एआरएम असेंबलर

सभी को नमस्कार!
मैं व्यवसाय से जावा प्रोग्रामर हूं। पिछले महीनों के काम ने मुझे एंड्रॉइड एनडीके के लिए विकास से परिचित होने के लिए मजबूर किया और, तदनुसार, सी में देशी अनुप्रयोगों को लिखना। फिर मुझे लिनक्स पुस्तकालयों के अनुकूलन की समस्या का सामना करना पड़ा। कई एआरएम के लिए पूरी तरह से अनुकूलित नहीं थे और प्रोसेसर को बहुत अधिक लोड करते थे। पहले, मैंने व्यावहारिक रूप से कोडांतरक में कार्यक्रम नहीं किया था, इसलिए पहले तो इस भाषा को सीखना शुरू करना मुश्किल था, लेकिन फिर भी मैंने इसे आज़माने का फैसला किया। यह लेख लिखा है, इसलिए बोलने के लिए, एक शुरुआत से शुरुआत तक। मैं उन मूल बातों का वर्णन करने की कोशिश करूंगा जो मैंने पहले ही सीखे हैं, मुझे उम्मीद है कि किसी को इसमें दिलचस्पी होगी। इसके अलावा, मुझे पेशेवरों से रचनात्मक आलोचना करने में खुशी होगी।

परिचय

तो, शुरुआत के लिए, आइए जानें कि एआरएम क्या है। विकिपीडिया निम्नलिखित परिभाषा देता है:

एआरएम आर्किटेक्चर (एडवांस्ड आरआईएससी मशीन, एकोर्न आरआईएससी मशीन, एडवांस्ड आरआईएससी मशीन) - एआरएम लिमिटेड द्वारा विकसित लाइसेंस प्राप्त 32-बिट और 64-बिट माइक्रोप्रोसेसर कोर का परिवार। कंपनी विशेष रूप से उनके लिए गुठली और उपकरणों के विकास में लगी हुई है (कंपाइलर, डिबगिंग उपकरण, आदि), तीसरे पक्ष के निर्माताओं को लाइसेंसिंग वास्तुकला पर पैसा कमा रही है।

यदि किसी को पता नहीं है, तो अब ज्यादातर मोबाइल डिवाइस और टैबलेट विशेष रूप से इस प्रोसेसर वास्तुकला के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इस परिवार का मुख्य लाभ इसकी कम बिजली की खपत है, यही वजह है कि इसका उपयोग अक्सर विभिन्न एम्बेडेड सिस्टम में किया जाता है। समय के साथ वास्तुकला विकसित हुई और ARMv7 से शुरू होकर 3 प्रोफाइलों को परिभाषित किया गया: 'ए' (एप्लिकेशन) - एप्लीकेशन, 'आर' (वास्तविक समय) - वास्तविक समय में, 'एम' (माइक्रोकंट्रोलर) - माइक्रोकंट्रोलर। आप इस तकनीक के विकास का इतिहास और अन्य दिलचस्प डेटा इंटरनेट पर विकिपीडिया या गूगल पर पढ़ सकते हैं। एआरएम ऑपरेशन के विभिन्न तरीकों (थम्ब और एआरएम का समर्थन करता है, इसके अलावा, थम्ब -2 हाल ही में सामने आया है, जो एआरएम और थम्ब का मिश्रण है)। इस लेख में, हम वास्तविक एआरएम मोड पर विचार करेंगे, जिसमें 32-बिट अनुदेश सेट निष्पादित किया गया है।

प्रत्येक एआरएम प्रोसेसर निम्नलिखित ब्लॉकों से बनाया गया है:

• 37 रजिस्टर (जिनमें से केवल 17 विकास के दौरान दिखाई दे रहे हैं)
• अंकगणित-तार्किक उपकरण (ALU) - अंकगणित और तार्किक कार्य करता है
• बैरल शिफ्टर - एक डिवाइस जिसे एक निश्चित संख्या में बिट्स द्वारा डेटा ब्लॉक को स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है
• CP15 - ARM कोप्रोसेसर को नियंत्रित करने वाली एक विशेष प्रणाली
• निर्देश डिकोडर - निर्देशों को सूक्ष्म-संचालन के अनुक्रम में परिवर्तित करता है

