在复古计算爱好者与技术极客之间,TI-99/4A 一直占有特殊地位。近年来一位开发者将目光投向更具现代感的系统体验,将 Unix 的思想移植到这台 8 位时代的机器上,创造了名为 UNIX99 的类 Unix 操作系统。UNIX99 并非对现代 Linux 的完整复制,而是根据 TI-99/4A 的硬件约束做出的务实实现,兼顾可用性、性能与兼容性,展现了在资源极其有限的平台上实现类 Unix 功能的可行性与创意。 UNIX99 的出发点并不是打造一个从头开始的内核,而是在实现标准 C 库接口的基础上提供一个熟悉的开发与运行环境。开发者先将常见的标准库函数移植到 TI 平台,包括 stdio、stdlib、dirent 等,随后在这些基础上实现文件接口、命令行解释器、进程控制等功能。通过与 TI 原有设备驱动相结合,UNIX99 能够把键盘、显示、声音、语音与精灵等硬件特性纳入系统服务,既保留了经典游戏体验,又支持命令行工具的日常使用。
在具体特性方面,UNIX99 支持 TI-99 的 9918A 显示模式和 F18A 的扩展模式,能够在 24 行与 30 行文本模式下运行,并利用 F18A 的图形加速能力提升滚动与图形操作性能。声音与语音支持是项目的重点之一,系统内置接口允许程序并行播放音乐与语音,借助协作式任务机制实现显示、声音与语音的并发执行而不影响主程序逻辑。精灵与硬件图形的操作经过优化,例如将精灵数据缓存到 RAM,减少对 VDP 的频繁读取,从而显著提升像 Pac-Man 这类动作游戏的帧率与响应速度。 文件系统方面,UNIX99 通过 DSR(设备服务例程)接口抽象出统一的文件访问层,支持文本与二进制文件的标准 I/O 流 stdin、stdout 与 stderr。根文件系统可以挂载来自 TIPI、IDE 卡或 MAME 模拟的硬盘映像等多种后端,系统会在已编译的 DSR 名称列表中寻找可用设备作为根文件系统。对 SAMS(存储器扩展)有初步支持,当前用于程序文件缓存,使得常用的 shell 与工具可以从缓存中快速加载,显著缩短启动与切换时间。
进程模型在最初版本中采用单进程执行模型,但保留了 execv 与 system 等接口供程序间调用,支持命令串联、管道与重定向,从用户角度看拥有类似 Unix 的命令行体验。开发者同时在原型中实验多进程调度,使用协作式多任务来处理声音、语音与显示项目,长远目标是实现更完善的并发进程支持与更细粒度的资源管理。 资源受限是整个实现过程中最大的挑战。TI-99/4A 原生内存非常有限,单个程序可用的平坦内存区域仅 32KB。为了解决库函数与公共方法占用大量空间的问题,UNIX99 将大量标准库函数放入 Cartridge ROM,并采用 ROM 翻页与 trampoline 机制来调用 ROM 中的函数。trampoline 方法使得 RAM 中只保留必要的跳转片段,避免每个 ROM 页都复制大量相似代码,从而在有限的内存中实现更多功能。
在程序镜像布局上,UNIX99 借鉴 EA5 格式,把 24KB 的上层区域(0xA000-0xFFFF)留作程序空间,下层 8KB(0x2000-0x3FFF)用于栈、数据与总线通信。这样的设计兼顾了兼容性与扩展性。对于想进一步提升性能的用户,开发者提到正在与社区中有关 Pico 系统 ROM 与 scratchpad 扩展的硬件努力协作,将来若能在系统 ROM 区域实现 RAM 分页,就能极大增加可寻址的 16 位程序空间,带来显著的性能提升。 开发工具链方面,UNIX99 使用 libti99 与 gcc,开发与构建在 Docker 容器中完成,便于跨平台构建与自动化测试。通过脚本与 TIImageTool,构建产物可以直接写入硬盘映像或 TIPI 上传到真实机器。MAME 在开发流程中承担模拟平台的角色,让开发与调试高效进行。
