LC-3 assembly dili: direktifler, iki geçişli assembler, sembol tablosu

7-8. haftada makine kodunu elle yazdın: offset’leri saydın, bitleri yerleştirdin. Bu hem yavaş hem hataya açık. Assembly dili bu işi bir programa, assembler’a bırakır. Sen komutları isimleriyle (ADD, LD), adresleri etiketlerle (LOOP, COUNT) yazarsın; assembler adresleri hesaplar ve 0-1 dizisini üretir.

Bu hafta sınav soruları genelde şöyle: bir programın sembol tablosunu kur, bir satırın makine kodunu sembol tablosundan bul, programın ekrana ne yazdığını ya da bellekte neyi değiştirdiğini söyle, assembler hatasını bul.

Bir satırın yapısı

LOOP    ADD  R1, R1, #-1   ; sayaç azalt

Sayılar: # ondalık (#-1, #48), x onaltılık (x3000, xFE00). Etiket bir adresin adıdır: LOOP, o satırın bellekteki adresini temsil eder.

TUZAK · opcode’u etiket yapmak. STR, ADD, BR, R3 gibi isimler etiket olamaz. Assembler satırın ilk kelimesi opcode ise onu komut sanar. “String” için STR yerine TEXT ya da MSG yaz.

Pseudo-op’lar (assembler directives)

Pseudo-op çalışma zamanında çalışan bir komut değildir; assembler’a verilen bir talimattır. Hepsi nokta ile başlar.

.END programın durduğu yer değildir. Program HALT ile durur; .END sadece assembler’a “bundan sonrası kaynak değil” der.

İki geçişli assembler

Sorun: LD R1, COUNT satırına geldiğinde COUNT daha aşağıda tanımlanıyor olabilir. Offset’i hesaplamak için COUNT’un adresi lazım. Buna ileri referans (forward reference) denir.

Çözüm: programı iki kez oku.

1. Birinci geçiş: hiçbir şeyi çevirme. Bir konum sayacı (location counter) tut: .ORIG ile başlat, her komut ve .FILL için 1, .BLKW n için n, .STRINGZ için uzunluk + 1 artır. Etiketli her satırın adresini sembol tablosuna yaz.
2. İkinci geçiş: her satırı makine koduna çevir. Bir etiket kullanıldığında adresini sembol tablosundan al, offset’i hesapla.

Çözümlü örnek: sembol tablosu

        .ORIG x3000
        LEA  R0, MSG        ; x3000
        PUTS                ; x3001
        LD   R1, COUNT      ; x3002
LOOP    ADD  R1, R1, #-1    ; x3003
        BRp  LOOP           ; x3004
        HALT                ; x3005
COUNT   .FILL #4            ; x3006
MSG     .STRINGZ "Hello"    ; x3007 - x300C (6 kelime)
BUF     .BLKW 3             ; x300D - x300F
END1    .FILL x0041         ; x3010
        .END

İkinci geçişin ürettiği kodun bir kısmı:

x3000  xE006   LEA R0, MSG      offset = x3007 - x3001 = 6
x3001  xF022   PUTS
x3002  x2203   LD  R1, COUNT    offset = x3006 - x3003 = 3
x3003  x127F   ADD R1, R1, #-1
x3004  x03FE   BRp LOOP         offset = x3003 - x3005 = -2
x3005  xF025   HALT
x3006  x0004
x3007  x0048 x0065 x006C x006C x006F x0000   "Hello"

Program çalışınca ekrana Hello yazar, sonra R1’i 4’ten 0’a kadar sayar ve durur.

Assembler hataları

Programlama kalıpları

Bir karakteri aramak

Karakteri karşılaştırmanın yolu: negatifini bir sabite koy, topla, sonuç sıfırsa eşittir.