ये एआरएम के सभी घटक नहीं हैं, लेकिन प्रोसेसर के निर्माण के क्षेत्र में गहरा होना इस लेख के विषय में शामिल नहीं है।

पाइपलाइन का निष्पादन

एआरएम प्रोसेसर एक 3-चरण पाइपलाइन का उपयोग करते हैं (एआरएम 8 से शुरू होकर, 5-चरण पाइपलाइन लागू किया गया था)। उदाहरण के रूप में ARM7TDMI प्रोसेसर का उपयोग करके एक साधारण पाइपलाइन पर विचार करें। प्रत्येक निर्देश के निष्पादन में तीन चरण होते हैं:

1. नमूना चरण (एफ)
इस बिंदु पर, निर्देश रैम से प्रोसेसर पाइपलाइन तक आते हैं।
2. डिकोडिंग स्टेप (D)
निर्देश डिकोड किए जाते हैं और उनके प्रकार को पहचाना जाता है।
3. निष्पादन की अवस्था (E)
डेटा को ALU में भेजा जाता है और निष्पादित किया जाता है, और परिणामी मान निर्दिष्ट रजिस्टर पर लिखा जाता है।

लेकिन विकसित करते समय, आपको यह विचार करने की आवश्यकता है कि ऐसे निर्देश हैं जो कई निष्पादन चक्रों का उपयोग करते हैं, उदाहरण के लिए, लोड (LDR) या स्टोर। इस मामले में, निष्पादन चरण (ई) चरणों (ई 1, ई 2, ई 3 ...) में विभाजित है।

सशर्त निष्पादन

एआरएम असेंबलर के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक सशर्त निष्पादन है। प्रत्येक निर्देश को सशर्त रूप से निष्पादित किया जा सकता है और इसके लिए प्रत्यय का उपयोग किया जाता है। यदि निर्देश के नाम में प्रत्यय जोड़ा जाता है, तो इसे निष्पादित करने से पहले, मापदंडों की जांच की जाती है। यदि पैरामीटर शर्त को पूरा नहीं करते हैं, तो निर्देश निष्पादित नहीं किया जाता है। प्रत्यय:
एमआई एक नकारात्मक संख्या है
पीएल - सकारात्मक या शून्य
AL - हमेशा निर्देशों का पालन करें
सशर्त निष्पादन प्रत्यय बहुत बड़ा है। बाकी सभी प्रत्यय और उदाहरण आधिकारिक दस्तावेज में पढ़े गए हैं: एआरएम प्रलेखन
और अब विचार करने का समय है ...

एआरएम असेंबलर सिंटैक्स मूल बातें

जो लोग कोडांतरक के साथ काम करते थे वे इस बिंदु को छोड़ सकते हैं। बाकी सभी के लिए, मैं इस भाषा के साथ काम करने की मूल बातों का वर्णन करूंगा। इसलिए, प्रत्येक कोडांतरक कार्यक्रम में निर्देश होते हैं। निर्देश इस तरह से बनाया गया है:
{लेबल} {निर्देश | ऑपरेंड्स} {@ टिप्पणी}
लेबल एक वैकल्पिक पैरामीटर है। निर्देश सीधे प्रोसेसर के लिए निर्देश का ज्ञान है। बुनियादी निर्देशों और उनके उपयोग पर बाद में चर्चा की जाएगी। संचालन - स्थिरांक, पते, राम में पते दर्ज करें। टिप्पणी एक वैकल्पिक पैरामीटर है जो प्रोग्राम निष्पादन को प्रभावित नहीं करता है।

नाम पंजीकृत करें

निम्नलिखित रजिस्टर नामों की अनुमति है:
1.r0-R15

2.a1-ए 4

3.v1-v8 (चर रजिस्टर, r4 से r11)

4. एसबी और एसबी (स्थिर रजिस्टर, आर 9)

5. एसएल और एसएल (आर 10)

