Wykład 2

Zaawansowane mechanizmy

języka asemblera

Dyrektywy

Asemblacja warunkowa

Makroinstrukcje

Zagadnienie relokacji

Postacie pliku wynikowego

Możliwości asemblera

p

os

tę

p

Dyrektywy asemblera

Rozszerzenie języka

asemblera - dyrektywy

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

Mogą wpływać na wynikowy
kod, tablicę symboli, plik listingu,
wewnętrzne parametry
asemblera.

Rozszerzenie języka

asemblera - dyrektywy

W prostych asemblerach

– kilka

dyrektyw;

W zaawansowanych asemblerach

–

dziesiątki dyrektyw.

Funkcje dyrektyw

Funkcje dyrektyw

Przykłady dyrektyw

sterowanie

identyf.

Przykłady dyrektyw

loader

tryb

Przykłady dyrektyw

warunki

tryb asemblacji

segmenty

Przykłady dyrektyw

segmenty cd

Przykłady dyrektyw

przypisanie

konsolidacja

Przykłady dyrektyw

Przykłady dyrektyw

dane

dane

Przykłady dyrektyw

makro

Przykłady dyrektyw

błędy

wydruk

Przykłady dyrektyw

kody

Asemblacja warunkowa

• Polecenia sterujące asemblacją (wykonywane w

czasie asemblacji)

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

– Jeden program – wiele wariantów



generacja

innego kodu w zależności od „otoczenia”

• np. pliku źródłowym zdefiniowano parametr=typ

procesora

Asemblacja warunkowa

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)

Makroinstrukcje

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 uwzględnieniem przen.

ENDM

; koniec makro

Przykład definicji makra

Makroinstrukcje

WRREC

RDREC

Np. 2-
krotne

wywołanie

Wywołanie makro a procedura

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

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

Problemy makro

• Instrukcje definiujące makro
• Zastępowanie parametrów
• Lokalność symboli
• Rozwinięcie 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

.

{
{

Zagnieżdżone makrodefinicje

Przetwarzanie makrodefinicji w trakcie rozwijania

ENDM

ENDM

ENDM

........

RDBUFF

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

WRBUFF

........

MACROS MACRO

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

– jeżeli kopiowałby tekst źródłowy

bez zmian symbole w tekście makrodefinicji

nie

byłyby lokalne

• Symbole lokalne

- makroprocesor nadaje unikalne

nazwy w czasie wstawiania tekstu makrodefinicji do
programu

– Np.

STRG MACRO

X1 EQU 10H

STRG_1_X1 EQU 10H

„Makro” - wywołania powtarzane

Dyrektywy

FOR, REPEAT, WHILE

Efekt użycia: skrócenie tekstu programu:

FOR

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

tekst makro

ENDM

REPEAT

wyrażenie

tekst makro

ENDM

Powtórz makro „wartość
wyrażenia” razy

Parametr w tekście – zastąpiony
kolejnym argumentem z listy

„Makro” - wywołania powtarzane

Dyrektywy

FOR, REPEAT, WHILE

Efekt użycia: skrócenie tekstu programu:

WHILE

wyrażenie

tekst makro

ENDM

Powtarzaj tekst makro kiedy wyrażenie
= TRUE (modyfikacja w makro!)

Makroprocesory

• Jednoprzejściowe

– Każde makro musi być zdefiniowane przed

użyciem jego wywołania

– Może podczas rozwijania makro przetwarzać

definicje

– dopuszczalne definicje zagnieżdżone

• Dwuprzejściowe

– Przejście 1: rozpoznaj makrodefinicje
– Przejście 2: rozpoznaj makrowywołania

Program źródłowy

Makro procesor

Asembler

Kod wynikowy

Makrodefinicje

Przetwarzanie makro

Definicja

„wklej”

Przetwarzanie programu

Program rozwinięty

•Rozpoznaj definicje

•Zachowaj definicje

•Rozpoznaj wywołania makro

•Rozwiń wywołania makro

W pierwszym

przejściu makroasembler tworzy

tablicę makr:

-

symbol

przypisany do makra (nazwa),

-

tekst makra

,

-

bieżący licznik użycia

w programie

-

argumenty

W tym samym

przejściu - po znalezieniu symbolu

makra, makroasembler

-

zastępuje ten symbol tekstem

odczytanym z tablicy,

- podstawia argumenty

Makroasembler

Makroprocesor jednoprzejściowy

• Wymaganie

– Każde makro musi być uprzednio zdefiniowane

• Działania makroprocesora przy analizie tekstu źródłowego

– 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 zagnieżdżona

!

