machine virtuelle du VPC-32V

Licence

Ce document fait partie du projet VPC-32V et est fourni sous licence CC-NC-SA-BY V3.0

auteur: Jacques Deschênes
révision 1.0
Copyright: 2015,2016, Jacques Deschênes

Présentation

L'ordinateur VPC-32V possède un interpréteur BASIC qui exécute du bytecode sur une machine virtuelle à piles. Ce document décris cette machine virtuelle.

L'interpréteur vpcBASIC ecris en C commence par compiler le code source BASIC en bytecode pour cette machine virtuelle ensuite appelle la fonction
int StackVM(const uint8_t* prog_space)
qui est une fonction écrite en assembleur dans le fichier vm.S.
prog_space est la mémoire RAM allouée par l'interpréteur vpcBASIC où il compile le bytecode.

Architecture

Cette machine virtuelle utilise les 9 registres S0 à S8 du PIC32MX170F256B pour ses états internes ainsi que 2 piles. la première pile dstack est utilisée pour les arguments et la deuxième rstack est utilisée pour conserver les adresses de retours des sous-programmes ainsi que pour sauvegarder les registres step et limit lors de l'imbrication de boucles FOR. Les registres de la machine virtuelle sont les suivants:

S0 ip, pointeur d'instruction. Les instructions sont de longueur variable mais les opcodes sont encodés sur 8 bits.
S1 dp, pointeur pour la pile dstack
S2 rp, pointeur pour la pile rstack
S3 w, pointeur de travail.
S4 T, sommet de la pile dstack.
S5 R, sommet de la pile rstack.
S6 limit, Ce registre est utilisé par les boucles FOR et correspond à la limite du compteur de boucle.
S7 step, Ce registre est utilisé par les boucles FOR et correspond à la valeur STEP de la boucle FOR.
S8 frame, pointeur pour les paramètres et variables locales qui sont sur la pile dstack

les piles dstack et rstack peuvent contenir 256 éléments de 32 bits appellé cellule. Étant donné ces tailles limités il faut-être prudent dans l'utilisation des fonctions récursives.

codes machines

Cette table contient la description de chacun des codes machine (opcode) utilisés par la machine virtuelle. La notation état stack est une illustration de l'état de la pile dstack ou rstack avant et après l'exécution de cette instruction.

La majorité des opcodes correspondent directement à des commandes ou fonctions BASIC je ne décrirais donc pas celle-ci car ce serait redonnant avec la documentation du vpcBASIC.

