src/exec.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <assert.h>
   3 #include <time.h>
   4
   5 #include "exec.h"
   6 #include "cerr.h"
   7
   8 /**
   9  * アセンブルファイル読み込みエラーの定義
  10  */
  11 static CERR cerr_loadassemble[] = {
  12     { 201, "Loading - full of COMET II memory" },
  13 };
  14
  15 /**
  16  * 実行エラーの定義
  17  */
  18 static CERR cerr_exec[] = {
  19     { 202, "SVC input - out of Input memory" },
  20     { 203, "SVC output - out of COMET II memory" },
  21     { 204, "Program Register (PR) - out of COMET II memory" },
  22     { 205, "Stack Pointer (SP) - cannot allocate stack buffer" },
  23     { 206, "Address - out of COMET II memory" },
  24     { 207, "Stack Pointer (SP) - out of COMET II memory" },
  25 };
  26
  27 /**
  28  * 実行モード: trace, logical, dump
  29  */
  30 EXECMODE execmode = {false, false, false};
  31
  32 /**
  33  * 指定されたファイルからアセンブル結果を読み込む
  34  */
  35 bool loadassemble(char *file) {
  36     FILE *fp;
  37     bool status = true;
  38
  39     addcerrlist(ARRAYSIZE(cerr_exec), cerr_loadassemble);       /* エラーリスト作成 */
  40     assert(file != NULL);
  41     if((fp = fopen(file, "r")) == NULL) {
  42         perror(file);
  43         return false;
  44     }
  45     prog->end = prog->start +
  46         fread(sys->memory, sizeof(WORD), sys->memsize - prog->start, fp);
  47     if(prog->end == sys->memsize) {
  48         setcerr(201, file);    /* Loading - full of COMET II memory */
  49         fprintf(stderr, "Load error - %d: %s\n", cerr->num, cerr->msg);
  50         status = false;
  51     }
  52     fclose(fp);
  53     return status;
  54 }
  55
  56 /**
  57  * 標準入力から文字データを読込（SVC 1）
  58  */
  59 static void svcin()
  60 {
  61     int i;
  62     char *buffer = malloc_chk(INSIZE + 1, "svcin.buffer");
  63
  64     if(fgets(buffer, INSIZE, stdin) == NULL) {
  65         sys->memory[sys->cpu->gr[1]] = sys->memory[sys->cpu->gr[2]] = 0x0;
  66         return;
  67     }
  68     for(i = 0; i < INSIZE; i++) {
  69         if(*(buffer + i) == '\0' || *(buffer + i) == '\n') {
  70             --i;
  71             break;
  72         }
  73         if(sys->cpu->gr[1] + i >= sys->memsize - 1) {
  74             setcerr(202, NULL);    /* SVC input - out of Input memory */
  75             break;
  76         }
  77         sys->memory[sys->cpu->gr[1]+i] = *(buffer + i);
  78     }
  79     sys->memory[sys->cpu->gr[2]] = i + 1;
  80     free_chk(buffer, "buffer");
  81 }
  82
  83 /**
  84  * 標準出力へ文字データを書出（SVC 2）
  85  */
  86 static void svcout()
  87 {
  88     int i;
  89     WORD w;
  90
  91     for(i = 0; i < sys->memory[sys->cpu->gr[2]]; i++) {
  92         if(sys->cpu->gr[1] + i >= sys->memsize - 1) {
  93             setcerr(203, NULL);    /* SVC output - out of Comet II memory */
  94             return;
  95         }
  96         /* 「文字の組」の符号表に記載された文字と、改行（CR）／タブを表示 */
  97         /* それ以外の文字は、「.」で表す */
  98         if(((w = sys->memory[sys->cpu->gr[1]+i]) >= 0x20 && w <= 0x7E) || w == 0xA || w == '\t') {
  99             putchar((char)w);
 100         } else {
 101             putchar('.');
 102         }
 103     }
 104 }
 105
 106 /**
 107  * ロード／論理積／論理和／排他的論理和のフラグ設定。OFは常に0
 108  */
 109 static void setfr(WORD val)
 110 {
 111     sys->cpu->fr = 0x0;
 112     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 113     if((val & 0x8000) == 0x8000) {
 114         sys->cpu->fr += SF;
 115     }
 116     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 117     if(val == 0x0) {
