Wykład 2

Zaawansowane mechanizmy

j

ę

zyka asemblera

Dyrektywy
Asemblacja warunkowa
Makroinstrukcje
Zagadnienie relokacji
Postacie pliku wynikowego

Możliwości asemblera

p

o

st

ę

p

Dyrektywy asemblera

Rozszerzenie języka

asemblera - dyrektywy

Rozkazy dla asemblera.
Wykonywane przez asembler, nie
tłumaczone na ML.

Mog

ą

wpływa

ć

na wynikowy

kod, tablic

ę

symboli, plik listingu,

wewn

ę

trzne parametry

asemblera.

Rozszerzenie języka

asemblera - dyrektywy

W prostych asemblerach – kilka
dyrektyw;

W zaawansowanych asemblerach –
dziesi

ą

tki dyrektyw.

Funkcje dyrektyw

Funkcje dyrektyw

Funkcje dyrektyw

sterowanie

identyf.

loader

tryb

segmenty

Funkcje dyrektyw

przypisanie

konsolidacja

Funkcje dyrektyw

dane

makro

warunki

Funkcje dyrektyw

błędy

wydruk

kody

Asemblacja warunkowa

•

Polecenia steruj

ą

ce asemblacj

ą

(wykonywane w czasie

asemblacji)

– IF-ELSE-ENDIF (IFE, IFDEF, IFNDEF...)

– Jeden program – wiele wariantów

→

→

→

→

generacja innego kodu w

zale

ż

no

ś

ci od „otoczenia”

• np. pliku

ź

ródłowym zdefiniowano parametr=typ procesora

Przykład:

Makroinstrukcje

Makroinstrukcje

Makroinstrukcja – symbol, któremu przypisano fragment tekstu

programu (w definicji makroinstrukcji)

Gdziekolwiek w pliku źródłowym znajdzie się symbol zdefiniowanego wcześniej

makra, asembler wpisze w jego miejsce w pliku źródłowym tekst przypisany
do makra (makro = zmienna asemblera, która może być używana jako “skrót”
przypisanego jej tekstu)

Gdziekolwiek w pliku źródłowym znajdzie się symbol zdefiniowanego
wcześniej makra, asembler wpisze w jego miejsce w pliku źródłowym
tekst przypisany do makra (makro = zmienna asemblera, która może
być używana jako “skrót” przypisanego jej tekstu)

definicja makro

„wywołanie” makro

„wywołanie” makro

..........

..........

program

Makroinstrukcje

Gdziekolwiek w pliku źródłowym znajdzie się symbol

zdefinio

Korzyści stosowania makroinstrukcji:

•Redukuje liczbę błędów powodowanych przez programistę.

•Umożliwia zdefiniowanie często używanych w programie sekwencji
instrukcji.

•Wielokrotne użycie tego makra w tekście programu źródłowego
każdorazowo zapewni ten sam rezultat

•Skraca się czas przygotowania programu źródłowego a program
zyskuje na przejrzystości.

•Symbole (etykiety) użyte w makro są lokalne w obrębie makro i nie
są mylone przez asembler z identycznymi symbolami używanymi
poza nim.

ADD_AB_R0R1 MACRO

CLC

; zeruj bit przeniesienia

ADD A,R0

; dodaj młodsze bajty

ADDC B,R1

; dod. starsze bajty z uwzgl

ę

dnieniem przen.

ENDM

; koniec makro

Przykład definicji makra.

WRREC

RDREC

Np. 2-
krotne
wywołanie

Procedura a wywołanie makro

EXPAND

…

Main

RDBUFF

190a

190m

WRBUFF

210a
210h

WRBUFF

220a

220h

Wywołanie procedury;
użycie stosu

Makro

Main

RDBUFF

WRBUFF

Ten sam
tekst
wielokrotnie

RDREC

WRREC

WRREC

Main

W pierwszym przejściu makroasembler tworzy dodatkową tablicę

makr:

- symbol przypisany do makra (nazwa),
- tekst makra,
- bieżący licznik użycia w programie

W tym samym przejściu -

po znalezieniu symbolu makra,

makroasembler zastępuje ten symbol tekstem odczytanym z
tablicy.

Wpisany tekst jest analizowany w celu znalezienia etykiet.

- modyfikacja

symboli etykiet

w tekście makra, aby

zachowały lokalny charakter (zwykle unikalny przedrostek)

Dalsza praca makroasemblera – analiza programu – jak w I-szym

przejściu asemblera

Makroasembler

Program źródłowy

Makro procesor

Asembler

Kod wynikowy

Makrodefinicje

Przetwarzanie makro

Definicja

„wklej”

Przetwarzanie programu

Program rozwinięty

•Rozpoznaj definicje

•Zachowaj definicje

•Rozpoznaj wywołania makro

•Rozwi

ń

wywołania makro

Problem makro

•

Instrukcje definiuj

ą

ce makro

•

Zast

ę

powanie parametrów

•

Lokalno

ść

symboli

•

Rozwini

ę

cie warunkowe

Kopiowanie kodu - przykład

Program źródłowy

STRG

MACRO

MOV AX, BX
MOV BX, AX
NOP

ENDM

.

