Mac OS X портировали на Nintendo Wii 2007 года

Инженер-программист Брайан Келлер объявил об успешном портировании Mac OS X 10.0 Cheetah на игровую консоль Nintendo Wii.

Он не только заставил операционную систему от Apple работать на нестандартном железе, но и создал текст доклад о проделанной работе – от проверки совместимости до написания драйверов для уникального чипсета Hollywood.

Почему это вообще возможно?

Келлер стартовал с исследования аппаратной совместимости. В Wii установлен процессор PowerPC 750CL – улучшенная версия PowerPC 750CXe, который использовался в ноутбуках Apple G3 iBook и некоторых iMac G3. “Я был уверен, что с процессором проблем не будет”, – пишет инженер.

А вот с оперативной памятью всё сложнее: Wii имеет 88 МБ ОЗУ (24 МБ 1T-SRAM + 64 МБ GDDR3), тогда как официальные требования Mac OS X Cheetah – 128 МБ. Однако Келлер выяснил, что система реально запускается и с меньшим объёмом: он протестировал Cheetah в QEMU с 64 МБ – всё работало.

Загрузчик с нуля и патчи ядра

Вместо портирования Open Firmware или BootX (штатных загрузчиков Mac) Келлер решил написать собственный загрузчик на основе примера ppcskel. Загрузчик инициализирует железо Wii, загружает ядро XNU с SD-карты, создаёт дерево устройств и передаёт управление ядру.

Первые попытки приводили к чёрному экрану. Чтобы понять, насколько далеко загружается ядро, Келлер применил хитрый трюк: патчил бинарник ядра, заменяя инструкции на код, зажигающий один из светодиодов на передней панели Wii. Так он отследил путь выполнения вплоть до C-кода.

Келлер признался, что активно использовал чат-боты для понимания кодовой базы XNU и исследования различных тем.

Драйверы IOKit: Hollywood, SD-карта, фреймбуфер и USB

Самая трудоёмкая часть – написание драйверов для IOKit (каркас драйверов macOS). Поскольку Wii использует фирменную систему-на-чипе Hollywood вместо шины PCI, пришлось создавать собственный драйвер NintendoWiiHollywood, который публикует nub’ы для дочерних устройств.

Драйвер SD-карты (NintendoWiiSDCard) реализует чтение и запись через IPC с сопроцессором Starlet (ARM). После его запуска система наконец перестала выдавать ошибку “Still waiting for root device” и смонтировала корневую файловую систему.

Отдельная история – видео. Видеовыход Wii ожидает 16-битные YUV-данные, а Mac OS X выводит RGB. Подход – два фреймбуфера: один RGB, куда пишет macOS, и второй YUV, который отображается на экран. 60 раз в секунду драйвер конвертирует информация. На скриншоте ниже – та самая схема:

Когда система загрузилась до рабочего стола, цвета были… пурпурными. Но после исправления и возврата флага isConsoleDevice всё встало на свои места.

USB-клавиатура и манипулятор

С USB возникли проблемы: AppleUSBOHCI (драйвер контроллера OHCI) требовал IOPCIDevice, которого на Wii нет. Келлер создал поддельный NintendoWiiHollywoodPCIDevice, наследующий от IOPCIDevice, и пропатчил Info.plist. Но затем выяснилось, что на Wii используется обратный little-endian, а драйвер делает программный свап байтов. Без исходников IOUSBFamily для Cheetah исправить это было почти невозможно.

Помог IRC: участник @bbraun предоставил доступ к CVS-репозиторию с полными исходниками IOUSBFamily для Mac OS X Cheetah. Келлер пересобрал драйверы, убрал лишние swap’ы – и USB-клавиатура с мышью заработали.

Теперь на Wii можно запустить не только порты Linux, NetBSD и Windows NT, но и полноценную Mac OS X Cheetah с работающей USB-клавиатурой и мышью. Исходный исходник загрузчика и драйверов доступен на GitHub.