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  * 実行エラーの定義
  10  */
  11 static CERR cerr_exec[] = {
  12     { 201, "Loading - full of COMET II memory" },
  13     { 202, "SVC input - out of Input memory" },
  14     { 203, "SVC output - out of COMET II memory" },
  15     { 204, "Program Register (PR) - out of COMET II memory" },
  16     { 205, "Stack Pointer (SP) - cannot allocate stack buffer" },
  17     { 206, "Address - out of COMET II memory" },
  18     { 207, "Stack Pointer (SP) - out of COMET II memory" },
  19     { 209, "not GR in operand x" },
  20 };
  21
  22 /**
  23  * 実行モード: trace, logical, dump
  24  */
  25 EXECMODE execmode = {false, false, false};
  26
  27 /**
  28  * 実行エラーをエラーリストに追加
  29  */
  30 bool addcerrlist_exec()
  31 {
  32     return addcerrlist(ARRAYSIZE(cerr_exec), cerr_exec);
  33 }
  34
  35 /**
  36  * 指定されたファイルからアセンブル結果を読み込む
  37  */
  38 bool loadassemble(char *file)
  39 {
  40     FILE *fp;
  41     bool status = true;
  42
  43     assert(file != NULL);
  44     if((fp = fopen(file, "r")) == NULL) {
  45         perror(file);
  46         return false;
  47     }
  48     execptr->end = execptr->start +
  49         fread(sys->memory, sizeof(WORD), sys->memsize - execptr->start, fp);
  50     if(execptr->end == sys->memsize) {
  51         setcerr(201, file);    /* Loading - full of COMET II memory */
  52         fprintf(stderr, "Load error - %d: %s\n", cerr->num, cerr->msg);
  53         status = false;
  54     }
  55     fclose(fp);
  56     return status;
  57 }
  58
  59 /**
  60  * 標準入力から文字データを読込（SVC 1）
  61  */
  62 static void svcin()
  63 {
  64     int i;
  65     char *buffer = malloc_chk(INSIZE + 1, "svcin.buffer");
  66
  67     if(fgets(buffer, INSIZE, stdin) == NULL) {
  68         sys->memory[sys->cpu->gr[1]] = sys->memory[sys->cpu->gr[2]] = 0x0;
  69         return;
  70     }
  71     for(i = 0; i < INSIZE; i++) {
  72         if(*(buffer + i) == '\0' || *(buffer + i) == '\n') {
  73             --i;
  74             break;
  75         }
  76         if(sys->cpu->gr[1] + i >= sys->memsize - 1) {
  77             setcerr(202, NULL);    /* SVC input - out of Input memory */
  78             break;
  79         }
  80         sys->memory[sys->cpu->gr[1]+i] = *(buffer + i);
  81     }
  82     sys->memory[sys->cpu->gr[2]] = i + 1;
  83     free_chk(buffer, "buffer");
  84 }
  85
  86 /**
  87  * 標準出力へ文字データを書出（SVC 2）
  88  */
  89 static void svcout()
  90 {
  91     int i;
  92     WORD w;
  93
  94     for(i = 0; i < sys->memory[sys->cpu->gr[2]]; i++) {
  95         if(sys->cpu->gr[1] + i >= sys->memsize - 1) {
  96             setcerr(203, NULL);    /* SVC output - out of Comet II memory */
  97             return;
  98         }
  99         /* 「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 */
 100         /* それ以外の文字は、「.」で表す */
 101         if(((w = sys->memory[sys->cpu->gr[1]+i]) >= 0x20 && w <= 0x7E) || w == 0xA || w == '\t') {
 102             putchar((char)w);
 103         } else {
 104             putchar('.');
 105         }
 106     }
 107 }
 108
 109 /**
 110  * 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
 111  */
 112 static void setfr(WORD val)
 113 {
 114     sys->cpu->fr = 0x0;
 115     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 116     if((val & 0x8000) == 0x8000) {
 117         sys->cpu->fr += SF;
 118     }
 119     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 120     if(val == 0x0) {
