pp.48ff.
テキストからはかなり書き換えた。and、orは&&、||の代替表現として予約されているようなので、下のコード例ではひとまず_and、_orにしてエスケープしておく。
#include <iostream> #include "CPU_emulator_0.h" /* ニモニック(のようなもの)一覧 mov(ra, rb) : RegA ← RegB add(ra, rb) : RegA ← RegA + RegB sub(ra, rb) : RegA ← RegA - RegB _and(ra, rb) : RegA ← RegA & RegB _or(ra, rb) : RegA ← RegA | RegB sl(ra) : 左シフト sr(ra) : 右シフト sra(ra) : 算術右シフト ldl(ra, ival) : 下位バイトを即値で上書き ldh(ra, ival) : 上位バイトを即値で上書き cmp(ra, rb) : 等しければフラグを立てる je(addr) : イコールフラグが立ったらジャンプ jmp(addr) : 強制ジャンプ ld(ra, addr) : RegA ← *addr st(ra, addr) : *addr ← RegA hlt : 状態を保持して停止 */ int main(void) { // アセンブル(のようなこと)をして、ROM (に見立てた排列)へ格納する。 // 1+2+ ... +10=55 を計算する。 rom[0] = ldh(REG0, 0); // レジスタ0 (総和の初期値)をクリアする。 rom[1] = ldl(REG0, 0); rom[2] = ldh(REG1, 0); // レジスタ1に1 (増分)をセットする。 rom[3] = ldl(REG1, 1); rom[4] = ldh(REG2, 0); // レジスタ2 (足す数の初期値)をクリアする。 rom[5] = ldl(REG2, 0); rom[6] = ldh(REG3, 0); // レジスタ3に10 (ループ回数)をセットする。 rom[7] = ldl(REG3, 10); rom[8] = add(REG2, REG1); // 足す数をインクリメントして、 rom[9] = add(REG0, REG2); // それをここまでの総和に加算して、 rom[10] = st(REG0, 64); // ここまでの総和をRAMの64番地へ格納して、 rom[11] = cmp(REG2, REG3); // 足す数==ループ回数であるなら、 rom[12] = je(14); // ループを抜けるが、 rom[13] = jmp(8); // そうでなければ加算を繰り返す。 rom[14] = hlt; // 実行直前の各レジスタの状態を表示して、実行して、 execute(); // 全ステップを実行し終えたら、最後に計算結果を表示する。 printf("\nram[64] = %d\n", ram[64]); return 0; }
CPU_emulator_0.h
#ifndef _CPU_EMULATOR_0_H_ #define _CPU_EMULATOR_0_H_ enum { MOV, ADD, SUB, AND, OR, SL, SR, SRA, LDL, LDH, CMP, JE, JMP, LD, ST, HLT }; enum { REG0, REG1, REG2, REG3, REG4, REG5, REG6, REG7 }; #define mov(ra, rb) (MOV << 11 | (ra) << 8 | (rb) << 5) // RegA ← RegB #define add(ra, rb) (ADD << 11 | (ra) << 8 | (rb) << 5) // RegA ← RegA + RegB #define sub(ra, rb) (SUB << 11 | (ra) << 8 | (rb) << 5) // RegA ← RegA - RegB #define _and(ra, rb) (AND << 11 | (ra) << 8 | (rb) << 5) // RegA ← RegA & RegB #define _or(ra, rb) (OR << 11 | (ra) << 8 | (rb) << 5) // RegA ← RegA | RegB #define sl(ra) (SL << 11 | (ra) << 8) // RegA ← RegA << 1 #define sr(ra) (SR << 11 | (ra) << 8) // RegA ← RegA >> 1 #define sra(ra) (SRA << 11 | (ra) << 8) // RegA ← (RegA & 0x8000) | RegA >> 1 #define ldl(ra, ival) (LDL << 11 | (ra) << 8 | ((ival) & 0xFF)) // RegA ← (RegA & 0xFF00) | ival #define ldh(ra, ival) (LDH << 11 | (ra) << 8 | ((ival) & 0xFF)) // RegA ← (RegA & 0x00FF) | ival << 8 #define cmp(ra, rb) (CMP << 11 | (ra) << 8 | (rb) << 5) // Flag ← true if(RegA==RegB) #define je(addr) (JE << 11 | ((addr) & 0xFF)) // PC ← addr if(Flag) #define jmp(addr) (JMP << 11 | ((addr) & 0xFF)) // PC ← addr #define ld(ra, addr) (LD << 11 | (ra) << 8 | ((addr) & 0xFF)) // RegA ← *addr #define st(ra, addr) (ST << 11 | (ra) << 8 | ((addr) & 0xFF)) // *addr ← RegA #define hlt (HLT << 11) #define op_code(ir) ((ir) >> 11 & 0xF) // オペコード (bit14:11)を抽出する。 #define op_regA(ir) ((ir) >> 8 & 0b111) // オペランド(RegA)(bit10: 8)を抽出する。 #define op_regB(ir) ((ir) >> 5 & 0b111) // オペランド(RegB)(bit 7: 5)を抽出する。 #define op_data(ir) ((ir) & 0xFF) // オペランド(data)(bit 7: 0)を抽出する。 #define op_addr(ir) ((ir) & 0xFF) // オペランド(addr)(bit 7: 0)を抽出する。 // 16ビットレジスタ×8本、16ビット×256ステップのROM、16ビット×256ステップのRAM (に見立てた排列)を用意する。 uint16_t reg[8], rom[256], ram[256]; // 命令レジスタ(に見立てた16ビット変数)を用意する。 uint16_t ir; // プログラムカウンター(に見立てた8ビット変数)を用意する。 uint8_t pc = 0; // 比較フラグ(に見立てたブール変数)を用意する。 bool flag_eq = false; void execute(void) { printf(" PC IR REG0 REG1 REG2 REG3 REG4 REG5 REG6 REG7\n"); uint8_t inst; do { // 命令をROMから命令レジスタへフェッチして、 ir = rom[pc]; // 確認のため各レジスタの内容を表示して、 printf("実行前: %3d 0x%04X %5d %5d %5d %5d %5d %5d %5d %5d\n", pc, ir, reg[0], reg[1], reg[2], reg[3], reg[4], reg[5], reg[6], reg[7]); // プログラムカウンターをインクリメントして、 pc++; // デコードして、実行して、ライトバックする。 switch (inst = op_code(ir)) { case MOV: reg[op_regA(ir)] = reg[op_regB(ir)]; break; case ADD: reg[op_regA(ir)] += reg[op_regB(ir)]; break; case SUB: reg[op_regA(ir)] -= reg[op_regB(ir)]; break; case AND: reg[op_regA(ir)] &= reg[op_regB(ir)]; break; case OR: reg[op_regA(ir)] |= reg[op_regB(ir)]; break; case SL: reg[op_regA(ir)] <<= 1; break; case SR: reg[op_regA(ir)] >>= 1; break; case SRA: reg[op_regA(ir)] = (reg[op_regA(ir)] & 0x8000) | reg[op_regA(ir)] >> 1; break; case LDL: reg[op_regA(ir)] = (reg[op_regA(ir)] & 0xFF00) | (op_data(ir) & 0xFF); break; case LDH: reg[op_regA(ir)] = (reg[op_regA(ir)] & 0x00FF) | op_data(ir) << 8; break; case CMP: reg[op_regA(ir)] == reg[op_regB(ir)] ? flag_eq = true : flag_eq = false; break; case JE: if (flag_eq) { pc = op_addr(ir); }; break; case JMP: pc = op_addr(ir); break; case LD: reg[op_regA(ir)] = ram[op_addr(ir)]; break; case ST: ram[op_addr(ir)] = reg[op_regA(ir)]; break; case HLT: break; default: break; } //printf("実行後: %3d 0x%04X %5d %5d %5d %5d %5d %5d %5d %5d\n", pc, ir, reg[0], reg[1], reg[2], reg[3], reg[4], reg[5], reg[6], reg[7]); } while (inst != HLT); printf(" PC IR REG0 REG1 REG2 REG3 REG4 REG5 REG6 REG7\n"); } #endif
実行結果