 118         sys->cpu->fr += ZF;
 119     }
 120 }
 121
 122 /**
 123  * 算術加算。フラグを設定して値を返す
 124  */
 125 static WORD adda(WORD val0, WORD val1)
 126 {
 127     WORD res;
 128     long tmp;
 129
 130     sys->cpu->fr = 0x0;
 131     /* 引数の値を16ビット符号付整数として加算し、オーバーフローをチェック */
 132     assert(sizeof(short)*8 == 16 && (short)0xFFFF == -1);
 133     if((tmp = (short)val0 + (short)val1) > 32767 || tmp < -32768) {
 134         sys->cpu->fr += OF;
 135     }
 136     /* 加算した結果を、WORD値に戻す */
 137     res = (WORD)(tmp & 0xFFFF);
 138     if((res & 0x8000) == 0x8000) {
 139         sys->cpu->fr += SF;
 140     } else if(res == 0x0) {
 141         sys->cpu->fr += ZF;
 142     }
 143     return res;
 144 }
 145
 146 /**
 147  * 算術減算。フラグを設定して値を返す
 148  */
 149 static WORD suba(WORD val0, WORD val1)
 150 {
 151     return adda(val0, (~val1 + 1));
 152 }
 153
 154 /**
 155  * 論理加算。フラグを設定して値を返す
 156  */
 157 static WORD addl(WORD val0, WORD val1)
 158 {
 159     long tmp;
 160     WORD res;
 161     sys->cpu->fr = 0x0;
 162
 163     if((tmp = val0 + val1) < 0 || tmp > 65535) {
 164         sys->cpu->fr += OF;
 165     }
 166     if(((res = (WORD)(tmp & 0xFFFF)) & 0x8000) == 0x8000) {
 167         sys->cpu->fr += SF;
 168     } else if(res == 0x0) {
 169         sys->cpu->fr += ZF;
 170     }
 171     return res;
 172 }
 173
 174 /**
 175  * 論理減算。フラグを設定して値を返す
 176  */
 177 static WORD subl(WORD val0, WORD val1)
 178 {
 179     return addl(val0, (~val1 + 1));
 180 }
 181
 182 /**
 183  * 算術比較のフラグ設定。OFは常に0
 184  */
 185 static void cpa(WORD val0, WORD val1)
 186 {
 187     sys->cpu->fr = 0x0;
 188     if((short)val0 < (short)val1) {
 189         sys->cpu->fr = SF;
 190     } else if(val0 == val1) {
 191         sys->cpu->fr = ZF;
 192     }
 193 }
 194
 195 /**
 196  * 論理比較のフラグ設定。OFは常に0
 197  */
 198 static void cpl(WORD val0, WORD val1)
 199 {
 200     sys->cpu->fr = 0x0;
 201     if(val0 < val1) {
 202         sys->cpu->fr = SF;
 203     } else if(val0 == val1) {
 204         sys->cpu->fr = ZF;
 205     }
 206 }
 207
 208 /**
 209  * 算術左シフト。フラグを設定して値を返す
 210  * 算術演算なので、第15ビットは送り出されない
 211  */
 212 static WORD sla(WORD val0, WORD val1)
 213 {
 214     WORD sign, res, last = 0x0;
 215     int i;
 216
 217     sys->cpu->fr = 0x0;
 218     sign = val0 & 0x8000;
 219     res = val0 & 0x7FFF;
 220     for(i = 0; i < val1; i++) {
 221         last = res & 0x4000;
 222         res <<= 1;
 223     }
 224     res = sign | (res & 0x7FFF);
 225     /* OFに、レジスタから最後に送り出されたビットの値を設定 */
 226     if(last > 0x0) {
 227         sys->cpu->fr += OF;
 228     }
 229     /* 符号（第15ビット）が1のとき、SFは1 */
 230     if(sign > 0x0) {
 231         sys->cpu->fr += SF;
 232     }
 233     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 234     if(res == 0x0) {
 235         sys->cpu->fr += ZF;
 236     }
 237     return res;
 238 }
 239
 240 /**
 241  * 算術右シフト。フラグを設定して値を返す
 242  * 算術演算なので、第15ビットは送り出されない
 243  * 空いたビット位置には符号と同じものが入る
 244  */
 245 static WORD sra(WORD val0, WORD val1)
 246 {
 247     WORD sign, res, last = 0x0;
 248     int i;
 249
 250     sys->cpu->fr = 0x0;
 251     sign = val0 & 0x8000;
 252     res = val0 & 0x7FFF;
 253     for(i = 0; i < val1; i++) {
 254         last = res & 0x1;
 255         res >>= 1;
 256         if(sign > 0) {
 257             res |= 0x4000;
 258         }
 259     }
 260     res = sign | res;
 261     /* OFに、レジスタから最後に送り出されたビットの値を設定 */
 262     if(last > 0x0) {
