Wyklad03

Wykład 3

Relokacja. Makrodefinicje.

Plik wynikowy

Produktem asemblera -> plik wynikowy - umożliwia wielokrotne załadowanie raz przetłumaczonego programu (ioader); wyjątek asemblery typu „przetłumacz-i-załaduj”.

Plik wynikowy zwykle * kod wykonywalny (in. maszynowy), lecz postać pośrednia

- 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

Główne składowe i główne operacje asemblera

Plik wynikowy

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

•Symbole: globalne symbole zdefiniowane w danym module, symbole importowane z innych modułów, symbole zdefiniowane przez linker •Informacja dla debuggingu: informacje nieużyteczne dla loadera lecz potrzebne dla debuggera (np. symbole lokalne, nry wierszy itp..)

Niektóre formaty pliku wynikowego zawierają dodatkowe informacje.

Wystarczający dla załadowania format obejmuje binarny kod wynikowy.

0000 0001 0002 0100 0101 0102 0103 0104 0105 0106 0107 0108 0109 010A 01 OB 01OC 010D 010E 010F 0110	02 01 00 B2 97 74 0A 12 01 09 80 F7 78 FF D8 FE D5 E0 F9 22
			np. MS-DOS .com (rozmieszczenie i start zawsze od tego samego adresu 0100H)
			1

Przykład prostego formatu pliku wynikowego.

Madonn L&hguag*

Rozwój asemblera Assemblei Langu og>?

At^duto Assomblor

Intel Hex Codę :030000 00020100FA

:10010000B297740A12010980F778FFD8FED5E0F99A

:0101100022CC

:00000001FF

Opis pierwszej linii piiku .HEX (intei Hex Codę)

: 03 0000 00 02 01 00 FA

| | | | | | |_ suma kontrolna

I I I I I I

| | | |_|_|_bajty kodu maszynowego (3)

I I I

I I I_typ

I I

| |_adres rozmieszczenia pierwszego bajtu

I

|_liczba bajtów kodu maszynowego

Przykładowy format heksadecymalny Intela pliku wynikowego.

Directiv*s

Relneallon

Bila

ł

Esternal

Relocatable

Routinas

ł

Rdoca.tfl.ble Assc-mbler and Loador

Llnking Loador - Macios -

I

it lonal Aflsombly

External

Routincs

t

Absolut* Assomblor with

Libr ary Routines

Ma ero As&einbler

Full-Fo&ture. Reloeatsbl* Maero As-sembler, willi Cond11 lonal Asac-mbly

Zagnieżdżone makrodefinicje

Przetwarzanie makrodefinicji w trakcie rozwijania

	' 1 r^2	MACROS RDBUFF	MACKO MACRO	{Defines SIC standard version macros) &INDEV, &BUFADR, &RECLTH
				{SIC standard version)
	3 r 4	WRBUFF	ENDM MACRO	{End of RDBUFF} &OUTDEV, &BUFADR, &RECLTH
				(SIC standard version}
	5		ENDM	{End of WRBUFF}
6			ENDM	{End of MACROS}

• Substytucja argumentów makro

-    wg. listy

STRG DATA1, DATA2

-    wg. przypisania

STRG SRC=DATA1, DST=DATA2

•    Podstawowy asembler - brak symboli lokalnych;

•    Makroasembler - zwykle kopiuje tekst źródłowy bez zmian symbole w tekście makrodefinicji nie są lokalne. —> Odrębne polecenie (LOCAL) dla określenia symboli lokalnych.

-    Makroprocesor nadaje unikalne nazwy w czasie wstawiania tekstu makrodefinicji do programu

-    Np. STRG MACRO

X1 EQU 10H -► STRG_1_X1 EQU 10H

Wywołania powtarzane

Skrócenie tekstu programu:

- dyrektywa FOR

Parametr w tekście - zastąpiony kolejnym argumentem z listy

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

tekst makro

ENDM

- dyrektywa REPEAT

Powtórz makro „wartość wyrażenia” razy

REPEAT wyrażenie tekst makro ENDM

- dyrektywa WHILE

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

WHILE wyrażenie tekst makro ENDM

Przetwarzanie programy

Program źródłowy

Przetwarzanie makro

Makro pno.,

Program rozwinięty

Definicja

„wklej''

Makrodefinicje

“Rozpoznaj definicje “Zachowaj definicje “Rozpoznaj wywołania makro °Rozwiń wywołania makro

