マクロの内部処理を変更
[YACASL2.git] / 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 }