opcode	mnémonique	description	état stacks
0	BYE	Termine l'exécution du programme et sortie de la machine virtuelle. La machine virtuelle retourne un code d'erreur ou 0 s'il n'y a pas d'erreur. Consulter les fichiers basic.c et basic.h pour plus d'information sur ces codes d'erreurs. La commande BASIC BYE appelle cet opcode.	( -- )
1	ABORT	Exécuté lorsque la machine virtuelle rencontre une erreur interne. Mais fin à l'exécution du programme avec sortie de stackVM avec un code d'erreur.	( jx -- jx )
2	LIT	Entier litéral 32 bits. L'entier suit l'opcode et est empilé au sommet de la pile.	( -- n)
3	WLIT	Entier litéral 16 bits. L'entier suit l'opcode et est empilé au sommet de la pile.	( -- n)
4	CLIT	Entier litéral 8 bits. L'entier suit l'opcode et est empilé au sommet de la pile.	( -- n)
5	BRA	Branchement relatif inconditionnel. L'offset de 16 bits signé suis le opcode. IP=IP+offset	( -- )
6	?BRA	Branchement relatif conditionnel à f<>0.L'offset de 16 bits signé suis le opcode. IP=IP+offset	( f -- )
7	!	Sauvegarde T dans une variable 32 bits. var=n	( n adr -- )
8	@	Empile la variable entier 32 bits dont l'adresse est au sommet de la pile.	( adr -- n )
9	C!	Sauvegarde une variable entier 8 bits. var#=c	( c adr -- )
10	C@	Empile la variable entier 8 bits dont l'adresse est au sommet de la pile.	( adr -- c )
11	DROP	Jette l'élément au sommet de la pile dstack.	( n -- )
12	DUP	Clone le sommet de la pile dstack	( n -- n n )
13	SWAP	Interchange les 2 éléments au sommet de dstack	( n1 n2 -- n2 n1 )
14	OVER	Copie le 2ième élément de la pile dstack au sommet.	( n1 n2 -- n1 n2 n1 )
15	PICK	Copie le nième élément de la pile dstack au sommet.	( n1 n2...nx ... ox -- n1 n2 ... nx ... nx )
16	INVERT	négation arithmétique du sommet de la pile.	( n -- -n )
17	+	Addition	( n1 n2 -- n1+n2 )
18	-	Soustraction	( n1 n2 -- n1-n2 )
19	*	Multiplication entière	( n1 n2 -- n1*n2 )
20	/	Division entière	( n1 n2 -- n1/n2 )
21	MOD	Modulo	( n1 n2 -- n1%n2 )
22	0<	Si T<0 f=-1 sinon f=0	( n1 n2 -- f )
23	0=	Si T==0 f=-1 sinon f=0	( n1 n2 -- f )
24	&	Fonction binaire ET.	( n1 n2 -- n1&n2 )
25	\|	Fonction binaire OU inclusif.	( n1 n2 -- n1\|n2 )
26	^	Fonction binaire OU exclusif.	( n1 n2 -- n1^n2 )
27	~	Remplace l'entier au sommet de la pile par son complément à 1	( n -- ~n )
28	NOT	négation booléenne. Si f1 est faux alors f2=vrai sinon f2=faux.	( f1 -- f2 )
29	OR	OU booléen. Si f1 ou f2 est vrai alors f3=vrai sinon f3=faux.	( f1 f2 -- f3 )
30	AND	ET booléen. Si f1 et f2 sont vrai alors f3=vrai sinon T=faux.	( f1 f2 -- f3 )
31	TICKS	Empile la valeur de la variable système systicks	( -- u )
32	SLEEP	suspend l'exécution du programme pour u millisecondes.	( u -- )
33	?DUP	Clone le sommet de la pile dstack si différent de zéro.	( n -- 0 \| n n )
34	1+	Incrémente le sommet de la pile.	( n -- n+1 )
35	1-	Décrément le sommet de la pile	( n -- n-1 )
36	+!	Incrémente la variable à l'adresse adr de la valeur n.	( n adr -- )
37	ROT	Rotation horaire des 3 éléments au sommet de dstack.	( n1 n2 n3 -- n2 n3 n1 )
38	-ROT	Rotation anti-horaire des 3 éléments au sommet de dstatck.	( n1 n2 n3 -- n3 n1 n2 )
39	MIN	Conserve le plus petit de n1 et n2	( n1 n2 -- n )
40	MAX	Conserve le plus grand de n1 et n2	( n1 n2 -- n )
41	ABS	Remplace l'entier n par sa valeur absolue.	( n -- u )
42	LSHIFT	Décale vers la gauche l'entier n de u bits.	( n u -- n )
43	RSHIFT	Décale vers la droite l'entier n de u bits.	( n u -- n )
44	0BRA	Branchement relatif de 16 bits si n==0. Le déplacement suis l'opcode.	( n -- )
45	DCNT	Empile le nombre d'éléments sur dstack	( -- u )
46	=	Compare n1 et n2 pour l'égalité	( n1 n2 -- f )
47	<>	Compare n1 et n2, retourne vrai si différents.	( n1 n2 -- f )
48	<	f=n1<n2	( n1 n2 -- f )
49	>	f=n1>n2	( n1 n2 -- f )
50	<=	f=n1<=n2	( n1 n2 -- f )
51	>=	f=n1>=n2	( n1 n2 -- f )
52	FOR>R	Sauvegarde de limit et step sur rstack	( R: -- limit step )
53	R>FOR	Restaure limit et step à partir de rstack	( limit step -- )
54	FOR	Initialisation de limit et step pour la boucle FOR...NEXT	( limit step -- )
55	FOR?	Compare n à limit pour dépassement. f=vrai si n>limit.	( n -- f )