 121         sys->cpu->fr += ZF;
 122     }
 123 }
 124
 125 /**
 126  * 算術加算。フラグを設定して値を返す
 127  */
 128 static WORD adda(WORD val0, WORD val1)
 129 {
 130     WORD res;
 131     long tmp;
 132
 133     sys->cpu->fr = 0x0;
 134     /* 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 */
 135     assert(sizeof(short)*8 == 16 && (short)0xFFFF == -1);
 136     if((tmp = (short)val0 + (short)val1) > 32767 || tmp < -32768) {
 137         sys->cpu->fr += OF;
 138     }
 139     /* 加算した結果を、WORD値に戻す */
 140     res = (WORD)(tmp & 0xFFFF);
 141     if((res & 0x8000) == 0x8000) {
 142         sys->cpu->fr += SF;
 143     } else if(res == 0x0) {
 144         sys->cpu->fr += ZF;
 145     }
 146     return res;
 147 }
 148
 149 /**
 150  * 算術減算。フラグを設定して値を返す
 151  */
 152 static WORD suba(WORD val0, WORD val1)
 153 {
 154     return adda(val0, (~val1 + 1));
 155 }
 156
 157 /**
 158  * 論理加算。フラグを設定して値を返す
 159  */
 160 static WORD addl(WORD val0, WORD val1)
 161 {
 162     long tmp;
 163     WORD res;
 164     sys->cpu->fr = 0x0;
 165
 166     if((tmp = val0 + val1) < 0 || tmp > 65535) {
 167         sys->cpu->fr += OF;
 168     }
 169     if(((res = (WORD)(tmp & 0xFFFF)) & 0x8000) == 0x8000) {
 170         sys->cpu->fr += SF;
 171     } else if(res == 0x0) {
 172         sys->cpu->fr += ZF;
 173     }
 174     return res;
 175 }
 176
 177 /**
 178  * 論理減算。フラグを設定して値を返す
 179  */
 180 static WORD subl(WORD val0, WORD val1)
 181 {
 182     return addl(val0, (~val1 + 1));
 183 }
 184
 185 /**
 186  * 算術比較のフラグ設定。OFは常に0
 187  */
 188 static void cpa(WORD val0, WORD val1)
 189 {
 190     sys->cpu->fr = 0x0;
 191     if((short)val0 < (short)val1) {
 192         sys->cpu->fr = SF;
 193     } else if(val0 == val1) {
 194         sys->cpu->fr = ZF;
 195     }
 196 }
 197
 198 /**
 199  * 論理比較のフラグ設定。OFは常に0
 200  */
 201 static void cpl(WORD val0, WORD val1)
 202 {
 203     sys->cpu->fr = 0x0;
 204     if(val0 < val1) {
 205         sys->cpu->fr = SF;
 206     } else if(val0 == val1) {
 207         sys->cpu->fr = ZF;
 208     }
 209 }
 210
 211 /**
 212  * 算術左シフト。フラグを設定して値を返す
 213  * 算術演算なので、第15ビットは送り出されない
 214  */
 215 static WORD sla(WORD val0, WORD val1)
 216 {
 217     WORD sign, res, last = 0x0;
 218     int i;
 219
 220     sys->cpu->fr = 0x0;
 221     sign = val0 & 0x8000;
 222     res = val0 & 0x7FFF;
 223     for(i = 0; i < val1; i++) {
 224         last = res & 0x4000;
 225         res <<= 1;
 226     }
 227     res = sign | (res & 0x7FFF);
 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     /* 符号（第15ビット）が1のとき、SFは1 */
 233     if(sign > 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 /**
 244  * 算術右シフト。フラグを設定して値を返す
 245  * 算術演算なので、第15ビットは送り出されない
 246  * 空いたビット位置には符号と同じものが入る
 247  */
 248 static WORD sra(WORD val0, WORD val1)
 249 {
 250     WORD sign, res, last = 0x0;
 251     int i;
 252
 253     sys->cpu->fr = 0x0;
 254     sign = val0 & 0x8000;
 255     res = val0 & 0x7FFF;
 256     for(i = 0; i < val1; i++) {
 257         last = res & 0x1;
 258         res >>= 1;
 259         if(sign > 0) {
 260             res |= 0x4000;
 261         }
 262     }
 263     res = sign | res;
 264     /* 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 */
 265     if(last > 0x0) {
 266         sys->cpu->fr += OF;
 267     }
 268     /* 符号（第15ビット）が1のとき、SFは1 */
 269     if(sign > 0x0) {
 270         sys->cpu->fr += SF;
 271     }
 272     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 273     if(res == 0x0) {
 274         sys->cpu->fr += ZF;
