FAV-ZCU/KIV POT/05. Assembler.md

Jazyk symbolických adres

Proč programovat v JSA?

• překladače vyšších jazyků nemusí umět využít speciální vlastnosti procesoru
• může být nutné napsat část kódu jinak, než jej generuje překladač
• možnost vytvořit optimalizovaný kód ???

• cvičné důvody - programátor se musí důkladně seznámit s daným procesorem

Program v JSA vs. strojový kód

• program v JSA
  • používá symbolické názvy instrukcí
  • používá symbolické adresy operandů
• strojový kód = program přeložený do binární podoby
  • obsahuje binární kódy instrukcí
  • obsahuje absolutní adresy operandů
  • jediná forma programu, kterou umí procesor přímo zpracovat
  • velmi obtížné na úpravy a obtížně srozumitelné

Symbolická adresa

• nahrazuje ve zdrojovém kódu skutečnou (absolutní) adresu
• převod provede překladač + sestavovací program
• programátor nemusí znát skutečné umístění proměnné v paměti
• obsahuje
  • hodnotu - adresu, kterou reprezentuje
  • obsah - obsah paměťového místa (bytu, slova, ...) na které odkazuje
• použití
  • návěští - cílová adresa skoku nebo volání procedury
  • proměnná - adresa pro manipulaci s daty
• může být
  • absolutní - hodnota je známá při překladu (může ji určit assembler)
  • relativní - hodnotu určí linker (sestavovací program) při sestavování

Překlad a sestavení programu

• program je sestaven z jednoho nebo více modulů
• moduly se překládají samostatně
• přeložené (relativní) moduly se spojí sestavovacím programem do výsledného souboru

Relativní a absolutní cesty

• v realtivních modulech adresy počítány od začátku modulu
• v sestaveném programu adresy počítány od začátku paměti

Zápis programu

• program se zapisuje do 4 sloupců
• některá pole je možno vynechat
• každá řádka obsahuje jednu instrukci, direktivu nebo rozvinutí makra
• sloupce
  • návěští - definuje symbolickou adresu
  • operace - symbolický název instrukce nebo direktivy
  • operandy - operandy instrukce nebo parametry direktivy
  • komentář - nepovinný, oddělen středníkem

Instrukční soubor

• instrukce dělitelné do několika skupin

Přesuny dat

• operandy typu B, W, L
  • B = byte (8 bitů)
  • W = word (16 bitů)
  • L = long (32 bitů)
• přesuny
  • paměť ↔ registr
  • registr ↔ registr
  • přímý operand → registr
• lze použít různé adresní módy
• přesuny nastavují příznakové bity

Aritmetické operace

• operandy typu B, W, L.
• operace
  • registr * registr → registr
  • přímý operand * registr → registr
• sčítání, odčítání, inkrement, dekrement
• dekadická korekce
• násobení (8 × 8 → 16), (16 × 16 → 32), signed/unsigned
• dělení (16 : 8 → 8 + 8), (32 : 16 → 16 + 16)

Porovnání

• operandy typu B, W, L
• operace
  • registr * registr
  • přímý operand * registr
• formálně provede odečtení operandů (ale neuloží výsledek)
• použití obvykle s následnou instrukcí BCC

Logické operace

• operandy typu B, W, L.
• operace
  • registr * registr → registr
  • přímý operand * registr → registr
• logický součet (OR), součin (AND), nonekvivalence (XOR), negace (NOT)

Bitové operace

• nastavení, nulování, negace bitu.
• operace typu
  • Carry * bit → Carry
  • Carry * bit → bit
• operandy typu byte v registrech nebo v paměti
• bitové operace v paměti jsou typu Read – Modify – Write

Posuvy a rotace

• operandy typu B, W, L v registrech
• rotace s Carry nebo bez Carry

Skoky (JMP, JSR)

• přímá nebo nepřímá adresa

Podmíněné skoky

• relativní adresa 16 nebo 8 bitů
• signed, rozsahy <PC-32768, PC+32766> resp. <PC-128, PC+126>

Řidící instrukce

• uložení registrů CCR a EXR do paměti, resp. přečtení z paměti
• instrukce pro ladicí přerušení TRAPA
• návrat z přerušení RTE
• přechod do režimu sníženého odběru (SLEEP)

Direktivy

• povely pro překladač

• definice sekcí (segmentů)
• definice dat a symbolů
• makra
• podmíněný překlad
• ...