Asembler

i

Kod wynikowy

Makroprocesor jednoprzejściowy

•    Wymaganie

-    Każde makro musi być uprzednio zdefiniowane

•    Działania makroprocesora przy analizie tekstu źródłowego

-    makrodefinicja: DEFINE

-    wywołanie makro: EXPAND

° DEFTAB : tablica definicji, tekst makro,

° NAMTAB : tablica nazw, indeks do DEFTAB,

ARGTAB

NAMTAB

DEFTAB

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

Algorytm jednoprzejściowego makroprocesora

EXPAND

Kopiuj

tekst

rozwinięcia,

substytucja

nazwa makro do ja do NAMTAB    DEFTAB

Funkcje dyrektyw

Funkcje dyrektyw

☆

☆

★

★

Etykieta	Dyrektywa	Operand	Komentarz
Symbol	SEGMENT	Parametry	Definicja segmentu; segmenty o wspólnej nazwie łączone;
Symbol	ENDS	Brak	Koniec segmentu
Brak	ASSUME	Rej.Segminazwa	Inf. dla asemblera którego segmentu dotyczy adres zawarty w „Rej.Segm"
Opcjonalna	GROUP	Lista segmentów	Złącz wymienione segmenty w jeden moduł
Symbol	EQU	Wyrażenie	Przypisanie symbolowi jego wartości (wartości mogą być względne lub bezwzględne)
Symbol	MAX (MIN)	Lista wyrażeń	SymboL-max (min) z listy
Symbol	SET	Wyrażenie	SymboU-wyrażenie (ten sam symbol można definiować wielokrotnie za pomocą SET)
Brak	USING	Nazwa	Wskazanie aktywnego rejestru bazowego
Brak	EXTRN	Lista symboli	Symbole zdefiniowane poza bieżącym programem
Brak	ENTRY	Lista symboli	Symbole wskazują punkty wejścia do programu (wywoływane z innego programu)

Etykieta	Dyrektywa	Operand	Komentarz
Opcjonalna	ASCII	Łańcuch znaków	Pole znaków
Opcjonalna	DB (DW, DD, DQ, DJ)	Łańcuch wyrażeń	Utwórz pole bą|tów (słów, podwójnych-, poczwórnych słów, 10-tek bajtów) zainicjalizowane wartościami wyrażeń
Opcjonalna	DATA	Lista stałych lub symboli	Utwórz pole zainicjalizowane danymi z listy
Opcjon.	DEC	Lista stałych dziesiętnych	Utwórz pole zainicjalizowane stałymi dziesiętnymi z listy
Brak	LITORG i	Wyrażenie	Początek pola literałów
Symbol	RECORD j	Polel :dlug,Pole2:dfug,..	Definicja struktury danych
Symbol	STRUĆ	Brak	Początek definicji struktury; zakończenie dyrektywą ENDS
Symbol	MACRO	Lista parametrów	Początek makrodefinicji
Brak	ENDM	Brak	Zakończenie makrodefinicji
Brak	IF |	Warunek, wyrażenie	Polecenie asemblacjl warunkowej
Brak	EŃDIF !	brak	Koniec bloku asemblowanego warunkowo

Funkcje dyrektyw

Etykieta	Dyrektywa	Operand	Komentarz
Flaga	ERRxx	Wyrażenie	Asembler zasygnalizuje błąd, gdy jest spełniony warunek „xx” dotyczący wyrażenia
Brak	UST	ON lub OFF	(LIST/NOLIST) włącz/wyłącz wykonywanie listingu
Brak	%OUT	Łańcuch	(ECHO) używana do sygnalizacji postępu asemblacji
Brak	XREF	Łańcuch z opcjami	Dołącz do listingu tabelę odniesień
Liczba	DUP	Usta wyrażeń	Wielokrotna deklaracja wartości
Nazwa	OPDEF	Parametry	Początek wierszy definiujących „wirtualną” instrukcję (zakończenie-ENDM)
Nazwa	PURGEDEF	Brak	Usuń nazwę instrukcji z tabeli instrukcji
Mnemonik	OPSYN	Mnemonik	Nadaj mnemonikowi z pola etykiety znaczenie mnemonika z pola operandu