 275     }
 276     return res;
 277 }
 278
 279 /**
 280  * 論理左シフト。フラグを設定して値を返す
 281  */
 282 static WORD sll(WORD val0, WORD val1)
 283 {
 284     WORD res = val0, last = 0x0;
 285     int i;
 286
 287     sys->cpu->fr = 0x0;
 288     for(i = 0; i < val1; i++) {
 289         last = res & 0x8000;
 290         res <<= 1;
 291     }
 292     /* 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 */
 293     if(last > 0x0) {
 294         sys->cpu->fr += OF;
 295     }
 296     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 297     if((res & 0x8000) > 0x0) {
 298         sys->cpu->fr += SF;
 299     }
 300     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 301     if(res == 0x0) {
 302         sys->cpu->fr += ZF;
 303     }
 304     return res;
 305 }
 306
 307 /**
 308  * 論理右シフト。フラグを設定して値を返す
 309  */
 310 static WORD srl(WORD val0, WORD val1)
 311 {
 312     WORD res = val0, last = 0x0;
 313     int i;
 314
 315     sys->cpu->fr = 0x0;
 316     for(i = 0; i < val1; i++) {
 317         last = res & 0x0001;
 318         res >>= 1;
 319     }
 320     /* 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 */
 321     if(last > 0x0) {
 322         sys->cpu->fr += OF;
 323     }
 324     /* 第15ビットが1のとき、SFは1 */
 325     if((res & 0x8000) > 0x0) {
 326         sys->cpu->fr += SF;
 327     }
 328     /* 演算結果が0のとき、ZFは1 */
 329     if(res == 0x0) {
 330         sys->cpu->fr += ZF;
 331     }
 332     return res;
 333 }
 334
 335 /**
 336  * プログラムレジスタ（PR）を表す文字列を返す
 337  **/
 338 static char *pr2str(WORD pr) {
 339     char *str = malloc_chk(CERRSTRSIZE + 1, "pr2str.pr");
 340
 341     sprintf(str, "PR:#%04X", pr);
 342     return str;
 343 }
 344
 345 /**
 346  * 仮想マシンCOMET IIの実行
 347  */
 348 bool exec()
 349 {
 350     WORD op, r_r1, x_r2, val;
 351     CMDTYPE cmdtype;
 352     clock_t clock_begin, clock_end;
 353
 354     if(execmode.trace == true) {
 355         fprintf(stdout, "\nExecuting machine codes\n");
 356     }
 357     /* フラグレジスタの初期値設定 */
 358     sys->cpu->fr = 0x0;
 359     sys->cpu->sp = sys->memsize;
 360     sys->cpu->pr = execptr->start;
 361     /* 機械語の実行 */
 362     for (; ; ) {
 363         clock_begin = clock();
 364         /* 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 */
 365         if(sys->cpu->pr >= sys->memsize) {
 366             setcerr(204, pr2str(sys->cpu->pr));    /* Program Register (PR) - out of COMET II memory */
 367         }
 368         /* スタック領域を確保できない場合はエラー */
 369         else if(sys->cpu->sp <= execptr->end) {
 370             setcerr(205, pr2str(sys->cpu->pr));    /* Stack Pointer (SP) - cannot allocate stack buffer */
 371         }
 372         /* 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 */
 373         else if(sys->cpu->sp > sys->memsize) {
 374             setcerr(207, pr2str(sys->cpu->pr));    /* Stack Pointer (SP) - out of COMET II memory */
 375         }
 376         /* エラー発生時は終了 */
 377         if(cerr->num > 0) {
 378             goto execerr;
 379         }
 380         /* 命令の取り出し */
 381         op = sys->memory[sys->cpu->pr] & 0xFF00;
 382         /* 命令の解読 */
 383         cmdtype = getcmdtype(op);
 384         r_r1 = (sys->memory[sys->cpu->pr] >> 4) & 0xF;
 385         x_r2 = sys->memory[sys->cpu->pr] & 0xF;
 386         /* traceオプション指定時、レジスタを出力 */
 387         if(execmode.trace){
 388             fprintf(stdout, "#%04X: Register::::\n", sys->cpu->pr);
 389             dspregister();
 390         }
 391         /* dumpオプション指定時、メモリを出力 */
