src/exec.c

   1 #include "casl2.h"
   2 #include "exec.h"
   3
   4 /* 実行のエラー定義 */
   5 CERR cerr_exec[] = {
   6     { 202, "SVC input - out of Input memory" },
   7     { 203, "SVC output - out of COMET II memory" },
   8     { 204, "Program Register (PR) - out of COMET II memory" },
   9     { 205, "Stack Pointer (SP) - cannot allocate stack buffer" },
  10     { 206, "Address - out of COMET II memory" },
  11     { 207, "Stack Pointer (SP) - out of COMET II memory" },
  12 };
  13
  14 bool addcerrlist_exec()
  15 {
  16     return addcerrlist(ARRAYSIZE(cerr_exec), cerr_exec);
  17 }
  18
  19 /* 実行モード: trace, logical, dump */
  20 EXECMODE execmode = {false, false, false};
  21
  22 /* 標準入力から文字データを読込（SVC 1） */
  23 void svcin()
  24 {
  25     int i;
  26     char *buffer = malloc_chk(INSIZE + 1, "svcin.buffer");
  27
  28     if(fgets(buffer, INSIZE, stdin) == NULL) {
  29         sys->memory[sys->cpu->gr[1]] = sys->memory[sys->cpu->gr[2]] = 0x0;
  30         return;
  31     }
  32     for(i = 0; i < INSIZE; i++) {
  33         if(*(buffer + i) == '\0' || *(buffer + i) == '\n') {
  34             --i;
  35             break;
  36         }
  37         if(sys->cpu->gr[1] + i >= sys->memsize - 1) {
  38             setcerr(202, NULL);    /* SVC input - out of Input memory */
  39             break;
  40         }
  41         sys->memory[sys->cpu->gr[1]+i] = *(buffer + i);
  42     }
  43     sys->memory[sys->cpu->gr[2]] = i + 1;
  44     free_chk(buffer, "buffer");
  45 }
  46
  47 /* 標準出力へ文字データを書出（SVC 2） */
  48 void svcout()
  49 {
  50     int i;
  51     WORD w;
  52
  53     for(i = 0; i < sys->memory[sys->cpu->gr[2]]; i++) {
  54         if(sys->cpu->gr[1] + i >= sys->memsize - 1) {
  55             setcerr(203, NULL);    /* SVC output - out of Comet II memory */
  56             return;
  57         }
  58         /* 「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 */
  59         /* それ以外の文字は、「.」で表す */
  60         if(((w = sys->memory[sys->cpu->gr[1]+i]) >= 0x20 && w <= 0x7E) || w == 0xA || w == '\t') {
  61             putchar((char)w);
  62         } else {
  63             putchar('.');
  64         }
  65     }
  66 }
  67
  68 /* 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 */
  69 void setfr(WORD val)
  70 {
  71     sys->cpu->fr = 0x0;
  72     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
  73     if((val & 0x8000) > 0x0) {
  74         sys->cpu->fr += SF;
  75     }
  76     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
  77     if(val == 0x0) {
  78         sys->cpu->fr += ZF;
  79     }
  80 }
  81
  82 /* 算術加算。フラグを設定して値を返す */
  83 WORD adda(WORD val0, WORD val1)
  84 {
  85     WORD res;
  86     long temp;
  87     sys->cpu->fr = 0x0;
  88
  89     temp = (signed short)val0 + (signed short)val1;
  90     if(temp > 32767 || temp < -32768) {
  91         sys->cpu->fr += OF;
  92     }
  93     if(((res = (WORD)(temp & 0xFFFF)) & 0x8000) == 0x8000) {
  94         sys->cpu->fr += SF;
  95     } else if(res == 0x0) {
  96         sys->cpu->fr += ZF;
  97     }
  98     return res;
  99 }
 100
 101 /* 算術減算。フラグを設定して値を返す */
 102 WORD suba(WORD val0, WORD val1)
 103 {
 104     return adda(val0, (~val1 + 1));
 105 }
 106
 107 /* 論理加算。フラグを設定して値を返す */
 108 WORD addl(WORD val0, WORD val1)
 109 {
 110     long temp;
 111     WORD res;
 112     sys->cpu->fr = 0x0;
 113
 114     if((temp = val0 + val1) < 0 || temp > 65535) {
 115         sys->cpu->fr += OF;
 116     }
 117     if(((res = (WORD)(temp & 0xFFFF)) & 0x8000) == 0x8000) {
 118         sys->cpu->fr += SF;
 119     } else if(res == 0x0) {
 120         sys->cpu->fr += ZF;
 121     }
 122     return res;
 123 }
 124
 125 /* 論理減算。フラグを設定して値を返す */
 126 WORD subl(WORD val0, WORD val1)
 127 {
 128     return addl(val0, (~val1 + 1));
 129 }
 130
 131 /* 算術比較のフラグ設定。OFは常に0 */
 132 void cpa(WORD val0, WORD val1)
 133 {
 134     sys->cpu->fr = 0x0;
 135     if((short)val0 < (short)val1) {
 136         sys->cpu->fr = SF;
 137     } else if(val0 == val1) {