macro

…

GETLINE

PROCESSLINE

GETLINE

Następny wiersz

PROCESSLINE

jest

makro

ARGTAB

NAMTAB

nazwa makro do
NAMTAB

Algorytm jednoprzejściowego makroprocesora

DEFINE

Kopiuj
definicję

makro z
pliku
źródłowego

EXPAND

Kopiuj
tekst

rozwinięcia,
substytucja

PROCESSLINE

jest

makrowywołanie

RDBUFF

DEFTAB

RDBUFF

makrodefinicja
do DEFTAB

WRBUFF

WRBUFF

makrodefinicja z
DEFTAB

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

PROGRAM

PROGRAM

0x0FCD0

?

?

0x0FFF123

0x0

0x024

W CZASIE WYKONYWANIA
PROGRAM MOŻE BYĆ
ZAŁADOWANY W DOWOLNE
MIEJSCE

PROGRAM

Ilustracja zagadnienia relokacji programu.

Relokowalność = cecha umożliwiająca
przemieszczanie programu w pamięci

Relokowalność

Relokowalność

Relokowalność posiada szereg korzystnych cech:

• zwiększa efektywność przygotowania

programu

• programy mogą być przygotowywane w postaci

oddzielnych modułów (np. przez różnych

programistów, w tym samym czasie);

• daje

możliwość użycia zasobów źródłowych

• do programu można włączyć moduły, które

zostały uprzednio przygotowane

• umożliwia wieloprogramową pracę

systemu

komputerowego

• program może być załadowany w dostępne

miejsce w pamięci.

Wiersz źródłowy

Załadowany od 0000H

Załadowany od 0A00H

LJMP START

0000: 02

0A00: 02

0001: 01

0A01: 0B

0002: 00

0A02: 00

START: CPL LED

0100: B2

0B00: B2

0101: 97

0B01: 97

MOV A,#10

0102: 74

0B02: 74

0103: 0A

0B03: 0A

LCALL DELAY

0104: 12

0B04: 12

0105: 01

0B05: 0B

0106: 09

0B06: 09

SJMP START

0107: 80

0B07: 80

0108: F7

0B08: F7

DELAY:MOV R0,#0FFH

0109: 78

0B09: 78

010A: FF

0B0A: FF

LOOP:DJNZ R0,LOOP

010B: D8

0B0B: D8

010C: FE

0B0C: FE

DJNZ ACC,DELAY

010D: D5

0B0D: D5

010E: E0

0B0E: E0

010F: F9

0B0F: F9

RET

0110: 22

0B10: 22

Relokowalność. Problem wyrażeń

•

Wyrażenia można sklasyfikować jako

b

ezwzględne

or

względne

– MAXLEN

EQU

BUFEND-BUFFER

– BUFEND i BUFFER są wielkościami względnymi, reprezentującymi

adresy w programie

– jednakże wyrażenia BUFEND-BUFFER reprezentuje wyrażenie

bezwzględne

•

Gdy wielkości

względne

są

sparowane z przeciwnymi znakami

,

zależność

od wartości adresu początkowego programu jest zniesiona; wynik na
wartość bezwzględną.

Symbol

Type

Value

RETADR

R

30

BUFFER

R

36

BUFEND

R

1036

MAXLEN

A

1000

•W ogólności dla określenia typu

wyrażenia

: przeanalizować typy symboli w

programie

•Mnożenie i dzielenie wielkości

względnych jest niedopuszczalne

Kody instrukcji

wymagają modyfikacji

za wyjątkiem

instrukcji:

• z adresowaniem natychmiastowym
• względnym (względem PC, rej. bazowego)
• rejestrowym
• bezargumentowych

W instrukcjach

modyfikacji

wymagają

wszystkie

wartości obliczone przez asembler na podstawie
adresów:

- lokalizacje etykiet

-

wartości wyrażeń

Realizacja relokowalności

D

wie możliwości realizacji relokacji:

1. dodawanie

do adresów odpowiedniej wartości

bazowej przez procesor w trakcie wykonywania
programu (

rejestr bazowy

)