 392         if(execmode.dump){
 393             fprintf(stdout, "#%04X: Memory::::\n", sys->cpu->pr);
 394             dumpmemory();
 395         }
 396         /* traceまたはdumpオプション指定時、改行を出力 */
 397         if(execmode.dump || execmode.trace) {
 398             fprintf(stdout, "\n");
 399         }
 400         sys->cpu->pr++;
 401         /* オペランドの取り出し */
 402         if(cmdtype == R1_R2) {
 403             /* オペランドの数値が汎用レジスタの範囲外の場合はエラー */
 404             if(x_r2 > GRSIZE - 1) {
 405                 setcerr(209, pr2str(sys->cpu->pr-1));    /* not GR in operand x */
 406                 goto execerr;
 407             }
 408             val = sys->cpu->gr[x_r2];
 409         }
 410         else if(cmdtype ==  R_ADR_X || cmdtype == R_ADR_X_ || cmdtype == ADR_X) {
 411             /* オペランドの数値が汎用レジスタの範囲外の場合はエラー */
 412             if(x_r2 > GRSIZE - 1) {
 413                 setcerr(209, pr2str(sys->cpu->pr-1));    /* not GR in operand x */
 414                 goto execerr;
 415             }
 416             /* 実効アドレス（値または値が示す番地）を取得  */
 417             val = sys->memory[sys->cpu->pr++];
 418             /* 指標アドレスを加算  */
 419             if(x_r2 > 0x0) {
 420                 val += sys->cpu->gr[x_r2];
 421             }
 422             /* 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 */
 423             if(cmdtype == R_ADR_X_) {
 424                 if(val >= sys->memsize) {
 425                     setcerr(206, pr2str(sys->cpu->pr-1));    /* Address - out of COMET II memory */
 426                     goto execerr;
 427                 }
 428                 val = sys->memory[val];
 429             }
 430         }
 431         /* 主オペランドが1から4の場合、第2ビットを無視 */
 432         if(op >= 0x1000 && op <= 0x4FFF) {
 433             op &= 0xFB00;
 434         }
 435         /* 命令の実行 */
 436         switch(op)
 437         {
 438         case 0x0:       /* NOP */
 439             break;
 440         case 0x1000:    /* LD */
 441             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] = val);
 442             break;
 443         case 0x1100:    /* ST */
 444             sys->memory[val] = sys->cpu->gr[r_r1];
 445             break;
 446         case 0x1200:    /* LAD */
 447             sys->cpu->gr[r_r1] = val;
 448             break;
 449         case 0x2000:    /* ADDA */
 450             sys->cpu->gr[r_r1] = adda(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 451             break;
 452         case 0x2100:    /* SUBA */
 453             sys->cpu->gr[r_r1] = suba(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 454             break;
 455         case 0x2200:    /* ADDL */
 456             sys->cpu->gr[r_r1] = addl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 457             break;
 458         case 0x2300:    /* SUBL */
 459             sys->cpu->gr[r_r1] = subl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 460             break;
 461         case 0x3000:    /* AND */
 462             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] &= val);
 463             break;
 464         case 0x3100:    /* OR */
 465             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] |= val);
 466             break;
 467         case 0x3200:    /* XOR */
 468             setfr(sys->cpu->gr[r_r1] ^= val);
 469             break;
 470         case 0x4000:    /* CPA */
 471             cpa(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 472             break;
 473         case 0x4100:    /* CPL */
