[#SPRESENSE 2026]OS作ってみたにょ[LinDOS]

〜アセンブリで書いたシェルが、本物のDOSみたいに動く〜

「マイコンの上で、昔のMS-DOSみたいなものを動かしたい」
「しかもシステム自体をアセンブリ風の言語で書いて、仮想CPUで実行したい」

そんな想いから生まれたのが LinDos (スペイン語で可愛い等々)です。

LinDosは、Sony Spresense上で動作する 仮想16bit CPUベースのMS-DOS風OS です。
特徴は以下の通り：

独自の仮想16bit CPU（vCPU）を実装
システムを IO.SYS / DOS.SYS / CMD.SYS の3層構造で記述（本物のDOSを模している）
システムファイルはすべてアセンブリ風言語で書かれている
シェルから .asm と .c の両方のユーザープログラムを実行可能
ファイル操作・ディレクトリ操作・ワイルドカード対応など、かなり実用的なコマンドを実装
ネイティブ側はハードウェア抽象化と仮想CPUの実行に徹している

要するに、「仮想CPUの上で動く、自己ブートストラップするMS-DOS風環境」 です。

本記事では、設計思想から実装の詳細、ブートストラップの仕組みまでをかなり深掘りして解説します。

LinDosは明確にレイヤ分けされています。


┌─────────────────────────────────────────────┐
│  CMD.SYS（シェル層）                         │  ← アセンブリ
│  ユーザー入力を受け取り、コマンドを解釈       │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  DOS.SYS（カーネル層）                       │  ← アセンブリ
│  論理コードをIO.SYS向けコードに変換           │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  IO.SYS（ハードウェア抽象化層）               │  ← アセンブリ
│  SEROUT / SERNL / GFXCLR / SERIN などを呼ぶ  │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  vCPU（仮想16bit CPU）                       │  ← ネイティブC++
│  独自の命令セットを実行                      │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  LiveC（Cインタプリタ）                      │  ← ネイティブC++
│  .c ファイルを実行するときに使用             │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  kernel.hpp（ブートローダ + ビルトインコマンド）│  ← ネイティブC++
├─────────────────────────────────────────────┤
│  term.hpp（ターミナルエンジン）               │  ← ネイティブC++
├─────────────────────────────────────────────┤
│  hw.hpp（LovyanGFX + ILI9488）               │  ← ネイティブC++
└─────────────────────────────────────────────┘

ポイントは、上3層がすべて仮想CPUが実行するアセンブリソースであることです。
ネイティブ側は「仮想CPUを用意して、仮想ファイルシステムからシステムをロードする」役割に徹しています。

ここがLinDosで一番面白い部分です。

Arduinoのsetup() → osSetup()が呼ばれる
ハードウェア初期化（LCD・スプライト・RTC・Serial）
ターミナル初期化＆タイトル表示
SDカード（またはSPIFFS）をマウント
システムファイルをSDに書き込む（deploy）
/IO.SYS /DOS.SYS /CMD.SYS を読み込む
3つのソースを結合し、先頭に JMP SHELL_START を付ける
仮想CPU（vCPU）に渡して実行開始
CMD.SYS の SHELL_START からシェルが動き出す


void osSetup() {
  // ... ハードウェア初期化 ...

  deploySystemFiles();  // /IO.SYS /DOS.SYS /CMD.SYS を書き込む

  std::string ioSys  = loadFileFromSD("/IO.SYS", okIO);
  std::string dosSys = loadFileFromSD("/DOS.SYS", okDos);
  std::string cmdSys = loadFileFromSD("/CMD.SYS", okCmd);

  // 結合して仮想メモリイメージを作る
  std::string coreMemoryImage =
    std::string("JMP SHELL_START\n") +
    "; --- IO LAYER ---\n" + ioSys + "\n" +
    "; --- KERNEL LAYER ---\n" + dosSys + "\n" +
    "; --- SHELL LAYER ---\n" + cmdSys + "\n";

  vCpu.onHwOp = handleHwOp;
  vCpu.run(coreMemoryImage);   // ここでシェルが動き出す
}

なぜ一度SDに書いて読み直すのか？

「仮想ファイルシステムからロードする」というOSらしい形を取っている
将来的にユーザーがシステムファイルを書き換えて再起動できる設計の土台になる
本物のDOSが起動時にシステムファイルをロードする流れを再現している

シンプルに4本だけです。

AX / BX / CX / DX（すべて32bit整数として実装）

命令	説明
`MOV reg, val`	レジスタに値を代入
`ADD reg, val`	加算
`SUB reg, val`	減算
`CMP val1, val2`	比較（結果をcmpFlagに保存）
`JMP label`	無条件ジャンプ
`JEQ / JZ label`	等しい場合ジャンプ
`JNE / JNZ label`	等しくない場合ジャンプ
`CALL label`	サブルーチン呼び出し
`RET`	サブルーチンから戻る
`INT n`	ソフトウェア割り込み（拡張用）
`CMPS str`	入力バッファと文字列を比較
`SEROUT val`	数値を画面に出力
`SERNL`	改行
`GFXCLR`	画面クリア
`SERIN`	1行入力
`DIRLIST`	ディレクトリ一覧
`EXEC`	コマンド実行（ビルトイン or .asm/.c）
`HLT / HALT`	停止