6. एफपी और एफपी (आर 11)

7.आईपी और आईपी (आर 12)

8. एसपी और एसपी (आर 13)

9. एलआर और एलआर (आर 14)

10. पीसी और पीसी (सॉफ्टवेयर काउंटर, आर 15)।

चर और लागत

एआरएम असेंबलर में, किसी भी (व्यावहारिक रूप से) अन्य प्रोग्रामिंग भाषा की तरह, चर और स्थिरांक का उपयोग किया जा सकता है। उन्हें निम्न प्रकारों में विभाजित किया गया है:

• संख्यात्मक
• पहेली
• तार

न्यूमेरिक वैरिएबल्स को इस प्रकार शुरू किया गया है:
एक SETA 100; एक संख्यात्मक चर "a" 100 के मान से बनाया गया है।
स्ट्रिंग चर:
अनुचित एसईटीएस "शाब्दिक"; एक अनुचित चर "शाब्दिक" के मूल्य के साथ बनाया गया है। चेतावनी! चर का मान 5120 वर्णों से अधिक नहीं हो सकता।
बूलियन चर क्रमशः TRUE और FALSE का उपयोग करते हैं।

एआरएम कोडांतरक निर्देशों के उदाहरण

इस तालिका में, मैंने उन बुनियादी निर्देशों को एकत्र किया है जो आगे के विकास के लिए आवश्यक होंगे (सबसे बुनियादी चरण में :):

नाम	वाक्य-विन्यास	आवेदन
जोड़ें (जोड़ें)	ADD r0, r1, r2	r0 = r1 + r2
सब (घटाव)	SUB r0, r1, r2	r0 = r1 - r2
RSB (वापस घटाव)	RSB r0, r1, # 10	r0 = 10 - r1
बहु (गुणन)	MUL r0, r1, r2	r0 = r1 * r2
MOV	चाल r0, r1	r0 = r1
ORR (तार्किक संचालन)	ORR r0, r1, r2	r0 = r1 | r2
TEQ	TEQ r0, r1	r0 == r1
LDR (डाउनलोड)	LDR r4, [r5]	r4 = * r5
एसटीआर	एसटीआर आर 4, [आर 5]	* r5 = r4
एडीआर	एडीआर आर 3, ए	एक चर है। r3 = & a

बुनियादी निर्देशों के उपयोग को मजबूत करने के लिए, आइए कुछ सरल उदाहरण लिखते हैं, लेकिन पहले हमें एक आर्म टूलचैन की आवश्यकता होती है। मैं लिनक्स पर काम करता हूं इसलिए मैंने चुना: frank.harvard.edu/~coldwell/toolchain (हाथ-अज्ञात-लिनक्स-ग्नू टूलचैन )। यह किसी भी अन्य लिनक्स प्रोग्राम की तरह ही सरल है। मेरे मामले में (रूसी फेडोरा) साइट से आरपीएम पैकेज स्थापित करना केवल आवश्यक था।
अब एक साधारण उदाहरण लिखने का समय आ गया है। कार्यक्रम बिल्कुल बेकार होगा, लेकिन मुख्य बात यह है कि काम करेगा :) यहां वह कोड है जो मैं आपको प्रदान करता हूं:

start: @  ,    mov r0, #3 @    r0  3 mov r1, #2 @      r1,     2 add r2, r1, r0 @   r0  r1,    r2 mul r3, r1, r0 @    r1    r0,    r3 stop: b stop @    

हम .bin फ़ाइल प्राप्त करने से पहले कार्यक्रम को संकलित करते हैं:

 /usr/arm/bin/arm-unknown-linux-gnu-as -o arm.o arm.s /usr/arm/bin/arm-unknown-linux-gnu-ld -Ttext=0x0 -o arm.elf arm.o /usr/arm/bin/arm-unknown-linux-gnu-objcopy -O binary arm.elf arm.bin 

