Clamiga: アミガ用コモン・リッチ実装紹介

数ヶ月にわたり取り組んできた、「Clamiga (CL-Amiga)」というプロジェクトをご紹介します。これはアミガファミリ向けのコモン・リッチ（Common Lisp）実装です。

プロジェクト概要

• 対応プラットフォーム:
  • 68k CPU: アマギア OS 3 （クラシックな AmigaOS）
  • PPC CPU: MorphOS （ネイティブビルド）
  • 将来計画: AROS や AmigaOS 4 の対応を目指しています。
• クロスプラットフォーム対応: macOS や Linux においても、開発・テスト環境として動作します。
• 名の由来: 「CL-Amiga」の略称です。"Amiga"はスペイン語やポルトガル語で「友人（女性）」を意味するため、「アミガ上で動くリッチ」かつ「あなた自身の友人であるリッチ」という二重の意味を持たせています。

プロジェクトへのリンク (※本文下部参照)

コモン・リッチとは

コモン・リッチは長く愛され続けるプログラミング言語です。

• 規格: ANSI 規格（1994 年制定）に基づくモダンな印象。古いプログラムも現代のコンパイラで動作します。
• 主要特徴:
  • CLOS (Common Lisp Object System): オブジェクト指向システムを完備。
  • 条件処理・マクロ: 複雑な制御フローや言語拡張が容易。
  • インタラクティブ開発: イメージベースの開発スタイルにより、機能のライブ再定義が可能。

詳細な入門は「Common Lisp - Oldie but goldie」を参照してください。関数型プログラミングに興味ある方もご覧ください。

なぜ新たな実作なのか？（競合との違い）

SBCL, CCL などの優れた実装や商用製品も存在しますが、68k アミガ向けの実装はありません。

• 既存の高性能実装の課題:
  • x86-64 や ARM 等の現代的アーキテクチャに最適化されており、68k バックエンドがありません。
  • メモリ使用量が数十 MB を超える場合があります。
• Clamiga の特徴:
  • 独立したバイトコード VM: C で実装されたポータブルコアを採用。外部ランタイム（libffi や LLVM）や追加のコンパイラ依存がありません。
  • 性能: コモン・リッチとして完結しており、C やアセンブラとの競争でも遜色ありません。
  • 機能: 数値塔（ビットベクトル、複素数など）、REPL、デバッガー、インスペクター、ソケット、スレッド、AmigaOS API など。

事前用語集

以下の技術用語を理解しておくと理解が深まります。

• ASDF (Another System Definition Facility):
  • コモン・リッチの事実上の標準ビルドシステム（Gradle のようなもの）。依存関係やバージョン管理を自動化します。Clamiga でも採用されています。
• FASL (FASt Load):
  • ソースコードがコンパイルされた高速なファイル形式。Clamiga では m68k と PPC で生成した FASL ファイルの互換性を保証しています。
• Quicklisp:
  • コモン・リッチのライブラリマネージャー。Clamiga には互換シムを同梱しており、多くのライブラリが使えます（m68020 では計算資源不足による制限がある場合があります）。

動作原理とメモリ最適化

Clamiga はスタック型の VM で実行され、アミガの制約に対応した設計がなされています。

1. 32 ビットタグ付き値: オブジェクトモデルをコンパクトに保ちます。
2. コンパクト GC ヒープ: マーク・アンド・スイープ方式で、ヒープのスライドコンパクト化が可能。長時間動作してもメモリー不足になりません。
3. アーキテクチャ独立: コンパイル済みのバイトコードは m68k と PPC で共通します。

4MB リスト環境での運用

アミガではメモリが制限されますが、Clamiga は以下で効率的に動作します。

--heap 1M

--heap 11M

--heap 24M

メモリを節約する技術:

• パックされたバイトベクタ: 8 マスのデータ（I/O、画像など）は GC を走査せず、サイズが 4 分の 1 になります。
• バッチシーク I/O:

  read-sequence

  等で OS キル単位で処理し、パフォーマンスを向上。
• プリコンパイル FASL: 起動時に標準ライブラリを事前コンパイルすることで冷間ブートを大幅に短縮（約 92 秒→約 9 秒）。

m68k JIT (Just-In-Time コンパイル)

アミガ OS (68020+) では、Clamiga はバイトコードをネイティブ m6k マシンコードへ変換して実行します。

• 透明なフォールバック: 対応していない処理は自動的にインタプリタに落ちます。
• ベンチマーク結果:
  • 計算密集型コードで特に高いスピードアップを実現（例：sum-to で 20 倍）。
  • リアルタイムグラフィックデモでも、JIT により約 615 FPS を達成しています。
• 設定:

  --no-jit

  オプションでバイトコード専用モードに切り替え可能です。

速度比較データ (グラフ形式の表)

