把 Tiny386 移植到 ESP32-P4：单片机上的 Windows 95

背景

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tiny386 是一个跑在 ESP32-P4 上的 x86 模拟器，带 VGA 帧缓冲输出，能在单片机上启动 FreeDOS，理论上也能跑 Windows 95。我们手上是 WT99P4C5-S1 开发板加一块 EK79007（1024×600，MIPI DSI）面板，目标是启动系统并点亮屏幕。

说明一下：这篇是移植过程记录，不是可复现的完整教程，我们的分支也不公开——上游后来推进了很多 commit，当时遇到的一部分问题在上游已经解决了，把过时的补丁贴出来没意义。留下的是踩坑的思路和一些通用的结论。

一、Arch 下准备 ESP-IDF

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大概三种装法：

• git clone --single-branch --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git：能用，但要下一个多 GB 的树，慢。
• eim（ESP-IDF Installer Manager）：最快最省心。
• AUR / 系统级静态安装到 /opt/esp-idf：只适合刚好要 6.0.1 的场景。

装好之后每个 shell 都要激活一次：

source "/home/fabbo/.espressif/tools/activate_idf_v6.0.1.sh"
idf.py --version

二、板级移植

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流程大致是：

1. 先按 README 给 SDK 打补丁。

2. 用现成板型跑通一遍，确认链路没问题：

   idf.py -DBOARD=jc4880p443 update-dependencies build

   能出 Successfully created a ESP32-P4 image 就说明 ESP-IDF 那一侧是好的。

3. 然后新增我们自己的板级文件：esp/main/board_wt99p4c5_s1.h、sdkconfig.wt99p4c5_s1 等。

4. USB HID 键盘鼠标支持来自社区 PR：hchunhui/tiny386#4（BigFishDev22）。很高兴能看到 BigFishDev22 的 PR 在稍晚被合并。

5. 在 idf_component.yml 里补上依赖条目。

6. 删掉 build/ 和旧的 sdkconfig 再重新配置——换了 BOARD 之后残留的 sdkconfig 会带着旧板子的选项：

   idf.py -DBOARD=wt99p4c5_s1 update-dependencies build
   idf.py flash

编译完了就有了 bios.bin、vgabios.bin镜像，再加上 FreeDOS 的 floppy.img ，和 tinyi386.ini 的配置放进 SD 卡。

值得一提的是，build.sh thirdparty 在 Arch 上编不过：脚本要编一个 Win32 的 slirp，TARGET_WINVER=0x501（Windows XP）写死在里面，现代 MinGW 的头文件不吃这个老宏。装了 mingw-w64-gcc 也不行，i686-w64-mingw32-gcc 报 Error 127 之后一路挂。好在 out/bios.bin、out/vgabios.bin 是编译出来了。

三、内存爆炸

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刷进去后开不了机，串口里是这样的：

E (1413) sdmmc_cmd: allocate_dma_buf: not enough mem, err=0x101
E (1413) diskio_sdmmc: sdmmc_read_blocks failed (0x101)
E (1713) async_fbcpy: esp_async_fbcpy_install(73): no memory for DMA2D descriptors
E (1713) lcd.dsi: esp_lcd_dpi_panel_enable_dma2d(519): install async memcpy 2d failed
ESP_ERROR_CHECK failed: esp_err_t 0x101 (ESP_ERR_NO_MEM) at 0x4002d550
file: "./main/lcd_ek79007.c" line 128

0x101 就是 ESP_ERR_NO_MEM。SD 卡的 DMA buffer 分不出来，LCD 的 DMA2D 描述符也分不出来，最后 ESP_ERROR_CHECK 直接 abort。根因是这块板子上被点亮的组件太多，内部 RAM 和 DMA 可用区被吃干净了。

我们做的削减：

• 关掉 ES8311 音频编解码、I2S 驱动；
• 关掉 ESP-Hosted（无线协处理那一套）；
• 试了 CONFIG_SPIRAM_ALLOW_BSS_SEG_EXTERNAL_MEMORY=y，把 BSS 挪到 SPIRAM——是否真的有效存疑，但配合上面几条之后内存压力确实下来了。