Relokacja programów

©

Funkcje dyrektyw

Identyfikacja programu	IDENT
sterowanie programem źródłowym	END, INCLUDE
identyfikacja maszyny	MACHINĘ, .286, PPU
sterowanie loadei^em	LCC
sterowanie trybem	ABS, .RADIX, CODĘ, QUAL
sterowanie blokami 1 LC	BEGIN, DS, EVEN, LIMIT, ODD, ORG, OVERLAY, USE
sterowanie segmentami	SEGMENT, ASSUME, GROUP
deflnlnlowanle (Inlcjallzacja) symboli	EQU, MAX, MIN, MICCNT, SET
definiowanie rejestru bazowego	USING, DROP
konsolidacja z podprogramami	CSECT, ENTRY, EXTRN

★

★

Funkcje dyrektyw

generacja danych	ASCII, DB, DW, DD, DQ, DT, DATA, DEC, DEF, DIS, LIT, LITORG, PACKED, RECORD, STRUĆ
sterowanie makroasemblacją	ENDM, IRP,MACRO, REMOVE, SYSLIST, SYSNDX
asemblacja warunkowa	AGO, AIF, ANOP, ELSE, ENDIF, GBLx, IF-ELSE-ENDIF, IFF, IFT, IIF, LCLx, SET
sterowanie reakcją na błędy	ERR, ERRxx
sterowanie listingiem	LIST, TITLE, XREF
definiowanie operacji	OPDEF, PURGDEF
zarządzanie tablicą kodów ML	OPSYN

Funkcje dyrektyw

Etykieta	Dyrektywa	Operand	Komentarz
Brak	END	Wyrażenie adresowe	Wskazuje koniec programu. Operand ■ adres startowy programu
Brak	INCLUDE	Nazwa pliku	Włącz tekst z pliku do programu źródłowego
Brak	.486	Brak	WskazijJe program na procesor 80486
Brak	PPU	Łańcuch tekstowy	Identyfikuje peryferyjnąjednostkę przetwarzającą
Brak	LLC	Dyrektywa loader’a	Włącz dyrektywę I. do pliku wynikowego
Brak	ABS	Brak	Segment nlerelokowalny
Brak	REL	Brak	Segment relokowalny
Brak	.RADIX	B.O.D.H	Identyfikacja podstawy pozycyjnego systemu liczb
Brak	CODĘ	Znak	Wybór kodowania znaków
Brak	QUAL	Nazwa	Dodanie „nazwa” Jako przedrostka do nazw symboli (symbole lokalne)
Brak	USE	Nazwa LC	U żywą) LC o nazwie „nazwa”
Brak	BEGIN	Op1, Op2	Początek bloku Op1 ■ nazwa LC; op2 ■ adres startowy dla Op1
Brak	DS	Wyrażenie	Utwórz „x-wyraźenle” lokalizacji danych
Brak	ALIGN	wyrażenie	Rozmleić od adr.*"wlelokrotnoicl wyrażenia
Opcjon.	ORG	Wyrażenie	LC^Bwyrażenle

W pierwszym przejściu makroasembler tworzy dodatkową tablicę makr:

-    symbol przypisany do makra (nazwa),

-    tekst makra,

-    biożący 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

Problem makro

•    Kod źródłowy do przekopiowania

•    Zastępowanie parametrów

•    Lokainość symboli

•    Rozwinięcie warunkowe

•    Instrukcje definiujące makro

Procedura a wywołanie makro

Wywołanie procedury; użycie stosu

Ten sam tekst wielokrotnie

Main

Kopiowanie kodo - przykład

Udogodnienia asemlera - asemblacja warunkowa

- makrodefinicje

Asemblacja warunkowa

• Polecenia sterujące asemblacją (wykonywane w czasie semblacji)

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

-    Jeden program - wiele wariantów —> generacja innego kodu w zależności od „otoczenia"

• np. pliku źródłowym zdefiniowano parametr typ procesora Przykład:

Processor    =    803 86    ;Set to 8086 for 8086-only codę

if	Processor eq	80386
shl	ax, 4
else		;Must be 8086 processor
mov	cl, 4
shl	ax, cl
endif

Za wyjątkiem instrukcji:

•    z adresowaniem natychmiastowym

•    względnym (względem PC, rej. bazowego) kody pozostałych instrukcji wymagają modyfikacji

Wszystkie wartości obliczone przez asembler na podstawie adresów:

-    lokalizacje etykiet

-    wartości wyrażeń

Dwie możliwości realizacji relokowalności:

•    dodawanie do adresów odpowiedniej wartości bazowej przez procesor w trakcie wykonywania programu (rejestr bazowy)

