CP/M-86 & MS-DOS 交叉开发环境深度解读

背景

在个人计算机发展的早期，Digital Research 推出的 CP/M-86 及其配套的 MS-DOS 曾是 x86 架构下的主流操作系统。然而，随着现代开发环境的演进，针对这些古老系统的原生编译器和构建工具已难以直接在 macOS、Linux 等现代操作系统上运行。

该项目由开发者基于“极客精神”和兴趣发起，旨在构建一个完整的 CP/M-86 交叉开发环境。其核心理念在于：既然所有基于 DOS 的工具都可以用于构建 DOS 程序，那么利用现代模拟器（如 emu2）和交叉编译工具链，便可以在现代 Shell 环境中重现当年的开发流程。该项目不仅整合了多种历史编译器（如 Aztec C、Microsoft MASM），还包含了针对 CP/M-86 的清理版内核和补丁，旨在为复古计算爱好者、历史软件研究者以及系统底层开发者提供一个可复现、可测试的开发闭环。

核心内容

该项目提供了一个标准化的脚本和工具集，用于自动化获取、配置和运行一系列用于 CP/M-86 和 MS-DOS 开发的遗留工具。以下是该环境的详细构成与工作机制：

1. 支持的开发语言与工具链

环境支持 C（K&R 及近似 ANSI 标准）、汇编器和 Basic 语言的开发。具体包含以下核心组件：

• Aztec C 编译器：
  • 版本 3.4/3.40a：基于 K&R 标准，提供 CP/M-86 库 c86.lib，已打补丁。
  • 版本 4.2/4.10d：近似 ANSI 标准。由于默认包中不包含 CP/M-86 库代码，该项目从 3.4 源码中修补并重新编译了 c86.lib，同时提供了 DOS 1.1 库 d11.lib。
• Digital Research (DR) 工具集：
  • rasm86/link86/lib86（DOS 版本）。
  • asm86.com 和 gendef.com。
  • cb86.exe 及相关库（CBASIC 编译器）。
• Microsoft 工具集：
  • 包含 masm, link, asm, exe2bin, hex2bin。其中 masm 版本经过修补以兼容 emu2 等模拟器。
• 其他汇编器：
  • nasm（Netwide Assembler）。
  • 用于运行 CP/M-80 程序的 tinylpo 模拟器。

2. 模拟器与运行环境

为了在现代系统（macOS/Linux）上运行上述 DOS/CP/M 工具，项目引入了两个关键模拟器：

• emu2：一个强大的 DOS 模拟器，允许在现代化的基于 Shell/Make 的开发环境中直接运行 DOS 命令行工具。它与 PCE（PC Emulator）配合使用效果极佳，既用于构建工具链，也用于最终程序的测试。
• tinylpo：专门用于运行 CP/M-80 程序（如 asm86.com 和 gencmd.com）的轻量级模拟器。

3. 自动化构建与缓存机制

项目通过 fetch_tools 脚本自动化下载所有依赖项，并通过 archive/ 目录实现版本锁定和离线构建支持：

• 自动化拉取：运行 ./fetch_tools 会自动下载 Aztec C、DR 工具、Microsoft MS-DOS 工具、NASM、emu2 等所有组件。
• 缓存与离线重建：所有下载的归档文件（如 .zip, .tar.gz）均缓存于 archive/ 目录。如果网络下载失败，脚本会回退使用缓存文件。
• 版本锁定：设置环境变量 ARCHIVE_FIRST=1 可强制仅从本地缓存重建环境，确保构建的可复现性，即使上游源消失也能正常工作。
• 清理机制：./clear_tools 可清除工作目录，但保留 archive/ 中的缓存，便于后续重新构建。

4. 自定义模拟器与补丁

• cpm86 模拟器：项目逆向工程并修补了随 Aztec C 提供的 cpm86 模拟器，修复了部分 Bug 并增加了新功能。
• EOF 处理优化：增强版的 cpm86 支持使用 EOF 填充记录而非 NULL，这简化了文本文件处理。但由于这与真实 CP/M-86 行为不符，默认禁用。用户可通过设置 CPM86_EOF=1 环境变量来启用此功能。
• 启动对象预处理：针对 Aztec 编译器的一次性链接器（ln）特性，项目通过预处理自动在命令行添加匹配的 C 运行时启动对象（startup object）。这解决了因未引用 libc 符号导致链接失败或程序退出时崩溃的问题，无需再使用 ord 命令或重复链接库文件。

5. Docker 容器化支持

项目提供了 Dockerfile，允许用户在容器中隔离构建环境：

• 构建镜像：docker build --rm=true -t cpm86:latest -f Dockerfile .
• 运行示例：通过挂载本地路径（-v \pwd`:/work）并在容器内执行特定的开发命令（如 pcdev_rasm86, aztec34_cc` 等），实现跨平台的编译体验。

6. 许可证与法律声明

• Microsoft MS-DOS 工具：遵循 MITS 许可证。
• Aztec C：遵循 Aztec Museum 文档中规定的条件。
• Digital Research 工具：遵循 CP/M 博物馆（cpm.z80.de）的许可和 FAQ 规定。
• 开源组件：emu2、tnylpo 和 nasm 均为开源，遵循各自特定的许可证。
• 免责声明：开发者不提供任何担保，用户需自行承担使用风险并遵守上述各组件的使用条款。

关键要点

• 交叉开发核心：该项目本质是一个“复古计算”的交叉编译环境，利用现代模拟器（emu2）在 Linux/macOS 上运行古老的 DOS/CP/M 编译器和工具。
• 工具链完整性：整合了从 K&R C 到近似 ANSI C 的 Aztec 编译器、Microsoft MASM、Digital Research 的汇编器以及 NASM，覆盖了 CP/M-86 开发的主要语言需求。
• 可复现性设计：通过 archive/ 缓存机制和 ARCHIVE_FIRST 环境变量，确保即使上游资源失效，构建环境依然可复现，适合长期维护和历史软件还原。
• 模拟器增强：不仅使用了现成的 emu2 和 tinylpo，还逆向工程并修补了 cpm86 模拟器，解决了文本文件处理（EOF vs NULL）和链接器启动对象缺失等具体痛点。
• 自动化与容器化：提供 fetch_tools 脚本一键获取依赖，并提供 Docker 支持，降低了现代开发者搭建复古开发环境的门槛。
• 严格的合规性：明确区分了开源组件（emu2, nasm）与专有/历史遗留组件（Aztec, DR, MS-DOS tools）的许可证，要求用户自行确认使用权限。

意义与影响

1. 降低复古计算门槛：对于希望研究或维护早期 x86 软件（如 CP/M-86 时代的应用）的开发者而言，该项目提供了一个开箱即用的解决方案，无需在复杂的虚拟机或老旧硬件上折腾。
2. 软件工程的历史价值：通过保留和修补这些历史工具链，该项目不仅是一个开发环境，更是一个软件考古平台。它展示了早期编译器（如 Aztec C 的一次性链接特性）和操作系统（CP/M-86）的技术细节，为理解现代编译器和操作系统的发展提供了实证参考。