STRG

.

STRG

.
.

Program rozwinięty

.

.

MOV AX, BX
MOV BX, AX

NOP

.

MOV AX, BX
MOV BX, AX

NOP

.

{
{

Zastąpienie parametrów - przykład

Program źródłowy

STRG

MACRO

DST, SRC

MOV AX,

SRC

MOV

DST

, AX

NOP

ENDM

.

STRG

DATA1, DATA2

.

STRG

DATA4, DATA5

Program rozwinięty

.

.

MOV AX,

DATA1

MOV

DATA2

, AX

NOP

MOV AX,

DATA4

MOV

DATA5

, AX

NOP

{
{

•

Substytucja argumentów makro

– wg. listy

STRG DATA1, DATA2

– wg. przypisania

STRG SRC=DATA1, DST=DATA2

Zastąpienie parametrów, lokalność symboli

•

Podstawowy asembler –

brak symboli lokalnych

;

•

Makroasembler –

je

ż

eli

kopiuje tekst

ź

ródłowy bez zmian

symbole w tek

ś

cie makrodefinicji

nie s

ą

lokalne

. –

→

→

→

→

Wtedy

odr

ę

bne polecenie (

LOCAL

) dla okre

ś

lenia symboli lokalnych

•

Symbole lokalne

- makroprocesor nadaje unikalne nazwy w

czasie wstawiania tekstu makrodefinicji do programu

– Np.

STRG MACRO

X1

EQU

10H

STRG_1_X1

EQU

10H

Zagnieżdżone makrodefinicje

Przetwarzanie makrodefinicji w trakcie rozwijania

ENDM

ENDM

ENDM

........

RDBUFF

........
........

WRBUFF

........

MACROS MACRO

„Makro” - wywołania powtarzane

Skrócenie tekstu programu:

- dyrektywa

FOR

FOR

parametr, <argument [,argument]...>

tekst makro

ENDM

- dyrektywa

REPEAT

REPEAT wyra

ż

enie

tekst makro

ENDM

- dyrektywa

WHILE

WHILE wyra

ż

enie

tekst makro

ENDM

Powtórz makro „warto

ść

wyra

ż

enia”

razy

Parametr w tek

ś

cie – zast

ą

piony

kolejnym argumentem z listy

Powtarzaj tekst makro kiedy wyra

ż

enie

= TRUE (modyfikacja w makro!)

Makroprocesory

•

Jednoprzej

ś

ciowe

– Ka

ż

de makro musi by

ć

zdefiniowane przed u

ż

yciem jego

wywołania

– Mo

ż

e podczas rozwijania makro przetwarza

ć

definicje

– dopuszczalne definicje zagnie

ż

d

ż

one

•

Dwuprzej

ś

ciowe

– Przej

ś

cie 1: rozpoznaj makrodefinicje

– Przej

ś

cie 2: rozpoznaj makrowywołania

Makroprocesor jednoprzejściowy

•

Wymaganie

– Ka

ż

de makro musi by

ć

uprzednio zdefiniowane

•

Działania makroprocesora przy analizie tekstu

ź

ródłowego

– makrodefinicja: DEFINE

– wywołanie makro: EXPAND

DEFTAB

NAMTAB

ARGTAB

•

DEFTAB

: tablica definicji, tekst makro,

•

NAMTAB

: tablica nazw, indeks do DEFTAB,

•

ARGTAB

: argumenty.

DEFINE

EXPAND

PROCESSLINE

MACRO

CALL

Definicja zagnie

ż

d

ż

ona

macro

…

GETLINE

PROCESSLINE

GETLINE

Następny wiersz

PROCESSLINE

jest

makro

ARGTAB

NAMTAB

nazwa makro do
NAMTAB

makrodefinicja
do DEFTAB

Algorytm jednoprzejściowego makroprocesora

DEFINE

Kopiuj
definicję
makro z
pliku
źródłowego

EXPAND

Kopiuj
tekst
rozwinięcia,
substytucja

RDBUFF

DEFTAB

RDBUFF

WRBUFF

WRBUFF

READ

Search

(Pseudo-Op Table)

Search NAMTAB

(Macro Name Table)

Search

(Machine Op Table)

Process

machine

instruction

R

R

Type?

MACRO

Define

Process

pseudo-ops

R

R

MACRO

Expand

R

Pass 2

Pass 1

Makroasembler 2 przejściowy

Relokacja programów. Postać wynikowa

PR O G R AM

PR O G R AM

0 x0F C D 0

?

