HaDes XP - Assembler und Linker

HOAsm, der HaDes Object Assembler

Eingabeformat

Das HaDes Object Assembler Format interpretiert jede Eingabedatei als eine Ansammlung von Linker-Symbolen, die als Plain Text geschrieben sind - also Dezimal- bzw. Hexadezimalwerte für Datensymbole (entsprechend globalen Variablen) und Assemblertext für Codesymbole (entsprechend Funktionen).

Die Eingabedatei wird assembliert und der erzeugte Objektcode in HaDes Objects (HO-Datei) abgelegt.

Überblick

Die Struktur einer HOA-Datei lässt sich leicht an einem Beispiel zeigen, das alle wichtigen Syntaxelemente enthält. Alle Befehle des HaDes Befehlssatzes können hierbei verwendet werden. Die Eingabe des Assemblercodes wird durch die bequemen Makros und sonstige Komfortfunktionen erleichtert.

; Dies ist ein Kommentar
/* Aber auch  
   mehrzeilige C- */
// und C++-Kommentare sind erlaubt.  
 
@inc "incl.hoa"         ; fügt allen Code aus incl.hoa hier ein
 
@def sp "r3"            ; ersetzt ab sofort @sp durch r3
 
@mac rem {              ; definiert das Makro rem
  div @1, @2, @3        ; (Aufruf durch @call rem)
  mod @1                ; das durch den Code zwischen den
@}                      ; geschweiften Klammern ersetzt wird,
                        ; wobei Parameter @1 ... @9 eingesetzt werden.
 
@data my_var_name {     ; Erzeugt ein Datensymbol (Größe in  
  #1,                   ; Words = Anzahl der Werte)
  #12h,                 ; #12h und #0x12 sind beide der Wert 12(hex)
  #0x12,                ; und damit 18(dezimal).
  #-12                  ; Negative Zahlen sind erlaubt.  
@}
 
@code my_func_name {    ; Erzeugt ein Codesymbol (= Funktion)
  @ldef temp "r5"       ; Lokale Definition innerhalb des Symbols
  load @temp, @sp, #2   ; Assemblercode mit Definitionseinsetzungen
  @call rem @temp r3 r4 ; Makroaufrufe werden inlined. Parameter sind
                        ; hier nicht durch Kommas getrennt.  
loop:                   ; Dies definiert ein Label (Sprungmarke).  
  dec @temp
  bnez @temp, #loop     ; Sprungmarken können wie Konstanten verwendet
                        ; werden.  
  ret r2
@}

Details

Besonders hervorzuheben sind folgende Funktionen:

• Volle Unterstützung von Objects. Eine Assemblerdatei besteht bei Hoa aus einer Ansammlung von Code- und Datenblöcken, die jeweils zu Symbolen umgewandelt werden.
• Verknüpfungen zu anderen Symbolen (diese entsprechen externen Linker-Referenzen und treten vor allem bei Funktionsaufrufen auf) werden folgendermaßen notiert: jal @ret, *codename bzw. für Datensymbole load r2, r0, *d*dataname. Im letzten Beispiel würde übrigens eine Warnung ausgegeben, wenn man die Referenz auf das Datensymbol nicht mit dem Register r0 verknüpft. Allerdings kann das auch gewollt sein, wenn man z.B. auf ein Array über einen variablen Index (der in einem Register gehalten wird) zugreifen möchte.
• Weak linking. Optional ist das Statement @weak symname #DEFAULT_LABEL irgendwo innerhalb des Codeblocks erlaubt. Dann werden die Referenzen auf symname mit der Weak-Linking-Adresse #DEFAULT_LABEL (die ein Label sein muss) versehen. Das geht nur (und macht auch nur Sinn) für Codesymbole. Dies führt dazu, dass der Linker, falls das Symbol symname nicht gefunden wird, keinen Fehler ausgibt, sondern einfach eine Referenz auf die Weak-Linking-Adresse #DEFAULT_LABEL setzt.
• Labels gelten auch nur code-block-intern. (Der Linker würde sich sowieso beschweren, und es würde auch nicht funktionieren). Damit kann man aber zumindest für Labels in anderen Funktionen auch den gleichen Namen wiederverwenden.
• Mit Hilfe lokaler Defines @ldef name "replaced-by-text", die nur innerhalb eines Symbols (genau gesagt, bis zum nächsten @}) gelten, können lokale Registervariablen in Codesymbolen angenehm benannt werden.
• Volle Unterstützung von Includes. Man kann seinen Code über mehrere Dateien verteilen und dann alles zusammeninkludieren, wobei die andere Datei im Volltext eingefügt wird.
• Ausserdem werden sämtliche Pseudoinstructions wie LDUI, LDSI, LD, JMP, und vor allem natürlich INC und DEC unterstützt.
• Arithmetik mit zwei Operanden. Zusätzlich zur nativen Drei-Adress-Arithmetik der HaDes XP wird auch Zwei-Adress-Arithmetik unterstützt, was manchmal Schreibaufwand sparen kann. Dies funktioniert für alle arithmetischen, logischen und Condition-Check (Sxx)Operationen, und zwar jeweils in der Register- bzw. Immediate-Version. Letztlich wird nur der WOP auf den AOP kopiert.
  Es geht nun also nicht nur wie schon immer
  add r1, r2, r3    bzw.    add r1, r2, #87
  sondern auch
  add r1, r2        bzw.    add r1, #87
  was dann nichts anderes bedeutet als
  add r1, r1, r2    bzw.    add r1, r1, #87.

HLink, der HaDes Linker

Die Aufgabe des HaDes Linkers ist es, Objektcode, der u. U. in unterschiedlichen Programmiersprachen geschrieben wurde, zu einem einheitlichen Programm zusammenzubinden. Dabei werden externe Referenzen (z.B. Funktionsaufrufe und globale Variablen) aufgelöst und nicht benötigter Code wird entfernt. Hierzu wird wie folgt vorgegangen: 

• Alle Symbole aus den Eingabe-Objektdateien (HO) werden eingelesen.
• Das Codesymbol __init wird gesucht. Es muss stets vorhanden sein, da das erzeugte Programm von hier aus starten wird. (Die HAL stellt eine zweckmäßige Implementierung von __init bereit, die nach der Initialisierung des "Betriebssystems" eine benutzerdefinierte main-Funktion aufruft.) 
• Von __init ausgehend werden rekursiv alle Symbolreferenzen verfolgt und die entsprechenden Symbole als benutzt markiert. Fehlt eines der referenzierten Symbole und ist es nicht für weak linking markiert, wird ein Fehler ausgegeben. 
• Alle benutzten Symbole werden der Reihe nach auf aufeinanderfolgende Adressen reloziert. (Codesymbole werden jedoch vor den Datensymbolen angeordnet, um vom Speicherschutz-Feature der HaDes XP Gebrauch machen zu können.) 
• Die nunmehr bekannten Adressen der Symbole werden bei allen Symbolreferenzen eingetragen. Weak-Linking Symbole werden ggf. auf ihre Defaultadresse resolviert. 
• Die Ausgabe-Programmdatei (HIX) wird erzeugt, indem der Code aller Symbole aneinandergehängt wird.
  Auch die Debuginformationen aller verwendeten Symbole werden vereinigt und in der Debug-Datenbank (HDB) abgelegt. Diese wird vom Emulator verwendet, um das Debugging von HaDes-Programmen zu vereinfachen.