削减之后：终于能运行系统了。FreeDOS 从 floppy.img 正常启动，速度还不错；Windows 95 能进桌面，大约 30 秒后崩溃，不过后面通过优化解决了。

四、屏幕驱动

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是用的现成的 lcd_ek79007 库，其实遇到的都是些细节问题。

旋转问题

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在 lcd_ek79007.c 里写 MADCTL 寄存器（0x36，置 MV 位 0x20）做硬件级旋转。

镜像问题

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画面位置对了，但左右颠倒，文字完全没法读。先试标准接口：

E (1585) lcd_panel: esp_lcd_panel_swap_xy(59): invalid panel handle
ESP_ERROR_CHECK failed: esp_err_t 0x102 (ESP_ERR_INVALID_ARG) at 0x400160b4

esp_lcd_panel_swap_xy() 发现 EK79007 这套 DPI 面板驱动不支持。翻数据手册才发现，这颗面板的扫描方向是由两组 GPIO 硬件引脚决定的：

• UPDN：垂直扫描方向（从上到下 / 从下到上）；
• SHLR：水平扫描方向（从左到右 / 从右到左）。

问题在 lcd_ek79007.c 的 bsp_configure_panel_direction_pins()：改成 UPDN = 1、SHLR = 1（都按正向扫描），画面就正常了。

看来MIPI DSI 面板的扫描方向不一定走软件接口，很多是引脚拉死的。

五、优化

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分析启动全流程，识别出四个瓶颈：

通过修改 sdkconfig.defaults 中的 Kconfig 选项：

整体启动速度提升约 20-30%。进一步分析发现：

1. Kconfig 层面：ESP32-P4 硬件支持 RISC-V ZCMP 压缩指令扩展（SOC_CPU_HAS_ZC_EXTENSIONS=y），但 Kconfig 中未启用 CONFIG_COMPILER_ENABLE_RISCV_ZCMP。FreeRTOS 内核函数可从 Flash 迁移到 IRAM（CONFIG_FREERTOS_IN_IRAM），减少任务切换时的 cache miss。

2. VGA 刷新：FULL_UPDATE 宏禁用了增量文本模式刷新，每次全屏重绘所有字符。DOS/文本模式下的应用程序（BIOS 自检、命令行）大部分时间只改变屏幕的一小部分，全量刷新浪费大量 CPU。

3. I2S 任务延迟：vTaskDelay(8ms) 将 VGA 刷新率限制在 125Hz，而 VGA 自身场消隐周期为 5ms（RETRACE_INTERVAL_US = 5000），存在 3ms 不必要的延迟。

4. TLB 大小：ESP32 构建使用 tlb_size=256，仅为桌面版的 50%。TLB miss 触发昂贵的 PSRAM 页表遍历，TLB 减半意味着 miss 率翻倍。

5. 任务栈：4096 字节栈偏小，限制编译器内联优化。

6. IRAM_ATTR_CPU_EXEC1：cpu_exec1()（模拟器最热函数）被注释掉，运行在 Flash 上。尝试启用后链接器报 sram_low 溢出 40240 字节——函数体过大无法放入 IRAM，且与 FREERTOS_IN_IRAM 冲突。 ESP32-P4 的 IRAM（sram_low）容量有限，在已启用 FREERTOS_IN_IRAM、GDMA_CTRL_FUNC_IN_IRAM、ESP_SYSTEM_IN_IRAM 等系统组件的 IRAM 优化后，没有足够空间容纳 6000 行的 cpu_exec1()。一种折中方案是只将 cpu_exec1 中最热的基本块（如 ALU 指令、内存读写）提取到独立函数并标 IRAM_ATTR，但这需要大规模重构。当前最现实的优化是确保该函数在 Flash 中被 i-cache 充分覆盖。