 138         sys->cpu->fr = ZF;
 139     }
 140 }
 141
 142 /* 論理比較のフラグ設定。OFは常に0 */
 143 void cpl(WORD val0, WORD val1)
 144 {
 145     sys->cpu->fr = 0x0;
 146     if(val0 < val1) {
 147         sys->cpu->fr = SF;
 148     } else if(val0 == val1) {
 149         sys->cpu->fr = ZF;
 150     }
 151 }
 152
 153 /* 算術左シフト。フラグを設定して値を返す。 */
 154 /* 算術演算なので、第15ビットは送り出されない */
 155 WORD sla(WORD val0, WORD val1)
 156 {
 157     WORD sign, res, last = 0x0;
 158     int i;
 159
 160     sys->cpu->fr = 0x0;
 161     sign = val0 & 0x8000;
 162     res = val0 & 0x7FFF;
 163     for(i = 0; i < val1; i++) {
 164         last = res & 0x4000;
 165         res <<= 1;
 166     }
 167     res = sign | (res & 0x7FFF);
 168     /* 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 */
 169     if(last > 0x0) {
 170         sys->cpu->fr += OF;
 171     }
 172     /* 符号（第15ビット）が1のとき、SFは1 */
 173     if(sign > 0x0) {
 174         sys->cpu->fr += SF;
 175     }
 176     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 177     if(res == 0x0) {
 178         sys->cpu->fr += ZF;
 179     }
 180     return res;
 181 }
 182
 183 /* 算術右シフト。フラグを設定して値を返す */
 184 /* 算術演算なので、第15ビットは送り出されない */
 185 /* 空いたビット位置には符号と同じものが入る */
 186 WORD sra(WORD val0, WORD val1)
 187 {
 188     WORD sign, res, last = 0x0;
 189     int i;
 190
 191     sys->cpu->fr = 0x0;
 192     sign = val0 & 0x8000;
 193     res = val0 & 0x7FFF;
 194     for(i = 0; i < val1; i++) {
 195         last = res & 0x1;
 196         res >>= 1;
 197         if(sign > 0) {
 198             res |= 0x4000;
 199         }
 200     }
 201     res = sign | res;
 202     /* 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 */
 203     if(last > 0x0) {
 204         sys->cpu->fr += OF;
 205     }
 206     /* 符号（第15ビット）が1のとき、SFは1 */
 207     if(sign > 0x0) {
 208         sys->cpu->fr += SF;
 209     }
 210     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 211     if(res == 0x0) {
 212         sys->cpu->fr += ZF;
 213     }
 214     return res;
 215 }
 216
 217 /* 論理左シフト。フラグを設定して値を返す */
 218 WORD sll(WORD val0, WORD val1)
 219 {
 220     WORD res = val0, last = 0x0;
 221     int i;
 222
 223     sys->cpu->fr = 0x0;
 224     for(i = 0; i < val1; i++) {
 225         last = res & 0x8000;
 226         res <<= 1;
 227     }
 228     /* 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 */
 229     if(last > 0x0) {
 230         sys->cpu->fr += OF;
 231     }
 232     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 233     if((res & 0x8000) > 0x0) {
 234         sys->cpu->fr += SF;
 235     }
 236     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 237     if(res == 0x0) {
 238         sys->cpu->fr += ZF;
 239     }
 240     return res;
 241 }
 242
 243 /* 論理右シフト。フラグを設定して値を返す */
 244 WORD srl(WORD val0, WORD val1)
 245 {
 246     WORD res = val0, last = 0x0;
 247     int i;
 248
 249     sys->cpu->fr = 0x0;
 250     for(i = 0; i < val1; i++) {
 251         last = res & 0x0001;
 252         res >>= 1;
 253     }
 254     /* 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 */
 255     if(last > 0x0) {
 256         sys->cpu->fr += OF;
 257     }
 258     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 259     if((res & 0x8000) > 0x0) {
 260         sys->cpu->fr += SF;
 261     }
 262     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 263     if(res == 0x0) {
 264         sys->cpu->fr += ZF;
 265     }
 266     return res;
 267 }
 268
 269 /* 仮想マシンCOMET IIでの実行 */
 270 bool exec()
 271 {
 272     WORD op, r_r1, x_r2, val;
 273     CMDTYPE cmdtype;
 274     char *errpr = malloc_chk(CERRSTRSIZE + 1, "exec.errpr");
 275     clock_t clock_begin, clock_end;
 276
 277     addcerrlist_exec();
 278     if(execmode.trace == true) {
 279         fprintf(stdout, "\nExecuting machine codes\n");
 280     }
 281     /* フラグレジスタの初期値設定 */
 282     sys->cpu->fr = 0x0;
 283     sys->cpu->sp = sys->memsize;
 284     sys->cpu->pr = prog->start;
 285     /* 機械語の実行 */
 286     for (; ; ) {
 287         clock_begin = clock();