 263         sys->cpu->fr += OF;
 264     }
 265     /* 符号（第15ビット）が1のとき、SFは1 */
 266     if(sign > 0x0) {
 267         sys->cpu->fr += SF;
 268     }
 269     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 270     if(res == 0x0) {
 271         sys->cpu->fr += ZF;
 272     }
 273     return res;
 274 }
 275
 276 /**
 277  * 論理左シフト。フラグを設定して値を返す
 278  */
 279 static WORD sll(WORD val0, WORD val1)
 280 {
 281     WORD res = val0, last = 0x0;
 282     int i;
 283
 284     sys->cpu->fr = 0x0;
 285     for(i = 0; i < val1; i++) {
 286         last = res & 0x8000;
 287         res <<= 1;
 288     }
 289     /* OFに、レジスタから最後に送り出されたビットの値を設定 */
 290     if(last > 0x0) {
 291         sys->cpu->fr += OF;
 292     }
 293     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 294     if((res & 0x8000) > 0x0) {
 295         sys->cpu->fr += SF;
 296     }
 297     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 298     if(res == 0x0) {
 299         sys->cpu->fr += ZF;
 300     }
 301     return res;
 302 }
 303
 304 /**
 305  * 論理右シフト。フラグを設定して値を返す
 306  */
 307 static WORD srl(WORD val0, WORD val1)
 308 {
 309     WORD res = val0, last = 0x0;
 310     int i;
 311
 312     sys->cpu->fr = 0x0;
 313     for(i = 0; i < val1; i++) {
 314         last = res & 0x0001;
 315         res >>= 1;
 316     }
 317     /* OFに、レジスタから最後に送り出されたビットの値を設定 */
 318     if(last > 0x0) {
 319         sys->cpu->fr += OF;
 320     }
 321     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 322     if((res & 0x8000) > 0x0) {
 323         sys->cpu->fr += SF;
 324     }
 325     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 326     if(res == 0x0) {
 327         sys->cpu->fr += ZF;
 328     }
 329     return res;
 330 }
 331
 332 /**
 333  * 仮想マシンCOMET IIの実行
 334  */
 335 bool exec()
 336 {
 337     WORD op, r_r1, x_r2, val;
 338     CMDTYPE cmdtype;
 339     char *errpr = malloc_chk(CERRSTRSIZE + 1, "exec.errpr");
 340     clock_t clock_begin, clock_end;
 341
 342     addcerrlist(ARRAYSIZE(cerr_exec), cerr_exec);         /* エラーリスト作成 */
 343     if(execmode.trace == true) {
 344         fprintf(stdout, "\nExecuting machine codes\n");
 345     }
 346     /* フラグレジスタの初期値設定 */
 347     sys->cpu->fr = 0x0;
 348     sys->cpu->sp = sys->memsize;
 349     sys->cpu->pr = prog->start;
 350     /* 機械語の実行 */
 351     for (; ; ) {
 352         clock_begin = clock();
 353         /* プログラムレジスタのアドレスが主記憶の範囲外の場合はエラー */
 354         if(sys->cpu->pr >= sys->memsize) {
 355             sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr);
 356             setcerr(204, errpr);    /* Program Register (PR) - out of COMET II memory */
 357         }
 358         /* スタック領域のアドレスが主記憶の範囲外の場合はエラー */
 359         if(sys->cpu->sp > sys->memsize) {
 360             sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr);
 361             setcerr(207, errpr);    /* Stack Pointer (SP) - out of COMET II memory */
 362         }
 363         /* スタック領域を確保できない場合はエラー */
 364         if(sys->cpu->sp <= prog->end) {
 365             sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr);
 366             setcerr(205, errpr);    /* Stack Pointer (SP) - cannot allocate stack buffer */
 367         }
 368         /* 命令の取り出し */
 369         op = sys->memory[sys->cpu->pr] & 0xFF00;
 370         /* 命令の解読 */
 371         cmdtype = getcmdtype(op);
 372         r_r1 = (sys->memory[sys->cpu->pr] >> 4) & 0xF;
 373         x_r2 = sys->memory[sys->cpu->pr] & 0xF;
 374         /* エラー発生時は終了 */
