2009/07/18 からのアクセス回数 15478 GMC-4について †GMC-4は、学研の「大人の科学」Vol.24の付録に付いている4ビットマイコンボードです。 http://otonanokagaku.net/magazine/vol24/index.html ハードウェア構成 †GMC-4には、
が載っており、
を持っています。
として使用され、その他は、補助用のレジスタとなっています。 命令セット †GMC-4の命令セットは、
この他にサービスコールとして、
があります。*1 コンパイラー †GMC-4では、
することで、プログラミングします。しかし、これではミスも多く、小さなプログラムを作るのでも大変です。 そこで、以下のような簡易言語から命令セットに変換するコンパイラーを作成しました。 例)15秒カウンタ int a; a = 15; while (a > 0) { out(a); shts(); a = a - 1; timer(10); } 生成された命令セット(アセンブラ)は、 TIA f TIY 0 AM L1: TIY 0 TIA 0 AIA 1 M- JUMP L2 TIY 0 MA AO CAL SHTS TIY 0 TIA 1 M- TIY 0 AM TIA a CAL TIMR JUMP L1 L2: CAL ENDS L3: JUMP L3 アセンブラ †命令セットからコードに翻訳するアセンブラが、以下のサイトにあります。 http://www.musashinodenpa.com/misc/GMC4/ ここで変換すると アドレス 命令 命令コード 00 TIA 8 01 <F> F 02 TIY A 03 <0> 0 04 AM 4 05 TIY A 06 <0> 0 07 TIA 8 08 <0> 0 09 AIA 9 0A <1> 1 0B M- 7 0C JUMP F 0D <0> 0 0E <2> 2 0F TIY A 10 <0> 0 11 MA 5 12 AO 1 13 CAL E 14 _SHTS 9 15 TIY A 16 <0> 0 17 TIA 8 18 <1> 1 19 M- 7 1A TIY A 1B <0> 0 1C AM 4 1D TIA 8 1E <A> A 1F CAL E 20 _TIMR C 21 JUMP F 22 <0> 0 23 <5> 5 24 CAL E 25 _ENDS 7 26 JUMP F 27 <2> 2 28 <6> 6 ただし、最初のJUMP 02はバグのようで必ず最初のJUMPの値が正しくセットされません。 正しくは、JUMP 24です。 シミュレータ †GMC-4の元になった「FX-マイコン」のシミュレータが以下のURLに公開されています。 http://homepage2.nifty.com/kocha_web/fxms/fxms.html これを使って生成されたコードが正しく動作するか試してみます。*2
言語仕様 †言語は、命令セットの影響を強く受け、
となりました。 コンパイラーの処理する言語仕様を以下に示します。 prog :: declaration* statement+ declaration :: int ID ( ',' ID )* compoundStatement :: '{' statement+ '}' statement :: expr ';' | ID '=' expr; | ';' | compoundStatement | ifStm | whileStm | 'led' '(' expr ')' ';' | 'out' '(' expr ')' ';' | 'cmpl' '(' expr ')' ';' | 'shift' '(' expr ')' ';' | 'shts' '(' expr ')' ';' | 'sound' '(' expr ')' ';' | 'timer' '(' expr ')' ';' expr :: '$A' | 'key' '(' ')' | term ( '+' CONST | '+' ID )* | ID '-' CONST | ID '-' ID term :: CONST | ID ifStm :: 'if' '(' comparisonExpr ')' statement whileStm :: 'while' '(' comparisonExpr ')' statement comparisonExpr :: '$Z' | 'key' '(' ')' | ID '>' CONST | term '==' ( ID | CONST ) ID :: ('a'..'z'|'A'..'Z')('a'..'z'|'A'..'Z'|'0'..'9')* CONST :: '0'..'9'+ コンパイラーの作成 †コンパイラーは、ANTLRを使って作成しました。 構文のチェックやデバッグは、ANTLRWorksを使いました。 字句解析 †ANTLRでは、字句解析と構文解析が1つにまとまっているので、字句解析は以下の部分だけです。 ID : ('a'..'z'|'A'..'Z')('a'..'z'|'A'..'Z'|'0'..'9')* ; CONST : '0'..'9'+ ; WS : (' '|'\t'|'\r'|'\n')+ {skip();} ; 以下に構文解析の各処理について説明します。 変数宣言 †最初に、変数宣言での変数名の登録について説明します。 Main.javaに変数用のメソッドをいくつか定義しました。 static int symIndex = 0; static Map symtable = new HashMap(); public static void addVar(String name) { symtable.put(name, new Integer(symIndex++)); } public static String varHexIndex(String name) { Integer index = (Integer)symtable.get(name); if (index == null) { System.err.println("Invalid variable name"); } return (String.format("%x", index.intValue())); } これを使って変数宣言は、次のようになります。 declaration : 'int' (i=ID) { Main.addVar($i.text); } ( ',' (i=ID) { Main.addVar($i.text); } )* ';' ; 宣言された変数をsymtableに登録するだけです。 比較演算 †比較の結果はZレジスタに入り、Zレジスタが0の時に条件に一致するようにしました。 これは、JUMP命令がZレジスタが0の時だけ通過し、通過後Zレジスタを1に戻す仕様になっているからです。 comparisonExpr : '$Z' | 'key' '(' ')' { System.out.println("KA"); } | (i=ID) '>' (c=CONST) { System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($i.text)); System.out.println("TIA\t" + Main.toHexString($c.text)); System.out.println("AIA\t1"); System.out.println("M-"); } | term ( '==' (c=CONST) { System.out.println("CIA\t" + Main.toHexString($c.text)); } | '==' (i=ID) { System.out.println("CIY\t" + Main.varHexIndex($i.text)); } ) ;