※ 最大速度は ACE BASIC の ROM コール（約 1900 FPS）に届きません。これはタグ付き値の構造的コストによるものです。

MorphOS: NG アミガ

MorphOS ビルドは、完全なネイティブ PPC バイナリです。

• 動作: Amiga ライブラリコールを PPC コードから処理します。
• JIT 省略: m68k のための JIT は実装されていません（ポータブル VM を使用）。ただし G4/G5 等の高速な PPC では十分高速です。
• 互換性: FASL ファイルは、Clamiga の他のビルドと互換性があります。

Quicklisp の設定とライブラリ

Quicklisp は事実上のライブラリマネージャーとして動作します。インストールは一度きりです。

インストールコマンド

(require "asdf")
(load "lib/quicklisp-install.lisp")
(cl-amiga-ql:install)

以降のセッション

(load #P"~/quicklisp/setup.lisp")
(load "lib/quicklisp-compat.lisp")
(ql:quickload "alexandria")

確認済みおよび独自の実装を含む主要ライブラリ：

• alexandria: 標準ユーティリティ集合。
• fiveam: 単体テストフレームワーク。
• FSet: 関数的コレクション（Clamdia 用の特定実装が必要）。
• Drakma, Hunchentoot: HTTP クライアント/サーバー（SSL 対応は未実装のため注意）。

GUI バインディングの準備

;; ~/.clamigarc に設定して自動読み込み
(require "amiga/intuition")
(require "amiga/graphics")

Lisp からのネイティブアミガ GUI

require

コード例:

hello-window.lisp

;; REQUIREs は DEFPACKAGE の前にある必要があります。
(require "amiga/intuition")
(require "amiga/graphics")

(defpackage :hello-amiga
  (:use :cl)
  ;; パッケージを明示するためにニックスネームを使用
  (:local-nicknames (:it :amiga.intuition)
                    (:gfx :amiga.gfx)))
                      
(in-package :hello-amiga)

(defun main ()
  (it:with-window (win :title "Hello Amiga"
                       :width 320 :height 200
                       :idcmp it:+idcmp-closewindow+)
    (let ((rp (it:window-rastport win)))
      (gfx:set-a-pen rp 1)
      (gfx:move-to rp 20 40)
      (gfx:gfx-text rp "Hello from Clamiga!")
      (it:event-loop win
        (it:+idcmp-closewindow+ (msg) (return))))))

(main)

• AmigaOS 内: Intuition ウィンドウが動作。
• MorphOS 内: 同じコードで動作（API 実装の違いに対応）。

バインディングが完全ではない部分でも、手書きの 68k アセンブリを介して生レジスタベースコールが可能のため、機能制限にはなりません。

インスペクターとデバッグ環境

インスペクター

ランタイム中の値を REPL で検査できます。以下の手順でハッシュテーブルの内容を確認可能です。

1. defvar

   で変数を初期化。
2. キー値ペアを設定。

3. (inspect *ht*)

   で内部構造を表示。

デバッガーとリスタート

エラーが発生した場合（無視されない限り）、デバッガーが開きます。

• コモン・リッチ特有の**条件システム (Condition System)**を利用。

• handler-bind

  や

  restart-case

  を用いて、エラー発生時に自動的に処理を再開（リスタート）できます。

ディーザッセンブラ (

disassemble

)

関数の内部構造を確認可能です。バイトコード VM の場合、バイトコードアセンブリが出力されます。

COMMON-LISP-USER> (disassemble 'f)
Disassembly of F:
  1 required, 0 optional, 0 key
  ...
  0000: FLOAD        0    ; 1+
  ...

ネイティブ m68k アセンブルの確認 (

jitexpand

)

JIT コンパイルされた関数も、マクロ

jitexpand

(jitexpand (defun add1 (x) (+ x 1)))

ホスト（macOS/Linux）での開発

• SLY/Emacs連携: REPL、補完、デバッグなど快適な環境が構築できます。
• ワークフロー: 高速なホストで開発・テストを行い、FASL ファイルをアミガで動作確認するサイクルが可能です。

ステータスとロードマップ

現在のステータス

• コア言語の安定化完了。
• テストスイート：スレッド、CLOS、条件処理、数値塔、FFI、JIT、GUI を網羅。
• ANSI 適合性目標あり（現在一部通過）。

今後のロードマップ

• AmigaOS API: より完全なインタフェースの実装。
• MorphOS 機能: 特定機能の追加。
• ARexx ポート: Emacs や SLIME/Sly との統合を容易化。
• ANSI 適合性: さらなる向上。
• インフラ強化: より高性能なインスペクター、デバッガー、PPC JIT の実装など。

結論

Clamiga は、アミガという古いハードウェアに現代的なライブラリ環境をもたらすプロジェクトです。

• 68k アマギア上: RAM を効率的に使ったネイティブ JIT と完全なコモン・リッチ。
• MorphOS 上: フル Quicklisp エコシステムが動作する高速 PPC ビルド。
• macOS/Linux 上: 開発に最適な Emacs ツールリングを備えた環境。

プロジェクトは GitHub で活動中であり、バグ報告や機能リクエストを歓迎します。