 375         if(cerr->num > 0) {
 376             goto execerr;
 377         }
 378         /* traceオプション指定時、レジスタを出力 */
 379         if(execmode.trace){
 380             fprintf(stdout, "#%04X: Register::::\n", sys->cpu->pr);
 381             dspregister();
 382         }
 383         /* dumpオプション指定時、メモリを出力 */
 384         if(execmode.dump){
 385             fprintf(stdout, "#%04X: Memory::::\n", sys->cpu->pr);
 386             dumpmemory();
 387         }
 388         /* どちらかのオプション指定時、改行を出力 */
 389         if(execmode.dump || execmode.trace) {
 390             fprintf(stdout, "\n");
 391         }
 392         sys->cpu->pr++;
 393         /* オペランドの取り出し */
 394         if(cmdtype == R1_R2) {
 395             assert(x_r2 < GRSIZE);
 396             val = sys->cpu->gr[x_r2];
 397         }
 398         else if(cmdtype ==  R_ADR_X || cmdtype == R_ADR_X_ || cmdtype == ADR_X) {
 399             assert(x_r2 < GRSIZE);
 400             /* 実効アドレス（値または値が示す番地）を取得  */
 401             val = sys->memory[sys->cpu->pr++];
 402             /* 指標アドレスを加算  */
 403             if(x_r2 > 0x0) {
 404                 val += sys->cpu->gr[x_r2];
 405             }
 406             /* ロード／算術論理演算命令／比較演算命令では、アドレスに格納されている内容を取得 */
 407             if(cmdtype == R_ADR_X_) {
 408                 if(val >= sys->memsize) {
 409                     sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr-1);
 410                     setcerr(206, errpr);    /* Address - out of COMET II memory */
 411                     goto execerr;
 412                 }
 413                 val = sys->memory[val];
 414             }
 415         }
 416         free_chk(errpr, "errpr");
 417         /* 主オペランドが1から4の場合、第2ビットを無視 */
 418         if(op >= 0x1000 && op <= 0x4FFF) {
 419             op &= 0xFB00;
 420         }
 421         /* 命令の実行 */
 422         switch(op)
 423         {
 424         case 0x0:       /* NOP */
 425             break;
 426         case 0x1000:    /* LD */
 427             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] = val);
 428             break;
 429         case 0x1100:    /* ST */
 430             sys->memory[val] = sys->cpu->gr[r_r1];
 431             break;
 432         case 0x1200:    /* LAD */
 433             sys->cpu->gr[r_r1] = val;
 434             break;
 435         case 0x2000:    /* ADDA */
 436             sys->cpu->gr[r_r1] = adda(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 437             break;
 438         case 0x2100:    /* SUBA */
 439             sys->cpu->gr[r_r1] = suba(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 440             break;
 441         case 0x2200:    /* ADDL */
 442             sys->cpu->gr[r_r1] = addl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 443             break;
 444         case 0x2300:    /* SUBL */
 445             sys->cpu->gr[r_r1] = subl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 446             break;
 447         case 0x3000:    /* AND */
 448             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] &= val);
 449             break;
 450         case 0x3100:    /* OR */
 451             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] |= val);
 452             break;
 453         case 0x3200:    /* XOR */
 454             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] ^= val);
 455             break;
 456         case 0x4000:    /* CPA */
 457             cpa(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 458             break;