Realizacja relokowalności

– Procesor musi posiadać rejestr bazowy
– Jeżeli procesor posiada rejestr limitu segmentu –

możliwość ochrony programu

– Prosta realizacja relokacji;

program

przetłumaczony z adresami względem domyślnej

lokalizacji początku programu

D

wie możliwości realizacji relokacji (cd):

2.

modyfikacja adresów

w trakcie ładowania bądź

konsolidacji programu

Kooperacja asemblera i loadera (linkera)



plik wynikowy

Realizacja relokowalności

-

Wykonywana przez odrębny program np. w czasie

rzeczywistym w trakcie ładowania

- Wymaga odpowiedniej informacji w pliku wynikowym
– Maszyny z segmentacją – modyfikacja wartości

rejestrów segmentowych; w segmencie adresacja

względna

– Uwaga! Modyfikacja nie może dotyczyć adresów

lokalizacji poza danym procesem

• Wektory przerwań
• Zasoby systemowe

-asemblery absolutne

asembler absolutny przypisuje bajtom kodu
maszynowego adresy absolutne (bezwzględne)

- asemblery relokowalne

- tłumaczenie z założeniem domyślnej lokalizacji
- wynikowe adresy poszczególnych bajtów traktowane
jako nieostateczne.
- ostateczne adresy bezwzględne zostaną określone w
późniejszym etapie przetwarzania programu przez
loader lub linker (konsolidator).

Relokowalność

Mechanizm umożliwiający relokowalność -

plik wynikowy

Produktem asemblera



plik wynikowy

-

umożliwia wielokrotne

załadowanie raz przetłumaczonego programu (loader); wyjątek
asemblery typu

„przetłumacz-i-załaduj”.

Plik wynikowy zwykle



kod wykonywalny (in. maszynowy), lecz

postać pośrednia

- np. + instrukcje dla loadera jak

załadować program

Format kodu wynikowego

zależy od tego, jak dalece ma być on

przetwarzany przed ostatecznym

załadowaniem programu do

pamięci.

-

przemieszczanie programu

- konsolidacja z innymi

modułami

loadable
linkable
executable

Asembler

Asembler

Linker

(konsolidator)

Konwerter

pliku

wynikowego

Konwenter listingu

PROM

programator

Emulator

sprzętowy

Zintegrowany

debuger

Pakiet

asemblera

Plik listingu z
wartościami
absolutnymi

Plik w
formacie
HEX

Plik tablicy
symboli

Plik
wynikowy

Plik
biblioteczny

Plik ładowalny

Debugger

Elementy mechanizmu umożliwiającego relokowalność i modułowość

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 źródłowego, data utworzenia

•Kod wynikowy

: instrukcje binarne i dane utworzone przez kompilator

lub asembler

•Informacja relokacyjna

:

lista pozycji w kodzie wynikowym, które

muszą podlegać relokacji

•Informacja dla debuggingu

:

informacje nieużyteczne dla loadera lecz

potrzebne dla debuggera (np. symbole lokalne, n-ry wierszy itp..)

Niektóre formaty pliku wynikowego zawierają dodatkowe informacje.

Wystarczający 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...

Formaty plików wynikowych cd.

Przykład budowy a.out UNIX’a

Formaty plików wynikowych cd.

Formaty plików wynikowych (a.out)

Ładowanie programu do
pamięci

Relokowalność. Format pliku wynikowego

Format MS-DOS

.EXE

adresy

segment:offset

po nagłówku: kod

programu

Relokowalność. Rola loadera

Zwykle ostatni etap relokacji realizuje loader

• Wszystkie pozycje, których adresy umieszczone są po

nagłówku pliku wynikowego podlegają przetworzeniu

– Do wartości pozycji

dodawane jest przesunięcie

wynikające z relokacji

Przykład: ładowanie pliku .exe

• przeczytaj nagłówek (sprawdź typ pliku)
• sprawdź ilość dostępnej pamięci (minalloc/ maxalloc)
• utwórz PSP (obszar z parametrami z linii rozkazowej)
• załaduj program zaraz za PSP (nblocks/lastsize)
• dla każdej relocpos dodaj adres bazowy do nr-u

segment we wskaźniku

• dla każdego tak otrzymanego adresu: dodaj adres

bazowy do wskazanej zawart. Pamięci

• ustaw SP na sp (po relokacji)
• skocz od adresu = ip+relokacja (start programu)