ここでは、プログラムが組める最低限の演算にとどめました。 項 †演算はAレジスタに結果が入るようにしました。 項には、定数と変数が指定されますので、その値をAレジスタにセットする命令を出力します。 term : (c=CONST) { System.out.println("TIA\t" + Main.toHexString($c.text)); } | (i=ID) { System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($i.text)); System.out.println("MA"); } ; 演算 †演算処理には、足し算, 引き算, key(), $Aを使うことができます。 命令セットの制限が強いので、今回は引き算は、変数に対する処理のみとしました。 $Aは、key()関数でセットされたAレジスタの値を使用するために導入しました。 演算の定義は、 expr : '$A' | term ( '+' (c=CONST) { System.out.println("AIA\t" + Main.toHexString($c.text)); } | '+' (i=ID) { System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($i.text)); System.out.println("M+"); } )* | 'key' '(' ')' { System.out.println("KA"); } | (i=ID) '-' (c=CONST) { System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($i.text)); System.out.println("TIA\t" + Main.toHexString($c.text)); System.out.println("M-"); } | (a=ID) '-' (b=ID) { System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($b.text)); System.out.println("MA"); System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($a.text)); System.out.println("M-"); } ; 文 †文では、代入文、複合文、if文、while文、関数呼び出しを定義します。 statement : expr ';' | (i=ID) '=' expr ';' { System.out.println("TIY\t" + Main.varHexIndex($i.text)); System.out.println("AM"); } | ';' | compoundStatement | ifStm | whileStm | 'led' '(' expr ')' ';' { System.out.println("TIY E"); System.out.println("AM"); System.out.println("CAL DSPR"); } | 'out' '(' expr ')' ';' { System.out.println("AO"); } | 'cmpl' '(' expr ')' ';' { System.out.println("CAL CMPL"); } | 'shift' '(' expr ')' ';' { System.out.println("CAL SIFT"); } | 'shts' '(' ')' ';' { System.out.println("CAL SHTS"); } | 'sound' '(' expr ')' ';' { System.out.println("CAL SOUND"); } | 'timer' '(' expr ')' ';' { System.out.println("CAL TIMR"); } ; 複合文 †複合文は、{と}で文を複数宣言することを定義するだけです。 compoundStatement : '{' statement+ '}' ; if文 †if文は、elseなしの簡単なものとしました。(今後の課題) ifStm @init { String label = Main.genLabel(); } @after { System.out.print(label + ": "); } : 'if' '(' comparisonExpr ')' { System.out.println("JUMP\t" + label); } statement ; @initと@afterで囲まれた部分は、if文の最初と終わりに呼び出されるものです。 ここでは、JUMP先のラベルの生成とレベル付けを行っています。 if文の比較の後で、JUMP命令を入れるだけの簡単な構造にしています。 while文 †while文もbreak, continueなしの簡単なものにしています。 if文と同様に@init, @afterでラベルの生成とJUMP, 終了ラベル付けを行っていました。 whileStm @init { String label1 = Main.genLabel(); String label2 = Main.genLabel(); } @after { System.out.println("JUMP\t" + label1); System.out.print(label2 + ": "); } : 'while' { System.out.print(label1 + ": "); } '(' comparisonExpr ')' { System.out.println("JUMP\t" + label2); } statement ; プログラム全体 †プログラム全体は、変数宣言と文のならびと定義し、終了したら、終了サウンドをならし、無限ループに入ります。 prog : declaration* ( statement )+ { String label = Main.genLabel(); System.out.println("CAL ENDS"); System.out.println(label + ": JUMP\t" + label); } ; これだけの処理で、コンパイラーができるのです。ANTLRを使うと簡単でしょう! ソース †GMC-4コンパイラーのEclipseプロジェクトを以下のファイルをダウンロードしてください。 コメント †この記事は、 皆様のご意見、ご希望をお待ちしております。
Tweet |