Shiba VM Edit

シンプルでもいける気がしてきた。

レジスタの概要 Edit

  • １つのレジスタのサイズは８バイト。
  • ４バイトでもいいかなと思ったが，64bit環境でポインタが１レジスタで表現できなくなるため，８バイトにした。
  • ただし，メモリがきつきつの環境もあるので32bitモード用意する。その場合，64bitの整数・浮動小数，64bitのアドレス空間は扱えなくなる。
  • １つのレジスタはUNIONで表現。
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    struct Register
{
    union
    {
        u32 data32;
        u64 data64;
        s32 i32val;
        s64 i64val;
        f32 f32val;
        f64 f64val;
        void*  ptr; // 64bit環境だとこれは８バイト。
    };
};

レジスタ構成 Edit

Full NameShort NameComment
Stack Register PointerSRPスタックレジスタポインタ。
スタックレジスタの先頭アドレス。
言い換えるとSR00の場所。
Stack PointerSPスタックポインタ。現在のスタック位置。
Program CounterPCプログラムカウンタ。現在実行しているバイトコードのポインタ。
Program FunctionPFプログラムの関数オブジェクトのポインタ。デバッグ用。
Program LinePLプログラムのソースコードの行数。デバッグ用。
Link RegisterLRリンクレジスタ。戻り先のバイトコードのポインタ。
Function RegisterFR関数レジスタ。全部で16個。FR00 - FR16。
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struct Context
{
   // 関数開始時に保存されるレジスタ達。
   void* srp;
   void* lr;
   void* pf;
   void* pl;
   // 保存されないレジスタ達。
   void* sp;
   void* pc;
};

スタックレジスタ Edit

  • 計算の一時領域として使うレジスタはStackRegister（スタックレジスタ）呼び，SRと略す。
  • スタックレジスタ数は動的に変更し，最大で256。それを越える必要がある関数はコンパイルエラーとする。
  • SRP（Stack Register Pointer）からのオフセットがスタックレジスタの番号に相当する。
  • SR01ならSRP + 0x08のアドレスとなる。(32bitモードなら+0x04)
  • 通常，関数の先頭でFUNCET命令を使い関数で使用するスタックレジスタの数 x レジスタのサイズ分，スタックから確保し，その先頭アドレスをSRPに設定する。

変数とレジスタ Edit

  • ローカル変数は全てスタックレジスタに割り当てられる。
  • スコープを考慮してスタックレジスタの使用数はなるべく少なくて済むように最適化される。
  • 一時変数もスタックレジスタに割り当てられる。
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    utility Hoge {
static void func()
{
    int a; // SR01
    int b; // SR02
    {
        int c; // SR03
    }
    int d; // SR02
    {
        int e; // SR03
    }
    d = (a + b) * d; 
    // (a + b)が一時変数としてSR03に格納される
    // SR03 = a + b; 
    // SR02 = R03 * R02;
}
};

戻り値とレジスタ Edit

  • 戻り値はFR00に格納される。
  • FUNCRT命令が実行されるとSR00の値はFR00にコピーされる。
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    utility Hoge
{
    static int GetOne()
    {
        return 1; // FR00 = 1
    }
};

引数とレジスタ Edit

  • 引数は関数レジスタのFR01から順番にレジスタに割り当てられる。
  • 非staticなメンバ関数はFR01にthisポインタが割り当てられる。
  • 関数レジスタは16個しか用意されていないので，引数の最大数はメンバ関数で１４個，非メンバ関数は１５個となります。（FR00は戻り値として使うため，引数に使用できない）
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    pod Vector3
{
    float x;
    float y;
    float z;
 
    void func(float addValue)
    {
        // FR01 : this
        // FR02 : addValue
    }
}

アセンブラのイメージ Edit

  • 簡単なコード
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    0:int add(int a, int b)
1:{
2:    return a + b;
3:}
4:void func()
5:{
6:   int i = 3;
7:   i = add(i , 4);
8:}
 
# 命令コード
Instruction:
  add:
    DFUNC  0x0000
    DLINE  1 // '{'の位置
    FUNCET 0x03 0x03  
    DLINE  2
    ADDI32 R00 R01 R02
    DLINE  3 // '}'の位置
    FUNCLV 0x03       
 
  func:
    DFUNC   0x0001
    DLINE   5
    FUNCET  0x02 0x00
    DLINE   6
    LDSRC4  SR00 0x0000
    DLINE   7
    LDSRC4  SR01 0x0004
    LDFRSR  FR01 SR00 
    LDFRSR  FR02 SR01
    CALL    0x0000   
    LDRF    SR00 FR00
    FUNCLV  0x02
 
