第 3 章、組合語言 作者：陳鍾誠 旗標出版社

第 3 章、組合語言 3.1 基本範例 3.2 陣列存取 3.3 副程式呼叫 3.4 進階語法 3.5 實務案例：IA32 的組合語言

CPU0 的組合語言 前置表示法 範例 CPU0 的組合語言一律採用目標在前的撰寫方式。 ADD R1, R2, R3 相當於 R1 = R2 + R3

3.1 基本範例 資料移動 基本數學運算 模擬條件判斷 模擬迴圈 一個完整範例 -- 從 1 加到 10

資料移動 C 語言 組合語言 以組合語言移動記憶體資料

基本數學運算

模擬條件判斷

模擬迴圈

一個完整範例 - 從 1 加到 10

3.2 陣列存取 字串複製 (指標版) 字串複製 (索引版) 整數陣列的複製

字串複製 (指標版)

字串複製 (索引版)

整數陣列的複製

3.3 副程式呼叫 單層次的副程式呼叫 參數的傳遞方法 – 使用暫存器 多層次的副程式呼叫 參數的傳遞方法– 使用堆疊

單層次的副程式呼叫 參數的傳遞方法 – 使用暫存器

指令 CALL [0x30] 的執行過程 記憶體 ALU (加法運算) 暫存器 0028 002C 005C 2B 00 00 30 PC=PC + 4; 在指令擷取之後 PC 從 28 變為 32。 LR = PC; 將 PC 存入到連結暫存器 LR 中。 PC=PC + 30 記憶體 ALU (加法運算) 暫存器 0028 002C 005C 2B 00 00 30 =CALL [0x30] (1) 00 00 00 5C (3) PC = 00 00 00 2C IR = 2B 00 00 30 (CALL [0x30]) (2) LR = 00 00 00 2C 圖 3.1 指令CALL [0x30] 的執行過程

指令 RET 的執行過程 記憶體 0028 2B 00 00 30 PC=0070 ALU (加法器…) 暫存器 2C 00 00 00 CALL [0x30] 2B 00 00 30 PC=0070 ALU (加法器…) 暫存器 IR = 2C 00 00 00 (RET) PC =00 00 00 70 LR = 00 00 00 2C 將 LR 放回 PC 2C 00 00 00 PC=002C … RET 圖 3.2 指令RET 的執行過程

多層次的副程式呼叫 參數的傳遞方法– 使用堆疊 避免上下層函數用到同一個暫存器，所產生的覆蓋現象。 將 LR 儲存到堆疊中，以免在下一層 CALL 返回位址被覆蓋掉。 範例 3.12 的片段 f1: POP R2 取得堆疊中的參數 PUSH LR 保存 LR ST R2, t LD R3, pt PUSH R3 CALL f2 ST R1, b ADD R1, R1, R1 POP LR 恢復 LR RET 返回 t: RESW 1 b: RESW 1 pt: WORD t int f1(int t) { int b = f2(&t); return b+b; }

3.4 進階語法 定址範圍的問題 初始值 Literal : 值接將常數嵌入到指令中 假指令 運算式 分段 3.4 進階語法 定址範圍的問題 初始值 Literal : 值接將常數嵌入到指令中 假指令 LTORG : 以 LTORG 提早展開 Literal EQU : 符號定義 ORG : 重設位址 運算式 分段

定址範圍的問題 避免將巨大陣列放在中間，應該放在最後面，或者 用指標的方式解決巨大陣列的問題。

初始值 範例 3.14 中的 EOF, oDev 等變數都具有初始值。

Literal – 直接將常數嵌入到指令中

以 LTORG 提早展開 Literal 的範例

EQU 假指令 EQU 是 (Equal)『等於』的意思 我們可以使用 EQU 定義常數，如範例 3.17 所示

使用 EQU 模擬 struct 結構 在範例 3.18 (a) 中，我們將 name 定義為 person 的位址 age 定義為 person 的位址 + 20 因而模擬了類似 3.18 (b) 當中的功能。

錢字號 ($) 錢字號 ($) $ 在組合語言中通常代表目前位址 (有些組譯器用星號 *)

使用 EQU 模擬 struct 結構

ORG 假指令 ORG 的功能是用來重新設定組譯器的目前位址

運算式

分段假指令 一個組合語言程式通常可分為 程式段 (.text) 資料段 (.data) 有時會將未設初值的資料放入 BSS 段 (.bss) 中。

3.5 實務案例：IA32 的組合語言 IA32 是目前 IBM PC 上最常用的處理器 IBM PC 的組合語言相當複雜，尤其是輸出入部分 使用 BIOS 中斷進行輸出入 使用 DOS 中斷呼叫進行輸出入 使用 Windows 系統呼叫進行輸出入 為了避開輸出入的問題，在本節中, 我們將採用 C 與組合語言連結的方式

IA32 的組譯器 在 IA32 處理器上, 目前常見的組譯器有 在本節中，我們將使用 GNU 的 gcc 為開發工具 微軟的 MASM (採用 Intel 語法) GNU 的 as 或 gcc (採用 AT&T 語法) 開放原始碼的 NASM (採用 Intel 語法) 在本節中，我們將使用 GNU 的 gcc 為開發工具 您可以選用 Dev C++ 中的 gcc – (Dev C++ 為本書的主要示範平台) Cygwin 中的 gcc Linux 平台中的 gcc

Intel 語法 v.s. AT&T 語法

C 與組合語言的完整連結範例 (一)

範例 3.25 的執行結果

C 與組合語言的完整連結範例 (二)

範例 3.27 的執行結果

習題 請寫出一個 CPU0 的組合語言程式，可以計算 a=b*3+c-d 的算式。 請寫出一個 CPU0 的組合語言副程式 swap，可以將暫存器 R1 與 R2 的內容 交換。 請寫出一個 CPU0 的組合語言副程式 isPrime，可以判斷暫存器 R2當中的值 是否為質數，如果是就將 R1 設為 1 傳回，否則就將 R1 設為 0。 請寫出一個 CPU0 的組合語言程式，可以計算出 2*2+4*4…+100*100 的結果， 並將結果儲存在變數 sum 當中。 請以圖解的方式，說明在IA32處理器的 eax 暫存器中，為何會有 eax, ax, ah, al 等不同名稱，這些名稱代表的是哪個部分？ 請寫出一個 IA32 的組合語言副程式 swap，可以將暫存器 R1 與 R2 的內容交 換。 請寫出一個 IA32 的組合語言副程式 isPrime，可以判斷暫存器 R2當中的值是 否為質數，如果是就將 R1 設為 1 傳回，否則就將 R1 設為 0。 請撰寫一個 IA32 的組合語言程式，可以計算 2*2+4*4…+100*100 的結果後 傳回，然後仿照3.5.1節的作法，使用 GNU 的 gcc 編譯連結該程式，並且執 行看看結果是否正確。