Cafe OS

Cafe OS ist der PowerPC-Teil des Betriebssystem der Wii U. Es besteht aus dem Cafe-OS-Kernel, dem ausführbaren Loader und Systembibliotheken. Anders als auf der Wii, wo Spiele mit vollem Hardwarezugriff auf dem "blanken Metall" liefen, laufen Wii-U-Spiele vollständig voneinander isoliert unter der Aufsicht des Kernels. Alle Applikationen sind - genau wie die Bibliotheken - modifizierte ELF-Dateien und werden dynamisch mit den Bibliotheken verbunden, um Zugriff auf OS-Services zu erhalten. Cafe OS enthält auch einige Systemprozesse, wie das HOME-Menü und den Error Handler.

Der ARM-Teil des Betriebssystems heißt IOSU.

Architektur

Kernel

Der Kernel läuft im Supervisor-Modus auf dem PowerPC und führt einfache Aufgabe eines Mikrokernels aus. Er ist verantwortlich für die Prozessisolation, Speichermanagement und Interrupt Dispatching, als auch die Kommunikation mit IOSU. Cafe OS Applikationen laufen als Usermode-Prozesse mit separierten Adressräumen und W^X (Write xor Execute) Speicherschutz. Der Kernel stellt einfache Systemaufrufe zum Starten von Prozessen zur Verfügung.

Prozesse

Ein Prozess in Cafe OS stellt eine laufende Applikation mit eigenem Code, Speicher und Rechten dar. Cafe OS führt nur den Code eines einzigen Prozesses auf einmal aus, kann aber Daten von mehreren Prozessen gleichzeitig im Speicher halten und zwischen diesen wechseln. Anstatt das Ausführen von irgendwelchen Prozessen zu erlauben, wird RAM für eine einzige Vordergrund-, eine Hintergrund-Applikation und mehreren anderen, speziellen Prozessen reserviert. Jedem laufenden Prozess wird eine einzigartige Kennung zugewiesen, die RAMPID genannt wird:

RAMPID	Beschreibung	IOS-Name
0	Cafe OS	COS-KERNEL
1	root.rpx	COS-ROOT
2	???	COS-02
3	???	COS-03
4	Hintergrund-Applikation	COS-OVERLAY
5	HOME-Menü	COS-HBM
6	Fehleranzeige	COS-ERROR
7	Vordergrund-Applikation	COS-MASTER

Zusätzlich zur RAMPID besitzen Prozesse noch eine andere Art von Prozess-ID, die "fixed Process ID" (PFID) genannt wird. Anstatt anzuzeigen, welchen Teil des Speichers ein Prozess belegt, zeigt PFID an, welche Applikation/welche Aufgabe läuft (Browser, Spiel, eShop, etc.). Cafe OS mappt PFIDs zu den RAMPID, die diese belegen (beispielsweise ist ein Spiel RAMPID 7, weil es im Vordergrund läuft):

PFID	Beschreibung	RAMPID
0	Cafe-OS-Kernel	0
1	root.rpx	1
2	Wii-U-Menü	7
3	TVii	???
4	Elektronische Bedienungsanleitung	???
5	HOME-Menü	5
6	Fehleranzeige	6
7	"MiniMiiverse"	???
8	Wii U Internetbrowser	4
9	Miiverse	???
10	eShop	???
11	COS-FLV	???
12	Download-Manager	???
13	COS-RSVD-13	???
14	COS-RSVD-14	???
15	Spiel	7

Loader

Der Loader ist verantwortlich für das Laden von Bibliotheken im RPL-Format und ausführbaren Dateien in den Speicher. Er ist eine Standard ELF-Executable mit dem Namen "loader.elf" und enthält eine statisch gelinkte Kopie von zlib, wahrscheinlich zum Dekomprimieren von Sektionen von RPL-Dateien.