?

0 x0 F F F 123

0x0

0x02 4

W C ZA S IE W YK O N YW A N IA
P R O G R A M MO

ś

E B Y

Ć

Z A Ł A D O W A N Y W D O W O L N E
MIE JS C E

PR O G R A M

Ilustracja zagadnienia relokacji programu.

Relokowalność

=

cecha

umożliwiająca

przemieszczanie programu w pamięci

Relokowalność

•

zwi

ę

ksza efektywno

ść

przygotowania programu

• programy mog

ą

by

ć

przygotowywane w postaci oddzielnych

modu

ł

ów (np. przez ró

ż

nych programistów, w tym samym

czasie);

•

daje mo

ż

liwo

ść

u

ż

ycia zasobów

ź

ród

ł

owych

• do programu mo

ż

na w

łą

czy

ć

modu

ł

y, które zosta

ł

y

uprzednio przygotowane

•

umo

ż

liwia wieloprogramow

ą

prac

ę

systemu komputerowego

• program mo

ż

e by

ć

za

ł

adowany w dost

ę

pne miejsce w

pami

ę

ci.

Relokowalność

Relokowalno

ść

posiada szereg korzystnych cech:

0B10: 22

0110: 22

RET

0B0F:

F9

010F:

F9

0B0E:

E0

010E:

E0

0B0D:

D5

010D:

D5

DJNZ

ACC,DELAY

0B0C:

FE

010C:

FE

0B0B:

D8

010B:

D8

LOOP:DJNZ R0,LOOP

0B0A:

FF

010A:

FF

0B09:

78

0109:

78

DELAY:MOV R0,#0FFH

0B08:

F7

0108:

F7

0B07:

80

0107:

80

SJMP

START

0B06:

09

0106:

09

0B05:

0B

0105:

01

0B04:

12

0104:

12

LCALL

DELAY

0B03:

0A

0103:

0A

0B02:

74

0102:

74

MOV

A,#10

0B01:

97

0101:

97

0B00:

B2

0100:

B2

START:

CPL LED

0A02:

00

0002:

00

0A01:

0B

0001:

01

0A00: 02

0000:

02

LJMP

START

Za

ł

adowany od 0A00H

Za

ł

adowany od 0000H

Wiersz źród

ł

owy

Kody instrukcji

wymagaj

ą

modyfikacji

za wyj

ą

tkiem instrukcji:

• z adresowaniem natychmiastowym

• wzgl

ę

dnym (wzgl

ę

dem PC, rej. bazowego)

• rejestrowym

• bezargumentowych

W instrukcjach

wymagaj

ą

modyfikacji

wszystkie warto

ś

ci obliczone

przez asembler na podstawie adresów:

- lokalizacje etykiet

- warto

ś

ci wyra

ż

e

ń

Realizacja relokowalności

Dwie mo

ż

liwo

ś

ci realizacji relokowalno

ś

ci:

1.

dodawanie

do adresów odpowiedniej warto

ś

ci bazowej przez

procesor w trakcie wykonywania programu (

rejestr bazowy

)

Realizacja relokowalności

– Procesor musi posiada

ć

rejestr bazowy

– Je

ż

eli procesor posiada rejestr limitu segmentu –

mo

ż

liwo

ść

ochrony programu

– Prosta realizacja relokacji; program

przetłumaczony z adresami wzgl

ę

dem pocz

ą

tku

programu

Dwie mo

ż

liwo

ś

ci realizacji relokowalno

ś

ci (cd):

2. modyfikacja adresów

w trakcie

ł

adowania b

ą

d

ź

konsolidacji

programu

Kooperacja asemblera i loadera (linkera)

→

→

→

→

plik wynikowy

Realizacja relokowalności

- Wykonywana przez odr

ę

bny program np. w czasie

rzeczywistym w trakcie ładowania

- Wymaga odpowiedniej informacji w pliku wynikowym
– Maszyny z segmentacj

ą

– modyfikacja warto

ś

ci

rejestrów segmentowych; w segmencie adresacja
wzgl

ę

dna

– Uwaga! Modyfikacja nie mo

ż

e dotyczy

ć

adresów

lokalizacji poza danym procesem

• Wektory przerwa

ń

• Zasoby systemowe

Relokowalność. Wyrażenia

•

Wyra

ż

enia mo

ż

na sklasyfikowa

ć

jako

bezwzgl

ę

dne

or

wzgl

ę

dne

– MAXLEN

EQU

BUFEND-BUFFER

– BUFEND i BUFFER s

ą

wielko

ś

ciami wzgl

ę

dnymi, reprezentuj

ą

cymi

adresy w programie

– jednak

ż

e wyra

ż

enia BUFEND-BUFFER reprezentuje wyra

ż

enie

bezwzgl

ę

dne

•

Gdy wielko

ś

ci

wzgl

ę

dne

s

ą

sparowane z przeciwnymi znakami

, zale

ż

no

ść

od warto

ś

ci adresu pocz

ą

tkowego programu jest zniesiona; wynik na

warto

ść

bezwzgl

ę

dn

ą

.

