.xz
cd gcc-14.2.0
./contrib/download_prerequisites
cd ~/src

rm -rf build-gcc-stage1
mkdir build-gcc-stage1
cd build-gcc-stage1
export PREFIX=/usr/local
export TARGET=m68k-elf
../gcc-14.2.0/configure \
    --prefix=$PREFIX \
    --target=$TARGET \
    --enable-languages=c \
    --without-headers \
    --disable-nls \
    --disable-libssp \
    --disable-libquadmath \
    --disable-threads \
    --disable-shared \
    --with-newlib
make -j $(nproc) all-gcc
sudo env PATH="$PATH" make install-gcc
make -j $(nproc) all-target-libgcc
sudo env PATH="$PATH" make install-target-libgcc
cd ~/src

4.2 Newlib（組込用標準 C ライブラリ）のビルド

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cd ~/src
wget https://sourceware.org/pub/newlib/newlib-4.5.0.20241231.tar.gz
tar xf newlib-4.5.0.20241231.tar.gz

rm -rf build-newlib
mkdir build-newlib
cd build-newlib
export PREFIX=/usr/local
export TARGET=m68k-elf
../newlib-4.5.0.20241231/configure \
    --prefix=$PREFIX \
    --target=$TARGET \
    --disable-newlib-supplied-syscalls \
    --disable-nls \
    CFLAGS_FOR_TARGET="-O2 -g -Wno-implicit-function-declaration -Wno-incompatible-pointer-types -Wno-int-conversion -Wno-implicit-int"
make all
sudo env PATH="$PATH" make install
cd ~/src

4.3 GCC 第二段（Newlib と統合）のビルド

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行する．

cd ~/src
mkdir build-gcc-stage2
cd build-gcc-stage2
export PREFIX=/usr/local
export TARGET=m68k-elf
../gcc-14.2.0/configure \
    --prefix=$PREFIX \
    --target=$TARGET \
    --enable-languages=c \
    --with-newlib \
    --disable-nls \
    --disable-libssp \
    --disable-libquadmath \
    --disable-threads \
    --disable-shared
make -j $(nproc)
sudo env PATH="$PATH" make install
cd ~/src

Ubuntu のシェルで次のコマンドを実行し，インストールを確認する．

m68k-elf-gcc --version
m68k-elf-gcc -print-search-dirs | head
ls $PREFIX/m68k-elf/lib

libc.a, libg.a, libm.a, crt0.o 等が存在することを確認する．

4.4 C ランタイム起動コード

Ubuntu のシェルで crt0.s を次のとおり作成する．

    .title  "crt0.s"
    .global _start
    .extern main

    .text
_start:
    move.l  #0x00010000, %sp     | スタック初期化
    lea     _bss_start, %a0      | BSS ゼロクリア開始
    lea     _bss_end,   %a1
1:  cmp.l   %a0, %a1
    beq     2f
    clr.b   (%a0)+
    bra     1b
2:  jsr     main                 | main 呼出し
    stop    #0x2700              | 終了

4.5 サンプル C ソースコード

add.c：

volatile short a, b, c;

int main(void)
{
    a = 3;
    b = 4;
    c = a + b;
    return 0;
}

4.6 ビルド

m68k-elf-as  -g -o crt0.o crt0.s
m68k-elf-gcc -g -O0 -m68000 -ffreestanding -nostdlib -c -o add.o add.c
m68k-elf-ld  -T m68k.ld -o add.elf crt0.o add.o
m68k-elf-objcopy -O srec --srec-forceS3 add.elf add.s19

各オプションの意味は次のとおりである．

• -m68000：純正 68000 命令のみを生成する．
• -ffreestanding：ホスト OS を前提としないコード生成を指示する．
• -nostdlib：標準ライブラリの自動リンクを抑止する．
• -O0：デバッグ時は最適化を無効化する．リリース時は -O2 を用いる．
• --srec-forceS3：32 ビットアドレスの S3 レコードで出力する．

4.7 C ソースと生成マシン語の対応観察

m68k-elf-objdump -S add.elf

-S オプションは C ソース行と逆アセンブル結果を交互表示する．C の代入・算術式が 68000 の move, add 命令列にどのように翻訳されるかを観察する．

4.8 GDB による C レベル・アセンブラレベルの両側デバッグ

m68k-elf-gdb add.elf
(gdb) load
(gdb) break main
(gdb) run
(gdb) step                | C ソース行単位のステップ
(gdb) stepi               | 命令単位のステップ
(gdb) info registers
(gdb) print a
(gdb) print b
(gdb) print c
(gdb) x/1hx &c
(gdb) continue
(gdb) quit

step は C ソース行単位，stepi はマシン命令単位のステップ実行である．C の 1 行がアセンブラ言語の何になるか確認できる．

4.9 Makefile のサンプル

Makefile：

CROSS   = m68k-elf-
CC      = $(CROSS)gcc
AS      = $(CROSS)as
LD      = $(CROSS)ld
OBJCOPY = $(CROSS)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS)objdump

CFLAGS  = -g -O0 -m68000 -ffreestanding -nostdlib -Wall
ASFLAGS = -g
LDFLAGS = -T m68k.ld

TARGET  = add
OBJS    = crt0.o add.o

all: $(TARGET).s19 $(TARGET).lst

$(TARGET).elf: $(OBJS)
	$(LD) $(LDFLAGS) -o $@ $^

$(TARGET).s19: $(TARGET).elf
	$(OBJCOPY) -O srec --srec-forceS3 $< $@

$(TARGET).lst: $(TARGET).elf
	$(OBJDUMP) -S $< > $@

%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

%.o: %.s
	$(AS) $(ASFLAGS) -o $@ $<

clean:
	rm -f *.o *.elf *.s19 *.lst