        .ORIG x3000
        AND  R2, R2, #0     ; R2 = sayaç
        LEA  R1, TEXT       ; R1 = string pointer
        LD   R4, NEGT       ; R4 = -'t'
NEXT    LDR  R3, R1, #0     ; R3 = *R1
        BRz  DONE           ; null → bitti
        ADD  R5, R3, R4     ; R5 = karakter - 't'
        BRnp SKIP           ; eşit değil → atla
        ADD  R2, R2, #1     ; eşit → say
SKIP    ADD  R1, R1, #1     ; sonraki karakter
        BRnzp NEXT
DONE    LD   R0, ZERO
        ADD  R0, R0, R2     ; sayıyı ASCII rakama çevir
        OUT
        HALT
NEGT    .FILL #-116         ; 't' = 116
ZERO    .FILL x30           ; '0'
TEXT    .STRINGZ "test it"
        .END

3

Sayaç 9’u geçerse bu yöntem tek rakam basamaz; sınav soruları bu yüzden küçük sayılarla gelir.

Klavyeden oku, işle, yaz

        .ORIG x3000
        LD   R2, NEGLF      ; R2 = -10 (satır sonu)
READ    GETC                ; R0 = karakter
        ADD  R3, R0, R2
        BRz  STOP           ; Enter → dur
        LD   R4, MASK
        AND  R0, R0, R4     ; büyük harfe çevir
        OUT
        BRnzp READ
STOP    HALT
NEGLF   .FILL #-10
MASK    .FILL xDF
        .END

Girdi bau ve Enter:

BAU

Alt programlar: JSR ve RET

Aynı kodu birçok yerde kullanmak için alt program (subroutine) yazılır.

• JSR ETIKET: R7 ← PC (dönüş adresi), PC ← ETIKET. Offset 11 bit (-1024..1023).
• JSRR R3: aynı şey, hedef register’da.
• RET: PC ← R7.

        .ORIG x3000
        LD   R2, TIMES
AGAIN   JSR  PRINT
        ADD  R2, R2, #-1
        BRp  AGAIN
        HALT
PRINT   ST   R7, SAVE7      ; dönüş adresini sakla
        LEA  R0, TXT
        PUTS                ; TRAP: R7'yi ezer!
        LD   R7, SAVE7      ; dönüş adresini geri al
        RET
TIMES   .FILL #3
SAVE7   .BLKW 1
TXT     .STRINGZ "ab"
        .END

ababab

TUZAK · R7’yi kaydetmemek. Alt programın içinde bir TRAP ya da başka bir JSR varsa R7 ezilir. Kaydetmezsen RET yanlış yere döner. Ayrıca alt programın bozduğu register’ları da kaydetmek iyi alışkanlıktır (callee-save). C’de bu iş çalışma yığınıyla (runtime stack) yapılır (12. hafta).

Sık yapılan hatalar

        .ORIG x3000
        LEA  R0, MSG
        PUTS
        LD   R1, COUNT
LOOP    ADD  R1, R1, #-1
        BRp  LOOP
        HALT
COUNT   .FILL #4
MSG     .STRINGZ "Hello"
BUF     .BLKW 3
END1    .FILL x0041
        .END

        .ORIG x3000
        AND  R2, R2, #0
        LEA  R1, TEXT
        LD   R4, NEGT
NEXT    LDR  R3, R1, #0
        BRz  DONE
        ADD  R5, R3, R4
        BRnp SKIP
        ADD  R2, R2, #1
SKIP    ADD  R1, R1, #1
        BRnzp NEXT
DONE    LD   R0, ZERO
        ADD  R0, R0, R2
        OUT
        HALT
NEGT    .FILL #-116
ZERO    .FILL x30
TEXT    .STRINGZ "test it"
        .END

        AND  R0, R0, #0
        LEA  R1, NUMS
        LD   R2, N
LOOP    LDR  R3, R1, #0
        ADD  R0, R0, R3
        ADD  R1, R1, #1
        ADD  R2, R2, #-1
        BRp  LOOP
        ST   R0, TOTAL
        HALT
N       .FILL #4
NUMS    .FILL #12
        .FILL #-5
        .FILL #30
        .FILL #-7
TOTAL   .BLKW 1

        LD   R2, TIMES
AGAIN   JSR  PRINT
        ADD  R2, R2, #-1
        BRp  AGAIN
        HALT
PRINT   ST   R7, SAVE7
        LEA  R0, TXT
        PUTS
        LD   R7, SAVE7
        RET
TIMES   .FILL #3
SAVE7   .BLKW 1
TXT     .STRINGZ "ab"