Symbol

Type

Value

RETADR

R

30

BUFFER

R

36

BUFEND

R

1036

MAXLEN

A

1000

•W ogólno

ś

ci dla okre

ś

lenia typu

wyra

ż

enia: przeanalizowa

ć

typy symboli w

programie

•Mno

ż

enie i dzielenie wielko

ś

ci

wzgl

ę

dnych jest niedopuszczalne

-asemblery absolutne

asembler absolutny przypisuje bajtom kodu
maszynowego adresy absolutne (bezwzględne)

- asemblery relokowalne

w asemblerze relokowalnym adresy określone dla
poszczególnych bajtów są zmienne. Adresy
bezwzględne zostaną określone w późniejszym etapie
przetwarzania programu przez loader lub linker
(konsolidator).

Relokowalność

Mechanizm umożliwiający relokowalność - plik wynikowy

Produktem asemblera

→

→

→

→

plik wynikowy

- umo

ż

liwia wielokrotne

załadowanie raz przetłumaczonego programu (loader); wyj

ą

tek

asemblery typu „przetłumacz-i-załaduj”.

Plik wynikowy zwykle

≠≠≠≠

kod wykonywalny (in. maszynowy), lecz

posta

ć

po

ś

rednia

- np. + instrukcje dla loadera jak załadowa

ć

program

Format kodu wynikowego zale

ż

y od tego, jak dalece ma by

ć

on

przetwarzany przed ostatecznym załadowaniem programu do
pami

ę

ci.

-

przemieszczanie programu

- konsolidacja z innymi modułami

Relokowalność. Realizacja.

Zwykle ostatni etap relokacji realizuje loader

• Wszystkie pozycje, których adresy umieszczone s

ą

po

nagłówku pliku wynikowego podlegaj

ą

przetworzeniu

– Do warto

ś

ci pozycji dodawane jest przesuni

ę

cie

wynikaj

ą

ce z relokacji

Asembler

Asembler

Linker

(konsolidator)

Konwerter

pliku

wynikowego

Konwenter listingu

PROM

programator

Emulator

sprz

ę

towy

Zintegrowany

debuger

Pakiet

asemblera

Plik listingu z
warto

ś

ciami

absolutnymi

Plik w
formacie
HEX

Plik tablicy
symboli

Plik
wynikowy

Plik
biblioteczny

Plik ładowalny

Debugger

Elementy mechanizmu umo

ż

liwiaj

ą

cego relokowalno

ść

i modułowo

ść

Plik wynikowy

0000

02

0001

01

0002

00

0100

B2

0101

97

0102

74

0103

0A

0104

12

0105

01

0106

09

0107

80

0108

F7

0109

78

010A

FF

010B

D8

010C

FE

010D

D5

010E

E0

010F

F9

0110

22

Przykład prostego formatu pliku wynikowego.

• rozmieszczenie i start zawsze od tego samego
adresu np. w przykładzie 0000H/0100H
• Inne przykłady: np. MS-DOS .com

Organizacja typowego pliku wynikowego

•Informacja nagłówkowa

: informacja o pliku:rozmiar kodu, nazwa

pliku

ź

ródłowego, data utworzenia

•Kod wynikowy

: instrukcje binarne i dane utworzone przez kompilator

lub asembler

•Informacja relokacyjna

: lista pozycji w kodzie wynikowym, które

musz

ą

podlega

ć

relokacji

•Informacja dla debuggingu

: informacje nieu

ż

yteczne dla loadera lecz

potrzebne dla debuggera (np. symbole lokalne, nry wierszy itp..)

Niektóre formaty pliku wynikowego zawieraj

ą

dodatkowe informacje.

Wystarczaj

ą

cy dla załadowania format obejmuje binarny kod wynikowy.

Plik wynikowy

Intel Hex Code
:030000 00020100FA
:10010000B297740A12010980F778FFD8FED5E0F99A
:0101100022CC
:00000001FF

Opis pierwszej linii pliku .HEX (Intel Hex Code)
: 03 0000 00 02 01 00 FA

| | | | | | |_ suma kontrolna

| | | | | |
| | | |__|__|___ bajty kodu maszynowego (3)
| | |
| | |____________ typ
| |
| |_____________ adres rozmieszczenia pierwszego bajtu
|
|______________ liczba bajtów kodu maszynowego

Przykładowy format heksadecymalny Intela pliku wynikowego.

cdn...

Relokowalność. Format pliku wynikowego

Format MS-DOS

.EXE

adresy

segment:offset

po nagłówku: kod

programu