(कोड arm.s फ़ाइल में है, और टूलचैन मेरे मामले में / usr / arm / bin / निर्देशिका में है)
यदि सब कुछ ठीक रहा, तो आपके पास 3 फाइलें होंगी: arm.s (कोड ही), arm.o, arm.elf, arm.bin (खुद निष्पादन योग्य कार्यक्रम)। कार्यक्रम के संचालन की जांच करने के लिए आपका स्वयं का हाथ डिवाइस होना आवश्यक नहीं है। बस QEMU स्थापित करें। संदर्भ के लिए:

QEMU विभिन्न प्लेटफार्मों के हार्डवेयर का अनुकरण करने के लिए एक स्वतंत्र, खुला स्रोत कार्यक्रम है।

इंटेल x86 प्रोसेसर और इनपुट / आउटपुट डिवाइस का अनुकरण शामिल है। 80386, 80486, पेंटियम, पेंटियम प्रो, एएमडी 64 और अन्य x86- संगत प्रोसेसर का अनुकरण कर सकते हैं; PowerPC, ARM, MIPS, SPARC, SPARC64, m68k - केवल आंशिक रूप से।

यह Syllable, FreeBSD, FreeDOS, Linux, Windows 9x, Windows 2000, Mac OS X, QNX, Android, आदि पर काम करता है।

तो, हाथ का अनुकरण करने के लिए आपको qemu-system-arm की आवश्यकता होगी। यह पैकेज यम में है, इसलिए जिनके पास फेडोरा है, आप परेशान नहीं हो सकते हैं और सिर्फ कमांड चला सकते हैं:
yum qemu-system-arm स्थापित करें

अगला, आपको एआरएम एमुलेटर चलाने की आवश्यकता है, ताकि यह हमारे प्रोग्राम आर्म.बिन को चलाए। ऐसा करने के लिए, एक फ़ाइल flash.bin बनाएँ, जो QEMU के लिए फ़्लैश मेमोरी होगी। यह करना बहुत आसान है:

 dd if=/dev/zero of=flash.bin bs=4096 count=4096 dd if=arm.bin of=flash.bin bs=4096 conv=notrunc 

अब प्राप्त फ़्लैश मेमोरी के साथ QEMU लोड करें:

 qemu-system-arm -M connex -pflash flash.bin -nographic -serial /dev/null 

आउटपुट पर, आपको कुछ इस तरह मिलेगा:

[anton @ localhost ~] $ qemu-system-arm -M Conex -pflash Flash.bin -nographic -serial / dev / null
QEMU 0.15.1 मॉनिटर - अधिक जानकारी के लिए 'सहायता' टाइप करें
(QEMU)

हमारे कार्यक्रम arm.bin को चार रजिस्टरों के मूल्यों को बदलना चाहिए था, इसलिए, सही संचालन की जांच करने के लिए, आइए इन रजिस्टरों को देखें। यह एक बहुत ही सरल कमांड के साथ किया जाता है: जानकारी रजिस्टर
आउटपुट पर आप सभी 15 एआरएम रजिस्टर देखेंगे, और उनमें से चार में मूल्य बदल दिए जाएंगे। चेक :) रजिस्टर मान उन लोगों के साथ मेल खाता है जिन्हें कार्यक्रम के निष्पादन के बाद उम्मीद की जा सकती है:

 (qemu) info registers R00=00000003 R01=00000002 R02=00000005 R03=00000006 R04=00000000 R05=00000000 R06=00000000 R07=00000000 R08=00000000 R09=00000000 R10=00000000 R11=00000000 R12=00000000 R13=00000000 R14=00000000 R15=00000010 PSR=400001d3 -Z-- A svc32 

PS इस लेख में मैंने ARM असेंबलर में प्रोग्रामिंग की मूल बातें बताने की कोशिश की। मुझे आशा है कि आपको यह पसंद आया होगा! यह इस भाषा के जंगल में और आगे बढ़ने और उस पर कार्यक्रम लिखने के लिए पर्याप्त है। अगर सब कुछ ठीक हो जाता है, तो मैं आगे लिखूंगा कि मुझे क्या पता है। यदि त्रुटियाँ हैं, तो कृपया किक न करें, क्योंकि मैं कोडांतरक के लिए नया हूँ।