아주 작고 단순한 VM의 설계.

llvm이나 jvm을 사용하고 싶었으나, 머리가 나빠서 당최 이해 하질 못해 그냥 VM 아키텍처(라지만 그냥 명령어 셋)를 만들기로 결정했습니다.

그래봐야 ARM 명령어와 학교때 시스템 프로그래밍 교재에 나왔던 sic/xe VM의 명령어 구조를 적절히 조합해서 섞은 수준밖에 되지 않습니다. 그나마도 거기서 스펙을 아주 아주 줄였죠...-_-;

그러다 보니 VM이 제공하는 기능은 매우 협소해졌고 대신 단순하기 때문에 이해하기는 쉬워졌습니다.

문제는 그 단순함으로 인해 꼭 필요하지만 할 수 없는 것들이 생겨버린다는 겁니다.
(꼭 필요하진 않지만 있으면 좋은것들은 왠만하면 하지 않을 생각입니다.^^)

VM 명령어를 설계하고 몇주간 혼자 이리저리 생각해 봤지만 제 능력으로는 더이상 뭘 발견하기 어려워 KLDP에 올려봅니다.

--- 여기 부터 ---

명령어의 길이는 32bit고정
SMP나 pipe line은 고려하지 않음
자료형 역시 1워드로 고정

레지스터

• 4bit로 표현 : 총 16개 제공
• 각 레지스터의 크기는 당연히 32bit
• 범용레지스터 : 12개 (A~L)
• 특수레지스터 : 3개
  • PC - Program Counter
  • LR - Link Register
  • SP - Stack Pointer
• 상태레지스터 : 1개 - ST
• 각 비트별로 사용 4개 정의 28비트 예약
  • Overflow - STO
  • Carry - STC
  • Zero - STZ
  • Negative - STN

명령어

• 5bit로 표현 : 최대 32개
• +1bit : 레지스터/값 선택비트 - 이 값이 0이면 마지막 인자는 레지스터, 1이면 값 혹은 주소.
• 그래서 5+1bit : 64개.
• value나 address에 할당된 비트보다 큰 값이 코딩으로 들어오면 어셈블러에서 mov와 add명령으로 레지스터에 넣은다음 처리
• 주소지정 방식은 무조건 직접주소지정(direct indexing)만 사용한다.
• 데이터 처리 명령어
  • 이동
    • MOV Rd, [Rs | #Value] ; Rs의 값이나 Value를 Rd에 저장
  • 산술
    • ADD Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 더해서 Rd에 저장
    • SUB Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 빼서 Rd에 저장
    • MUL Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 곱해서 Rd에 저장
    • DIV Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 나눠서 Rd에 저장
    • MOD Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 나눠서 나머지를 Rd에 저장
  • 비교
    • CMP R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 비교, 같으면 STZ=1, 작으면 STN=1이 된다. (사실상 빼기와 같다)
  • 논리
    • AND Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 논리and 연산해서 Rd에 저장
    • OR Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 논리or 연산해서 Rd에 저장
    • XOR Rd, R1, [R2 | #Value] ; R1의 값과 (R2의값 혹은 Value)를 논리xor 연산해서 Rd에 저장
  • 비트시프트
    • SHL Rd, [Rc | #Value] ; Rd의 값을 (Rc의값 혹은 Value)만큼 왼쪽 비트 시프트
    • SHR Rd, [Rc | #Value] ; Rd의 값을 (Rc의값 혹은 Value)만큼 오른쪽 비트 시프트
• 분기 명령어
  • BR [Reg | #Address] ; Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 무조건 점프
  • BSUB [Reg | #Address] ; Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 점프하면서 자동으로 LR = PC + 4를 해 준다. (서브루틴 점프용)
  • BEQ [Reg | #Address] ; STZ == 1 이면 Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 점프
  • BGT [Reg | #Address] ; (STZ == 0 && STN == 0) 이면 Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 점프
  • BLT [Reg | #Address] ; (STZ == 0 && STN == 1) 이면 Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 점프
  • BGET [Reg | #Address] ; (STZ == 1 || STN == 0) 이면 Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 점프
  • BLET [Reg | #Address] ; (STZ == 1 || STN == 1) 이면 Reg의 값 혹은 Address가 가리키는 주소로 점프
• 메모리 명령어
  • 한 레지스터 메모리 처리 명령어
    • LDR Rd, [Rs | #Address] ; Rs의 값 혹은 Address가 가리키는 주소에 있는 값을 Rd에 저장
    • STR Rd, [Rs | #Address] ; Rd의 값을 Rs의 값 혹은 Address가 가리키는 주소에 저장
  • 여러 레지스터 메모리 처리 명령어
    • LDM Reg{!}, <Reg1, Reg2, ..., RegN> ; Reg 주소부터 32비트씩 읽어서 Reg1, Reg2, ... RegN에 각각 저장, Reg!로 지정하면 하나씩 저장할때 마다 Reg+=4
    • STM Reg{!}, <Reg1, Reg2, ..., RegN> ; Reg1, Reg2, ... RegN의 값을 하나씩 읽으면서 Reg주소부터 32비트씩 저장, Reg!로 지정하면 할때마다 Reg+=4
• VM 시스템 콜
  • OPT syscall, parameter ; syscall번호의 VM 시스템콜을 수행한다.
    • 0x01 - 화면에 parameter를 쓴다. parameter는 레지스터. 레지스터의 값을 화면에 뿌린다.
    • 0x02 - 키보드로 부터 32비트를 읽는다. parameter는 레지스터. 키보드로 부터 읽은 32비트 값을 레지스터에 저장한다.
    • 0xFF - Exit. Parameter는 레지스터, 값이 리턴값이다.

각 명령별 비트 할당

명령어의 기계어 코드 배정

• MOV 0x01
• ADD 0x02
• SUB 0x03
• MUL 0x04
• DIV 0x05
• MOD 0x06
• CMP 0x07
• AND 0x08
• OR 0x09
• XOR 0x0A
• SHL 0x0B
• SHR 0x0C
• B 0x0D
• BSUB 0x0E
• BEQ 0x0F
• BGT 0x10
• BLT 0x11
• BGET 0x12
• BLET 0x13
• LDR 0x14
• STR 0x15
• LDM 0x16
• STM 0x17
• OPT 0x18
• 0x19~0x1F 까지 예약

레지스터의 기계어 배정

• ST 0x0
• A 0x1
• B 0x2
• C 0x3
• D 0x4
• E 0x5
• F 0x6
• G 0x7
• H 0x8
• I 0x9
• J 0xA
• K 0xB
• L 0xC
• PC 0xD
• LR 0xE
• SP 0xF