[SP]系統程式筆記2

2.1 assembler

將原始程式翻成machine code

assembler listing (LST file)

獲得相關的地址給出可辨識的列表，進行cross reference。

• x86 的org給起始位置
• label、symbol
• 判斷pseudo instruction: 其不會被翻成機器碼

cross reference: 定義的label與對映的address列表出來。

linux可以透過此指令輸出assembler listing

as -aln example.s | less  

obj file

用於loader載入使用

assembler

• assembler: 轉換成機器碼之後，將機器碼與symnlolic lables的關聯對映起來。
• disassembler: 將機器碼轉為組合語言
• cross assembler: 透過機器A(如x86)組譯出機器B(arm)的機器碼。

可重定位指令: 載入起始點不同需要計算絕對地址，不過call、jmp、LOOP是計算距離不用relocation。

2.2 SIC Assembly

組譯器指引 assembler directives

• start: 表示address的起始位置
• end
• byte
• word: SIC佔用3 bytes
• resb
• resw

SIC/XE與SIC差異

• 基底相對定址 (Base relative)
• type 4: 指令前方補上加號

disp主要以pc為基準計算

PC Relative無法描述位置，則使用base reg reloaction。

• ,x: index addressing

2.3 80xx assembly

在翻譯code時，如disp需要以little endian表示

• extern pseudo: 先以0x0000定義外部地址，直到連結載入填上位置。
• loop: LOOP使用PC加上offset(二補數)

2.4 Assembler Algorithm

組譯器演算法

1. 轉譯指令成機器碼
2. 獲取symbol對映的address
3. 解決forward reference問題
4. 處理 pseudo instructions
5. 產生obj與assembly listing

通用設計程序

• 軟體生命週期
  1. 需求分析
  2. 軟體規格
  3. 軟體設計
  4. 實做
  5. 軟體測試
  6. 支持與維護
• 軟體設計
  1. 輸出需求/輸入設計
  2. 資料結構/演算法
  3. 將程式模組化
• IO設計
  1. 輸出要求: assembly listing, object
  2. 輸入: 組合語言程式碼
• 資料結構
  • OPTAB: 存放指令與機器碼對應關聯
  • SYMTABLE: 儲存變數與符號的地址
  • LOCCTR: 保存當前處理的指令地址

two passes assembler

pass1

主要找出label與addr對應的位置建立SYMTABLE

1. 判斷指令長度(透過OPTAB)
2. 計算LOCCTR
3. 將lable的地址保存到SYMTABLE
4. 處理pseudo instruction

pass2

產生obj

1. 透過SYMTAB帶入pass1沒有處理的symbol
2. 透過OPTABLE產生機器碼
3. 計算LOCCTR
4. 產生pseudo定義的數據如BYTE, WORD
5. 處理pass1未處理的pseudo

2.5 Data Structures

需求

1. 輸入程式碼與輸出obj
2. 輸出assembly reports 與一些message
3. LOCCTR
4. OPTAB
5. SYMTAB: SIC當中的Type用來判斷是絕對地址或相對地址
6. 其他輔助表LITTAB(literal name table)

literal為常數，但定址方式不為立即定址immediate addressing， 例如foo = bar * 35的35為literal

2.6 Machine Independent Assembler

configuration table

處理forward reference，透過連結串列紀錄有forward reference的位置，保存指令的loc到configuration table，直到對應的addr出現之後，將連結串列透過找到的地址取代。

back認為可能透過1 pass的方式處理，而原始程式forward reference的數量有限，大多數都是接受的情況，因此可以透過configuration table處理。在理論上探討，如在worst case情況下可能效果如同Two pass

• label定義就放入表中，並且填入機器碼
• 指令中label未定義就先用linked list串接。

1 pass是否有辦法解決

• 實務: 可以透過configuration table
• 理論: worst case不能解決

程式重定位

• 絕對定址: 程式必須載入到特定的地址
• 重新定址: 程式必須根據起始位置下去做重定位
  1. 在載入的時候修改地址(Relative Address)
  2. 採用基底暫存器，而不用修改地址。

如何解決 relocation

1. 加入修改紀錄，保存地址相關的變數，保存在修改紀錄檔內，讓載入器可以讀取。
2. 採用基底暫存器，不用修改地址。
3. 使用程式計數器，如SIC

2.7 Separate assemble and relocation

SIC obj紀錄

下面以偽代碼表示結構

• H: 程式頭

nibble H, nameLen[2], name[11], programSize[4];

• T: 機器碼片段

nibble T, codeStartAddr[4], codeSize[2], code[65];

• E: 結束程式

nibble E, programeStartAddr[4];

• M: 重定位資訊，主要用於relocation以及外部參考。

nibble M, [4], 修訂碼, 外部參考名稱[8]
// 修訂碼 +-此變數的位置，為program relocation
// &為與此變數相對位置，因為linking無法算出offset，必須在linking才能處理

• R: 外部參考

nibble R, name[71];

• D: 可參考變數

nibble D, varName[8], varAddr[4], repeat[59];
// varAddr通常為相對地址
// repeat: varName and varAddr

外部參考與內部參考

External reference定義在不同function，internal reference定義在相同的function，External definition在function當中定義的symbols，並且其他function有機會使用該symbols

• EXTRN: 產生R紀錄(External reference)
• PUBLIC: 產生D紀錄(External definition)

程式重定位

program relocation與linking需要透過linker/loader處理

• define recordL 可參考變數
• refer record: 外部參考
• modification record: 修改紀錄

Assembler概念

• forward reference: 使用後定義的label，當下無法得知地址，需要2 pass
• backward reference: 使用先定義的label

其他基本概念

• nibble: 4 bit，為1個16進位數值。