 474             cpl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 475             break;
 476         case 0x5000:    /* SLA */
 477             sys->cpu->gr[r_r1] = sla(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 478             break;
 479         case 0x5100:    /* SRA */
 480             sys->cpu->gr[r_r1] = sra(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 481             break;
 482         case 0x5200:    /* SLL */
 483             sys->cpu->gr[r_r1] = sll(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 484             break;
 485         case 0x5300:    /* SRL */
 486             sys->cpu->gr[r_r1] = srl(sys->cpu->gr[r_r1], val);
 487             break;
 488         case 0x6100:    /* JMI */
 489             if((sys->cpu->fr & SF) > 0) {
 490                 sys->cpu->pr = val;
 491             }
 492             break;
 493         case 0x6200:    /* JNZ */
 494             if((sys->cpu->fr & ZF) == 0) {
 495                 sys->cpu->pr = val;
 496             }
 497             break;
 498         case 0x6300:    /* JZE */
 499             if((sys->cpu->fr & ZF) > 0) {
 500                 sys->cpu->pr = val;
 501             }
 502             break;
 503         case 0x6400:    /* JUMP */
 504             sys->cpu->pr = val;
 505             break;
 506         case 0x6500:    /* JPL */
 507             if((sys->cpu->fr & (SF | ZF)) == 0) {
 508                 sys->cpu->pr = val;
 509             }
 510             break;
 511         case 0x6600:    /* JOV */
 512             if((sys->cpu->fr & OF) > 0) {
 513                 sys->cpu->pr = val;
 514             }
 515             break;
 516         case 0x7000:    /* PUSH */
 517             assert(sys->cpu->sp > execptr->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 518             sys->memory[--(sys->cpu->sp)] = val;
 519             break;
 520         case 0x7100:    /* POP */
 521             assert(sys->cpu->sp > execptr->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 522             sys->cpu->gr[r_r1] = sys->memory[(sys->cpu->sp)++];
 523             break;
 524         case 0x8000:    /* CALL */
 525             assert(sys->cpu->sp > execptr->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 526             sys->memory[--(sys->cpu->sp)] = sys->cpu->pr;
 527             sys->cpu->pr = val;
 528             break;
 529         case 0x8100:    /* RET */
 530             assert(sys->cpu->sp > execptr->end && sys->cpu->sp <= sys->memsize);
 531             if(sys->cpu->sp == sys->memsize) {
 532                 return true;
 533             } else {
 534                 sys->cpu->pr = sys->memory[(sys->cpu->sp)++];
 535                 break;
 536             }
 537         case 0xF000:    /* SVC */
 538             switch(val)
 539             {
 540             case 0x0: /* EXIT */
 541                 return true;
 542             case 0x1: /* IN */
 543                 svcin();
 544                 break;
 545             case 0x2: /* OUT */
 546                 svcout();
 547                 break;
 548             }
 549         default:
 550             break;
 551         }
 552         /* クロック周波数の設定 */
 553         do {
 554             clock_end = clock();
 555         } while(clock_end - clock_begin < CLOCKS_PER_SEC / sys->clocks);
 556     }
 557     return true;
 558 execerr:
 559     fprintf(stderr, "Execute error - %d: %s\n", cerr->num, cerr->msg);
 560     return false;
 561 }