Modul

Struktura

• modul obsahuje jednu nebo více sekcí (segmentů)
• každá sekce má nezávislé adresování od svého začátku
• pořadí sekcí ve zdrojovém souboru není podstatné - upraví se při sestavení

Základní typy sekcí

• datová
  • obsahuje inicializovaná data programu
• kódová sekce
  • obsahuje kód programu
• další sekce
  • neinicializovaná data, zásobník, přerušovací vektory, ...

Definice sekce

• hlavička
  • standardní sekce GNU as a ld
    • .data [subsekce]
    • .text [subsekce]
  • libovolné další sekce
    • .section jméno

Počítadlo adres

• každá sekce má (při překladu) samostatné počítadlo adres (PLC - Programm Location Counter)
• není-li určeno jinak, inicializuje se PLC na 0 na začátku sekce
• možnosti nastavení PLC
  • .org výraz - nastaví PLC na hodnotu výraz
  • .align uložení - nastaví PLC na hodnotu MOD(2^uložení)
• všechny adresy jsou vztaženy k začátku sekce

Sestavení sekcí a modulů

• sestavovací program spojí stejné sekce (popř. subsekce) dohromady

Definice symbolů

• definice a přiřazení hodnoty symbolu
  • .equ symbol, výraz
  • symbol = výraz
• nevyhrazuje místo v paměti
• platnost symbolu omezena na modul, kde je definován
• hodnotu nelze měnit

Definice dat

• definice místa pro proměnnou
  • [návěští] .space položky
    • návěští - symbolická adresa
    • položky - počet položek
  • vyhradí v paměti místo určené délky (počtu bytů)

• definice proměnné s počáteční hodnotou
  • [návěští] .byte výrazy
  • [návěští] .word výrazy
  • [návěští] .long výrazy
  • [návěští] .ascii řetězec
  • [návěští] .asciz řetězec
  • návěští - symbolická adresa
  • výrazy - obsah jednotlivých položek
  • vyhradí v paměti místo, jehož obsah je dán jednotlivými výrazy

• je-li návěští uvedeno, odpovídá jeho hodnota adrese 1. bytu dat

Sdílení dat mezi moduly

• symboly platí pouze v modulu, kde jsou definované
• rozšíření platnosti (export)
  • .global symboly
• použití symbolů z jiného modulu (import)
  • .extern symboly
• symboly - exportované symboly oddělené čárkou
• lze použít pouze pro symboly definované jako návěští (ne .equ)

Makra

• umožňují definovat část programu, která bude použita na více místech

.macro jméno argumenty
    tělo makra, jednotlivé instrukce
.endm

• argumenty - seznam symbolických argumentů, v těle se referují s \ na začátku
• rozvinutí makra vloží tělo makra do daného místa programu

Lokální symboly

• je-li v makru definován symbol, vznikají při vícenásobném rozvinutí problémy
• je potřeba jej definovat jako lokální - LOCAL symboly (oddělené čárkou)
• překladač vytvoří v každém rozvinutí unikátní jméno
• před použitím LOCAL je potřeba použít direktivu .altmacro

Makra vs. procedury

• použití makra
  • kód makra je v paměti pro každé rozvinutí
  • bez dodatečného zpoždění pro JSR, RTS, přenos parametrů, ...
• použití procedury
  • výkonná část je v paměti pouze jednou
  • dodatečné zpoždění pro JSR, RTS, ... (pomalejší než makro)
• makro obvykle rychlejší
• procedura obvykle úspornější