 459         case 0x4100:    /* CPL */
 460             cpl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 461             break;
 462         case 0x5000:    /* SLA */
 463             sys->cpu->gr[r_r1] = sla(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 464             break;
 465         case 0x5100:    /* SRA */
 466             sys->cpu->gr[r_r1] = sra(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 467             break;
 468         case 0x5200:    /* SLL */
 469             sys->cpu->gr[r_r1] = sll(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 470             break;
 471         case 0x5300:    /* SRL */
 472             sys->cpu->gr[r_r1] = srl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 473             break;
 474         case 0x6100:    /* JMI */
 475             if((sys->cpu->fr & SF) > 0) {
 476                 sys->cpu->pr = val;
 477             }
 478             break;
 479         case 0x6200:    /* JNZ */
 480             if((sys->cpu->fr & ZF) == 0) {
 481                 sys->cpu->pr = val;
 482             }
 483             break;
 484         case 0x6300:    /* JZE */
 485             if((sys->cpu->fr & ZF) > 0) {
 486                 sys->cpu->pr = val;
 487             }
 488             break;
 489         case 0x6400:    /* JUMP */
 490             sys->cpu->pr = val;
 491             break;
 492         case 0x6500:    /* JPL */
 493             if((sys->cpu->fr & (SF | ZF)) == 0) {
 494                 sys->cpu->pr = val;
 495             }
 496             break;
 497         case 0x6600:    /* JOV */
 498             if((sys->cpu->fr & OF) > 0) {
 499                 sys->cpu->pr = val;
 500             }
 501             break;
 502         case 0x7000:    /* PUSH */
 503             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 504             sys->memory[--(sys->cpu->sp)] = val;
 505             break;
 506         case 0x7100:    /* POP */
 507             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 508             sys->cpu->gr[r_r1] = sys->memory[(sys->cpu->sp)++];
 509             break;
 510         case 0x8000:    /* CALL */
 511             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 512             sys->memory[--(sys->cpu->sp)] = sys->cpu->pr;
 513             sys->cpu->pr = val;
 514             break;
 515         case 0x8100:    /* RET */
 516             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 517             if(sys->cpu->sp == sys->memsize) {
 518                 return true;
 519             } else {
 520                 sys->cpu->pr = sys->memory[(sys->cpu->sp)++];
 521                 break;
 522             }
 523         case 0xF000:    /* SVC */
 524             switch(val)
 525             {
 526             case 0x0: /* EXIT */
 527                 return true;
 528             case 0x1: /* IN */
 529                 svcin();
 530                 break;
 531             case 0x2: /* OUT */
 532                 svcout();
 533                 break;
 534             }
 535         default:
 536             break;
 537         }
 538         /* クロック周波数の設定 */
 539         do {
 540             clock_end = clock();
 541         } while(clock_end - clock_begin < CLOCKS_PER_SEC / sys->clocks);
 542     }
 543     return true;
 544 execerr:
 545     fprintf(stderr, "Execute error - %d: %s\n", cerr->num, cerr->msg);
 546     return false;
 547 }