•    modyfikacja adresów w trakcie ładowania bądź konsolidacji

programu    _

Kooperacja asemblera i loadera (linkera) -> plik wynikowy

Relokowalność. Wyrażenia

•    Wyrażenia można sklasyfikować jako bezwzględne 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 i	R	36
BUFEND	R	1036
MAXLEN j	A	1000

•W ogólności dla określenia typu wyrażenia: przeanalizować typy symboli w programie

•Mnożenie i dzielenie wielkości względnych jest niedopuszczalne

Makroinstrukcje

Makroinstrukcja - symbol, którymu 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)

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 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	; dodaj starsze bajty z uwzględnieniem przeniesienia
	ENDM	; koniec makro

Przykład definicji makra.

• dodawanie do adresów odpowiedniej wartości bazowej przez procesor w trakcie wykonywania programu (rejestr bazowy)

-    Procesor musi posiadać rejestr bazowy

-    Jeżeli procesor posiada rejestr limitu segmentu - możliwość ochrony programu

-    Prosta realizacja relokacji; program przetłumaczony z adresami względem początku programu

• modyfikacja adresów w trakcie ładowania bądź konsolidacji programu

-    Wykonywana przez odrębny program np. w czasie rzeczywistym w trakcie ładowania

-    Wymaga odpowiedniej informacji w pliku wynikowym

-    Maszyny z sementacją - modyfikacja wartości rejestrów segmentowych; w segmencie adresacja względna

-    Uwaga! Modyfikacja nie może dotyczyć adresów lokalizacji poza danym procesem

•    Wektory przerwań

•    Zasoby systemowe

Relokowalność. Format pliku wynikowego

Bąjty (hex) Znaczenie *—__
| 00-01 | |“MZ” Z ASCII. |	Format MS-DOS .EXE
| 02-03 | |L. bajtów używ. w ostatnim 512-bajtowym) bloku. |
| 04-05 | L. bloków (512 bajt.) składających się na program |
| 06-07 | L. pozycji relokowalnych zapisanych po nagłówku|
| 08-09 ||Liczba16-bajtowych paragrafów w nagłówku |
| 0A-0B | Min. dodatkowej pamięci (w 16 bajt. paragrafach) |
| 0C-0D ||Mak. dodatkowej pamięci (w 16 bajt. paragrafach)}	adresy segment: offset
| 0E-0F | |Wzgl. poł. segmentu stosu; inlcjallzacja SS ~/ |
| 10-11 | Początkowa wartość SP / |
| 12-13 | |Suma kontrolna / |
| 14-15 | iPoczątkowa wartość IP (instructlon panter). /[	po nagłówku: kod programu
| 16-17 | |Początk. wzgl. wartość CS / /
| 18-19 ||Przes. do pierw, relok. elementp^relpos) / |
| 1A-1B ||Numer nakładki (0 - prograrnfgłówny) / |
| reipos | |Pozycje relokowalne * / |

I    0x0    W CZASIE WYKONYWANIA

	0x0FCD0 ?
PROGRAM
	0x0FFF123 ^ ?
PROGRAM

PROGRAM

!    PROGRAM MOŻE BYĆ

ZAŁADOWANY W DOWOLNE L_ MIEJSCE

0x024

Relokowalność = cecha umożliwiająca przemieszczanie programu w pamięci

Ilustracja zagadnienia relokacji programu.

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.

-asemblery absolutne - asemblery relokowalne

Asembler absolutny przypisuje bajtom kodu maszynowego adresy absolutne (bezwzględne)

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

Wiersz źrói

iłowy

Załadi

Dwany o

id 0000H

Załad

owany c

)d 0A00H

LJMP

START

0000:

02

0A00:

02

0001:

01

0A01:

OB

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:

OA

LCALL

DELAY

0104:

12

0B04:

12

0105:

01

0B05:

OB

0106:

09

0B06:

09

SJMP

START

0107:

80

0B07:

80

0108:

F7

0B08:

F7

DELAY:MOV R0,#0FFH

0109:

78

BB09:

78

010A:

FF

OBOA:

FF

LOOP:DJNZRO,1

LOOP

01 OB:

D8

OBOB:

D8

010C:

FE

OBOC:

FE

DJNZ ACC

DELAY

010D:

D5

OBOD:

D5

010E:

E0

OBOE:

EO

010F:

F9

OBOF:

F9

RET

0110:

22

0B10:

22

_______

___