CPU - Programování

Od assembly k operačním systémům

Alexandr Pleskot (4.K 2024/25) ve spolupráci s Danem Bulantem v rámci svého maturitního projektu vypracoval článek, který pojednává o assembly, vztahu k C a operačnímu systému. Je to hezký úvod do programování v assembly, a následně přehled o tom, co je potřeba, aby na procesoru mohl bežet operační systém, což už je mimo obsah tohoto předmětu (my se spokojíme s tzv. "baremetal" mikrokontrolerem).

Od assembly k operačním systémům

Customasm

Velmi zkrácená dokumentace pro customasm...

Pro vaše CPU budete muset vytvořit example program. Velmi doporučuji webovou aplikaci customasm

• git - https://github.com/hlorenzi/customasm
• web - https://hlorenzi.github.io/customasm/web/
• wiki - https://github.com/hlorenzi/customasm/wiki

Jelikož má customasm svou vlastní dokumentaci, tak tuhle část projdu velmi zkráceně...

Subruledef

První si nadefinujeme podpravidla (typy) jako například registry apod.

#subruledef register
{
    A => 0x0
    B => 0x1
    C => 0x2
    D => 0x3
}

Ruledef (instrukce)

Zde nadefinujeme instrukce, viz. příkladná mv instrukce. Dejme tomu, že opcode pro mov instrukci je 1001 a šířka instrukcí je 16 bitů.

#ruledef
{
    mv {src: register},{dst: register} => 0b1001 @ src`4 @ dst`4 @ 0x0
}

• mv - název instrukce
• {src: register} - název parametru a typ, zde typ definovaný v subruledef register
• , - separátor
• {dst: register} - druhý argument dst
• => - operátor přepiš jako
• 0b1001 - 0b znamená zapsáno v bitech a 1001 je opcode instrukce
• @ - používá se jako separátor
• src`4 - argument src zakóduj jako 4 bitový
• dst`4 - stejné
• 0x0 - 0x hexdecimální zápis čísla 0, pro doplnění do 16 bitů (naše šířka instrukce)

Dobré podotknout, že jako typ zde používám pouze register, ale velmi často použijete i další typy a to:

• uXX - unsigned hodnoty
• sXX - signed hodnoty
• iXX - signed nebo unsigned hodnoty

Programování

Typicky začnete program s start. Velmi doporučuji psát komentáře pomocí ;

start:
    ; přesune hodnotu z registru C do registru D
    mv C,D

Celý example vypadá takhle:

#subruledef register
{
    A => 0x0
    B => 0x1
    C => 0x2
    D => 0x3
}

#ruledef
{
    mv {src: register},{dst: register} => 0b1001 @ src`4 @ dst`4 @ 0x0
}

start:
    ; přesune hodnotu z registru C do registru D
    mv C,D

Export do logisimu

• Output Format: LogiSim 8-bit nebo Output Format: LogiSim 16-bit podle šířky paměti
• Assemble (Ctrl+Enter) >>
• Zkopírujte výstup a uložte do .txt souboru
• Klikněte na vaši Memory/ROM komponentu v logisimu
• Klikněte u vlastnosti Contents na (click to edit)
• Open a vyberte soubor, kde jste si uložili výstup customasm