# コンパイル時に確定する定数のテーブル
ConstantTable:
  0x0000: 3
  0x0004: 4
 
SymbolTable:
  0x0000: int add(int,int)
  0x0004: void func()

命令コード Edit

  • どの命令コードも32bitで統一。
  • SRegおよびFRegはu8。
命令書式コメント
ロード
LDSRC1LDSRC4 SReg ConstantTableIndex(u16)ConstantTableの値を指定したスタックレジスタにロード
LDSRC2
LDSRC4
LDSRC8
LDSRSRLDSRSR SReg1 SReg2SReg2の値をSReg1にロード
LDSRSPLDSRSP SReg1 StackPointerOffset(u16)StackPointerから相対アドレス分移動したアドレスをReg1にロード
LDSRP1LDSRP1 SReg1 SReg2SReg2の値をアドレスとみなし，SReg2が指す値を取得する
LDSRP2
LDSRP4
LDSRP8
LDSROJLDSROJ SReg1 SReg2SReg2の値をobject型とみなし，SReg2が指すobjectの実体のアドレスのアドレスを取得する
LDFRSRLDFRSR FReg SRegSRegの値をFRegにロード
演算
ADDxxxADDI32 SReg1 SReg2 SReg3SReg1 = SReg2 + SReg3
SUBxxxSUBI32 SReg1 SReg2 SReg3SReg1 = SReg2 - SReg3
MULxxxMULS32 SReg1 SReg2 SReg3SReg1 = SReg2 * SReg3
DIVxxxMULS32 SReg1 SReg2 SReg3SReg1 = SReg2 / SReg3
MODxxxMODS32 SReg1 SReg2 SReg3SReg1 = SReg2 % SReg3
関数あれこれ
FENTERFENTER AllocSRegNum CopyFRegNumFunction Enter.
まずスタックに現在のSPR，LR，PL，PFをつみ，SPを変更する。
AllocSRegNumで指定された数，スタックレジスタを確保し，SPRに設定する。SPを変更する。
CopyFRegNumで指定された数，スタックレジスタにFRに内容をコピーする。
FLEAVEFLEAVE FreeSRegNumFunction Leave.
FreeSRegNumで指定された数，スタックレジスタを解放しSPを変更する。
PF，PL，LR，SPR，をスタックから取り出し設定する。SPも変更する。
PCにLRを代入する。
CALLCALL SymbolTableIndex(u16)LRにPCを代入する。
SymbolTableIndexが示す関数の先頭バイトコードをPCに設定する。
CALLVFCALLVF SReg1 ConstantTableIndex(u16)Call Virtual Function.
SReg1が指すオブジェクトの仮想関数の先頭バイトコードを求め，PCに代入する。
ConstantTableIndexが示す先にはSymbolTableIndex(u16)が２つ連続して存在する。
１つめは仮想関数の親となるSSObjectTypeが格納されているSymbolTableのIndex。
２つめは仮想関数自体のSSFunctionが格納されているSymbolTableのIndex。
スタック
PUSHPUSH SReg ConstantTableIndex(u16)ConstantTableIndexが指す定数サイズ(u32)減算し，指定のSRegに演算後のSPを設定する。
POPPOP ConstantTableIndex(u16)ConstantTableIndexが指す定数サイズ(u32)分，SPを加算する。
オブジェクト
OBJNEWOBJNEW SReg SymbolIndexObject New.
指定のSymbolIndexが指すObjectTypeのインスタンスを作成し，ハンドルをSReg1に代入する。
OBJDELOBJDEL SRegObject Delete.
指定のSRegが指すオブジェクトに対してdeleteする。
OBJRFIOBJRFI SRegObject Reference Increment.
指定のSRegが指すオブジェクトのリファレンスカウンタをインクリメントする。
OBJRFDOBJRFD SRegObject Reference Decrement.
指定のSRegが指すオブジェクトのリファレンスカウンタをデクリメントし，SRegに0を代入する。
デバッグ
DLINEDLINE ConstantValue(u24)Debug Line.
デバッグ情報のプログラム行数を代入するための命令。
PLにConstantValueを代入する。
DFUNCDFUNC SymbolTableIndex(u16)Debug Function.
デバッグ情報の関数オブジェクトを代入するための命令。
PFにSymbolTableIndexが示すアドレスを代入する。
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