 288         /* 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 */
 289         if(sys->cpu->pr >= sys->memsize) {
 290             sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr);
 291             setcerr(204, errpr);    /* Program Register (PR) - out of COMET II memory */
 292         }
 293         /* 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 */
 294         if(sys->cpu->sp > sys->memsize) {
 295             sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr);
 296             setcerr(207, errpr);    /* Stack Pointer (SP) - out of COMET II memory */
 297         }
 298         /* スタック領域を確保できない場合はエラー */
 299         if(sys->cpu->sp <= prog->end) {
 300             sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr);
 301             setcerr(205, errpr);    /* Stack Pointer (SP) - cannot allocate stack buffer */
 302         }
 303         /* 命令の取り出し */
 304         op = sys->memory[sys->cpu->pr] & 0xFF00;
 305         /* 命令の解読 */
 306         cmdtype = getcmdtype(op);
 307         r_r1 = (sys->memory[sys->cpu->pr] >> 4) & 0xF;
 308         x_r2 = sys->memory[sys->cpu->pr] & 0xF;
 309         /* エラー発生時は終了 */
 310         if(cerr->num > 0) {
 311             goto execerr;
 312         }
 313         /* traceオプション指定時、レジスタを出力 */
 314         if(execmode.trace){
 315             fprintf(stdout, "#%04X: Register::::\n", sys->cpu->pr);
 316             dspregister();
 317         }
 318         /* dumpオプション指定時、メモリを出力 */
 319         if(execmode.dump){
 320             fprintf(stdout, "#%04X: Memory::::\n", sys->cpu->pr);
 321             dumpmemory();
 322         }
 323         /* どちらかのオプション指定時、改行を出力 */
 324         if(execmode.dump || execmode.trace) {
 325             fprintf(stdout, "\n");
 326         }
 327         sys->cpu->pr++;
 328         /* オペランドの取り出し */
 329         if(cmdtype == R1_R2) {
 330             assert(x_r2 < GRSIZE);
 331             val = sys->cpu->gr[x_r2];
 332         }
 333         else if(cmdtype ==  R_ADR_X || cmdtype == R_ADR_X_ || cmdtype == ADR_X) {
 334             assert(x_r2 < GRSIZE);
 335             /* 実効アドレス（値または値が示す番地）を取得  */
 336             val = sys->memory[sys->cpu->pr++];
 337             /* 指標アドレスを加算  */
 338             if(x_r2 > 0x0) {
 339                 val += sys->cpu->gr[x_r2];
 340             }
 341             /* 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 */
 342             if(cmdtype == R_ADR_X_) {
 343                 if(val >= sys->memsize) {
 344                     sprintf(errpr, "PR:#%04X", sys->cpu->pr-1);
 345                     setcerr(206, errpr);    /* Address - out of COMET II memory */
 346                     goto execerr;
 347                 }
 348                 val = sys->memory[val];
 349             }
 350         }
 351         free_chk(errpr, "errpr");
 352         /* 主オペランドが1〜4の場合、第2ビットを無視 */
 353         if(op >= 0x1000 && op <= 0x4FFF) {
 354             op &= 0xFB00;
 355         }
 356         /* 命令の実行 */
 357         switch(op)
 358         {
 359         case 0x0:       /* NOP */
 360             break;
 361         case 0x1000:    /* LD */
 362             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] = val);
 363             break;
 364         case 0x1100:    /* ST */
 365             sys->memory[val] = sys->cpu->gr[r_r1];
 366             break;
 367         case 0x1200:    /* LAD */
 368             sys->cpu->gr[r_r1] = val;
 369             break;
 370         case 0x2000:    /* ADDA */
 371             sys->cpu->gr[r_r1] = adda(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 372             break;
 373         case 0x2100:    /* SUBA */
 374             sys->cpu->gr[r_r1] = suba(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 375             break;
 376         case 0x2200:    /* ADDL */
 377             sys->cpu->gr[r_r1] = addl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 378             break;
 379         case 0x2300:    /* SUBL */
 380             sys->cpu->gr[r_r1] = subl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 381             break;