对于不能直接编译工具链的用户,开发者分享了基于论坛上现有 Docker 容器的使用技巧,并表示计划将更多工具与容器镜像公开到 GitHub,鼓励社区贡献。 UNIX99 自带一系列常用命令行工具的实现,覆盖 ls、df、clear、cd、head、tail、cat、grep 等常见命令,且尽量兼容传统 Unix 的命令行参数与行为。为了快速验证图形与声音子系统,作者还实现了一个 Pac-Man 克隆作为示例程序,演示了图形、精灵操控、碰撞检测、声音与语音的整合能力。许多命令的实现被设计成可单独编译与替换,鼓励用户根据喜好更换 shell 或加入新的用户程序。 关于兼容现成的轻量级工具,像 BusyBox 这样的项目理论上可以移植,但要注意体积与运行时内存占用。经典的 Unix 工具如 sed 与 awk 的现代实现往往体积较大,原始版本曾经也并非轻量。
开发者的策略是实现常用且必需的子集,以及提供可供扩展的框架,让社区能够逐步移植更复杂的工具或写出尺寸适合的替代实现。 在硬件支持方面,UNIX99 已与 MAME 的 HFDC 与 IDE 模拟设备兼容,能够通过 Fred Kaal 的 DSR 或 Thierry Nouspikel 的 IDE 卡实现对分区硬盘映像的访问。TIPI 设备也被用于真实硬件测试,未来计划整合 TIPI 的时间、串口与并口功能,进一步扩展系统的外围通信能力。 系统安全与多用户概念在 UNIX99 中也有所体现。基础的用户账户管理、当前工作目录与相对路径支持,允许用户在多用户环境下有更熟悉的操作流程。尽管硬件能力限制了复杂权限模型的实现,但 Unix 的设计哲学仍被保留,使得文件与进程的组织形式便于移植更多 Unix 工具与脚本。
性能优化集中在减少 VDP 访问、合理运用缓存与 ROM 分页策略上。编译时作者以体积为优先进行优化,这带来约 15-20% 的性能损失,但换来更小的可执行体积以及更灵活的内存布局。未来若能采用更激进的编译优化或在硬件上引入更多可寻址内存,系统性能还有进一步提升的空间。 社区与开源是 UNIX99 走向成熟的关键。开发者已表示希望将代码迁移到 GitHub 并接受外部贡献。由于 TI-99/4A 社区长期以来在硬件改造、设备模拟与工具链方面累积了大量经验,UNIX99 能借助这些资源快速发展。
感兴趣的开发者可以从移植单个工具开始,优化库函数,或为 F18A、SAMS、TIPI 等设备写更多驱动。 UNIX99 对复古计算生态有重要的意义。它证明了即便在资源受限的环境,Unix 的思想仍然可行且富有价值。通过把标准 C 库接口、命令行工具集与硬件特性结合起来,UNIX99 为 TI-99/4A 带来一种新的玩法:在怀旧游戏体验与现代操作体验之间找到平衡,让经典机器既能运行复古游戏,也能作为学习系统编程与操作系统原理的平台。 展望未来,UNIX99 的发展方向包括完善多进程调度、扩展文件系统与网络支持、将更多标准工具移植为更小巧的实现、以及与社区合作推出经过优化的 ROM 包与开发镜像。若硬件扩展(例如更多的 scratchpad 或 ROM 可分页方案)成熟,UNIX99 将能承载更复杂的应用,甚至在 TI-99/4A 平台上运行更多来自 Unix 世界的经典软件变体。
对任何对复古计算与操作系统实现感兴趣的人来说,UNIX99 是一个值得关注的项目。它不仅是技术上的挑战,也是对资源约束下工程设计的一次精彩实践。随着源代码与工具链的开放,更多人将能参与到这个把 Unix 精神带回 8 位时代的创造中,共同推动 TI-99/4A 社区的创新与传承。 。