命令数を極限まで絞っているので、実装が軽く、デバッグもしやすいのが特徴です。

ラベルは行末の : で定義
CALL / RET でサブルーチンを実現（コールスタックを内部で管理）

ハードウェアに直接触れる唯一の層です。


DRV_ENTRY:
    CMP AX, 11
    JEQ DRV_PUTNUM      ; 11 = 数値表示
    CMP AX, 12
    JEQ DRV_NEWLINE     ; 12 = 改行
    CMP AX, 13
    JEQ DRV_CLS         ; 13 = 画面クリア
    CMP AX, 14
    JEQ DRV_READLINE    ; 14 = 1行入力
    CMP AX, 15
    JEQ DRV_DIRLIST     ; 15 = ディレクトリ一覧
    RET

論理コード（1〜5）をIO.SYS向けのコード（11〜15）に変換します。


SYS_ENTRY:
    CMP AX, 1
    JEQ KRN_PUTNUM
    CMP AX, 2
    JEQ KRN_NEWLINE
    ; ...
KRN_PUTNUM:
    MOV AX, 11
    CALL DRV_ENTRY
    RET

この変換層があることで、シェル側はハードウェアの詳細を知らなくて済みます。

ユーザーと対話する最上位層です。


SHELL_START:
SHELL_LOOP:
    MOV AX, 4           ; 1行入力
    CALL SYS_ENTRY

    CMPS CLS
    JEQ CMD_CLS
    CMPS VER
    JEQ CMD_VER
    EXEC                ; ビルトインでなければ .asm / .c を探す
    JMP SHELL_LOOP

CMD_CLS:
    MOV AX, 3
    CALL SYS_ENTRY
    JMP SHELL_LOOP

非常にシンプルですが、「入力 → 判定 → 実行」の基本的なシェルの流れがアセンブリだけで実現されています。

ユーザーがコマンドを入力すると、以下の順番で処理されます。

ビルトインコマンドを試す（tryBuiltinCommand）
- ls / dir / cd / mkdir / cp / del / cat / echo / mem / date / reboot など
見つからなければ /NAME.asm を探して vCPU で実行
それでもなければ /NAME.c を探して LiveC で実行
どれもなければ Bad command or file name

この二段構え（アセンブリとC）がLinDosの大きな特徴です。

コマンド	説明
`ls` / `dir [pattern]`	ファイル一覧（`*` `?` ワイルドカード対応）
`cd <dir>`	ディレクトリ移動（`..` や `/` も可）
`mkdir` / `rmdir`	ディレクトリ作成・削除
`cp` / `mv` / `ren`	コピー・移動・リネーム
`del`	ファイル削除（ワイルドカード可）
`cat` / `type`	ファイル内容表示
`echo`	文字列表示
`mem`	空きメモリ表示
`date` / `time`	RTCから日時表示
`cls`	画面クリア
`ver`	バージョン表示
`reboot`	再起動
`pause`	キー入力待ち
`help [cmd]`	ヘルプ表示

タブ補完も実装されています。

本物のDOSの階層を忠実に再現
IO.SYS → DOS.SYS → CMD.SYS という構造をアセンブリで実現している。
仮想CPUの命令を極限まで絞った
必要最低限の命令だけでシェルが動くことを証明している。
.asm と .c の両対応
軽い処理はアセンブリ、複雑な処理はCで書けるハイブリッド構成。
ワイルドカード対応のファイル操作
del *.txt や ls *.c などが普通に使える。
スタックに優しい設計
vCPUやCInterpをヒープに確保するなど、深い呼び出しでもスタックオーバーフローしにくい工夫をしている。

vCPUの命令セットが少ないため、複雑なアセンブリプログラムは書きにくい
マルチタスクは未実装
メモリ保護やユーザー権限の概念なし
アセンブリの1行が64文字制限（コメントは短く英語で書く必要あり）
エラー処理がまだ甘い部分がある

vCPUの命令セット拡張（特にメモリ操作系）
本格的なマルチタスク
より高機能なアセンブリプログラムのサンプル追加
ネットワーク対応（SpresenseのLTEアドオン活用）
簡易テキストエディタの実装
システムファイルのホットリロード

LinDosは「ただ動くもの」を作るのではなく、**「仮想CPUの上で本物のDOSの構造を再現する」**という、かなり尖った方向性で作っています。

アセンブリでシェルを書き、それを仮想CPUで動かし、さらにCプログラムも実行できるというハイブリッドな構成は、公開されているプロジェクトの中でもかなり珍しいと思います。

まだまだ荒削りですが、「マイコンの上で昔のPCみたいなものを動かす」という楽しさは十分に味わえるはずです。

興味を持った方は、ぜひコードを触ってみてください。
改善案や「ここもっとこうすれば」という指摘も大歓迎です。

ボード: Sony Spresense メインボード
ディスプレイ: ILI9488（480×320）+ LovyanGFX
ストレージ: microSDカード（またはSPIFFS）
ライブラリ: LovyanGFX, SDHCI

関連ファイル構成


linDos.ino
main.hpp
hw.hpp
cpu.hpp          ← 仮想16bit CPU本体
term.hpp         ← ターミナルエンジン
liveC.hpp        ← Cインタプリタ（.c実行用）
kernel.hpp       ← ブートローダ + ビルトインコマンド
writeFile.hpp    ← システムファイルソース（IO.SYS / DOS.SYS / CMD.SYS）

ここにPOSTが表示されます

・liveOS liveC
・liveOS エディタ編
・liveOS ch9350編
・liveOS LiveB/LiveP
・liveOS LiveCO
・liveOS LiveFO
・liveOS LinDOS
・liveOS linaX ←いまここ

このプロジェクトはArduinoフレームワーク上で開発しています。ボードはVicharak Shrike-Lite (RP2040) / Sony Spresenseの2機種に対応。