 382         case 0x3000:    /* AND */
 383             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] &= val);
 384             break;
 385         case 0x3100:    /* OR */
 386             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] |= val);
 387             break;
 388         case 0x3200:    /* XOR */
 389             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] ^= val);
 390             break;
 391         case 0x4000:    /* CPA */
 392             cpa(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 393             break;
 394         case 0x4100:    /* CPL */
 395             cpl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 396             break;
 397         case 0x5000:    /* SLA */
 398             sys->cpu->gr[r_r1] = sla(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 399             break;
 400         case 0x5100:    /* SRA */
 401             sys->cpu->gr[r_r1] = sra(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 402             break;
 403         case 0x5200:    /* SLL */
 404             sys->cpu->gr[r_r1] = sll(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 405             break;
 406         case 0x5300:    /* SRL */
 407             sys->cpu->gr[r_r1] = srl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 408             break;
 409         case 0x6100:    /* JMI */
 410             if((sys->cpu->fr & SF) > 0) {
 411                 sys->cpu->pr = val;
 412             }
 413             break;
 414         case 0x6200:    /* JNZ */
 415             if((sys->cpu->fr & ZF) == 0) {
 416                 sys->cpu->pr = val;
 417             }
 418             break;
 419         case 0x6300:    /* JZE */
 420             if((sys->cpu->fr & ZF) > 0) {
 421                 sys->cpu->pr = val;
 422             }
 423             break;
 424         case 0x6400:    /* JUMP */
 425             sys->cpu->pr = val;
 426             break;
 427         case 0x6500:    /* JPL */
 428             if((sys->cpu->fr & (SF | ZF)) == 0) {
 429                 sys->cpu->pr = val;
 430             }
 431             break;
 432         case 0x6600:    /* JOV */
 433             if((sys->cpu->fr & OF) > 0) {
 434                 sys->cpu->pr = val;
 435             }
 436             break;
 437         case 0x7000:    /* PUSH */
 438             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 439             sys->memory[--(sys->cpu->sp)] = val;
 440             break;
 441         case 0x7100:    /* POP */
 442             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 443             sys->cpu->gr[r_r1] = sys->memory[(sys->cpu->sp)++];
 444             break;
 445         case 0x8000:    /* CALL */
 446             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 447             sys->memory[--(sys->cpu->sp)] = sys->cpu->pr;
 448             sys->cpu->pr = val;
 449             break;
 450         case 0x8100:    /* RET */
 451             assert(sys->cpu->sp > prog->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 452             if(sys->cpu->sp == sys->memsize) {
 453                 return true;
 454             } else {
 455                 sys->cpu->pr = sys->memory[(sys->cpu->sp)++];
 456                 break;
 457             }
 458         case 0xF000:    /* SVC */
 459             switch(val)
 460             {
 461             case 0x0: /* EXIT */
 462                 return true;
 463             case 0x1: /* IN */
 464                 svcin();
 465                 break;
 466             case 0x2: /* OUT */
 467                 svcout();
 468                 break;
 469             }
 470         default:
 471             break;
 472         }
 473         do {
 474             clock_end = clock();
 475         } while(clock_end - clock_begin < CLOCKS_PER_SEC / sys->clocks);
 476     }
 477     return true;
 478 execerr:
 479     fprintf(stderr, "Execute error - %d: %s\n", cerr->num, cerr->msg);
 480     return false;
 481 }