Bibliotheken

Cafe OS Applikationen linken dynamisch mit Systembibliotheken, um Zugriff auf OS-Services zu erhalten. Diese OS-Services beinhalten Speichermanagement, Grafiken, Audio und Controller-Eingabe. Alle Bibliotheken sind RPL-Dateien, eine Modifikation vom Standard ELF-Format mit komprimierten Sektionen und mehr Windows-artigem, dynamischem Linking. Die Haupt-Systembibliotheken sind unten gelistet:

Name	Beschreibung
avm.rpl	Audio/Video-Manager
camera.rpl	GamePad-Kamera
coreinit.rpl	Kernel, Speicher und Dateisystem
dc.rpl	Display-Controller
dmae.rpl	DMA (Direct Memory Access/Speicherdirektzugriff)
drmapp.rpl	Digitale Rechteverwaltung (DRM)
erreula.rpl	Fehleranzeiger
gx2.rpl	Grafiken
h264.rpl	Unterstützung für H.264
lzma920.rpl	LZMA-Komprimierung
mic.rpl	GamePad-Mikrofon
nfc.rpl	Low-Level NFC-Bibliothek
nio_prof.rpl	IO-Profiler
nlibcurl.rpl	libcurl v7.21.7, Funktionen gleichen sich mit der offiziellen Bibliothek, beinhaltet extra Optionen für curl_easy_setopt
nlibnss.rpl	libnss
nlibnss2.rpl
nn_ac.rpl	Nintendo Network Auto Connection
nn_acp.rpl	Nintendo Network Account/Access Protection
nn_act.rpl	Nintendo Network Accounts
nn_aoc.rpl	Nintendo Network Add-On-Content
nn_boss.rpl	Nintendo Network BOSS (SpotPass)
nn_ccr.rpl
nn_cmpt.rpl	Verwaltet Boot in den Wii-Modus
nn_dlp.rpl	3DS Download-Play-Hosting-Bibliothek
nn_ec.rpl	Nintendo Network E-Commerce
nn_fp.rpl	Nintendo Network Friend Presence
nn_hai.rpl	Hilfsbibliothek für nn_cmpt.rpl für Wii VC-Titel
nn_hpad.rpl	Controller?
nn_idbe.rpl	Downloadet und entschlüsselt Spiele-Icons von einer Online-Icon-Datenbank
nn_ndm.rpl	Daemons?
nn_nets2.rpl	Mehr Netzwerk-Funktionen
nn_nfp.rpl	Nintendo Network Figurine Platform (amiibo)
nn_nim.rpl
nn_olv.rpl	Olive/OLV - Miiverse
nn_pdm.rpl	Aktivitätslog-Daten (Spielzeit, etc.)
nn_save.rpl	Speicherdaten-Zugriff
nn_sl.rpl
nn_spm.rpl	Speicher-relevante Funktionen (USB?)
nn_temp.rpl	TEMP-Bibliothek (für temporäre Dateien)
nn_uds.rpl	Bibliothek zum Hostne von lokalen 3DS WLAN-Netzwerken
nn_vctl.rpl
nsysccr.rpl	DRH-Kommunikation (GamePad und RPC)
nsyshid.rpl	Human Interface Device Bibliothek (USB-Eingabegeräte)
nsyskbd.rpl	USB-Tastatur-Bibliothek
nsysnet.rpl	BSD-Sockets, Netzwerkkonfiguration und SSL
nsysuhs.rpl	Low-Level USB-Zugriff
nsysuvd.rpl
ntag.rpl	NTAG High-Level NFC-Bibliothek
padscore.rpl	Andere Controller (Wiimote, Balance Board...)
proc_ui.rpl
snd_core.rpl	Sound-1 Core
snd_user.rpl	Sound-1 User
sndcore2.rpl	Sound-2 Core
snduser2.rpl	Sound-2 User
swkbd.rpl	Software-Tastatur
sysapp.rpl	Wechseln zu/Laden von Applikationen
tcl.rpl	Texture-Core-Bibliothek
tve.rpl	TV-Engine
uac.rpl	DRH-Kommunikation (GamePad-Mikrofon)
uac_rpl.rpl
usb_mic.rpl
uvc.rpl	DRH-Kommunikation (GamePad-Kamera)
uvd.rpl	AMDs OpenVideo-Decode-Bibliothek mit einigen geänderten Funktionsnamen
vpad.rpl	GamePad-Eingabe
vpadbase.rpl	GamePad-Basis-Bibliothek
zlib125.rpl	zlib v1.2.5, Funktionen gleichen sich mit der offiziellen Bibliothek

Einzelnachweis

• WiiUBrew