56	FORNEXT	Incrément la variable de contrôle de la boucle FOR...NEXT avec la valeur de step. L'adresse de la variable est au sommet de dstack.	( adr -- )
57	RANDOMIZE	Initialize le générateur pseudo-hasard en utilisant systicks.	( -- )
58	RND	Empile un entier pseudo-aléatoire entre 0 et MAXINT.	( -- u )
59	KEY	Attend réception d'un caractère de la console.	( -- c )
60	KEY?	Vérifie s'il y a un caractère dans la file du clavier console. Retourne le caractère disponible ou 0.	( -- 0\|c )
61	EMIT	Envoie à la console le caractère c.	( c -- )
62	PSTR	Envoie à la console la chaîne imbriquée dans le code à la suite de ce opcode.	( -- )
63	CR	Envoie à la console une commande de retour à la ligne	( -- )
64	.	Imprime sur la console l'entier n	( n -- )
65	TYPE	Imprime sur la console la chaîne située à l'adresse adr	( adr -- )
66	SPACES	Imprime sur la console n espaces.	( n -- )
67	SOUND	Fait entendre une tonalité de fréquence u1 et de durée u2 millisecondes.	( u1 u2 -- )
68	BEEP	Fait entendre une tonalitée brève de 1000 hertz.	( -- )
69	PLAY	Joue une mélodie dont le code est à l'adresse adr. Voir la commande BASIC PLAY.	( adr -- )
70	CLS	Vide l'écran de la console et positionne le curseur texte dans le coin supérieur gauche.	( -- )
71	UBOUND	Empile la grandeur de la variable tableau à l'adresse adr	( adr -- u )
72	LC!	Sauvegarde la variable locale dont la position suit cet opcode. Les variables locales sont conservées sur dstack. L'opcode est suivit de la position de la variable relativement au pointeur frame.	( n -- )
73	LC@	Empile la variable locale dont la position suit cet opcode. Les variables locales sont conservées sur dstack. L'opcode est suivit de la position de la variable relativement au pointeur frame.	( -- n )
74	LCADR	Empile l'adresse absolue d'une variable locale dont l'offset suit cet opcode.	( -- adr )
75	FRAME	Sauvegarde frame sur rstack et l'initialise avec la nouvelle valeur. Un octet suit le opcode pour indiquer le nombre de cellules qui ont été réservées sur dstack pour les arguments de la fonction. frame pointe le premier argument. Cet opcode précède un CALL	(R: -- frame )
76	CALL	Appel la sous-routine à l'adresse adr. Sauvegarde ip sur rstack et initialise ip avec adr.	( adr -- ) (R: -- ip)
77	LEAVE	Sortie de sous-routine. Transfert frame dans dp pour libérer les arguments et variables locales jnq ui étaient utilisées par cette sous-routine. Dépile rstack* dans ip et ensuite dans frame	( j*n -- ) (R: frame ip -- )
78	LOCAL	Cet opcode viens à la suite d'un CALL. Ajuste dp pour réserver sur dstack l'espace pour les variables locales. Le nombre de cellules à réserver est un octet qui suit l'opcode. jn* représente les cellules supplémentaires réservées sur dstack.	( -- j*n )
79	TRACE	Activation de l'outil de débogage TRACE. Voir la discription plus bas. n indique le mode de débogage.	( n -- )
80	$ADR	Empile l'adresse de la chaîne imbriquée dans le code à la suite de cet opcode. Après exécution de cet instruction ip pointe l'opcode qui suit immédiatement la chaîne.	( -- adr )
81	LEN	Retourne la longueur de la chaîne adr.	( adr -- u )
82	READLN	Lecture d'une ligne à partir de la console. adr est l'adresse du tampon qui doit recevoir les caractères. n1 est la longueur du tampon. n2 est la longueur de la chaîne lue.	( adr n1 -- adr n2 )
83	VAL	Convertie la chaîne en nombre.	( adr -- n )
84	VALLOC	Alloue n octets dans l'espace réservé aux variables BASIC. adr est l'adresse de l'espace allouée	( -- adr )
85	$ALLOC	Alloue une chaîne dynamique de longueur n. adr est l'adresse de l'espace alloué.	( -- adr )
86	$FREE	Libère une chaîne allouée dynamiquement. adr est l'adresse retournée par $ALLOC	( adr -- )
87	$FREENOTREF	Libère la chaîne adr seulement si elle n'est pas référencée.	( adr -- )
88	$CPY	Copie la chaîne src dans dest.	( src dest -- dest )
89	CURLINE	Retourne la ligne sur laquelle se trouve le curseur texte.	( -- n )
90	CURCOL	Retourne la colonne sur laquelle se trouve le curseur texte.	( -- n )
91	LOCATE	Posistion le curseur texte à ligne, col.	( ligne col -- )
92	BTEST	Retourne la valeur du bit b de l'entier n	( n b -- 0\|1 )
93	SETTMR	Initialize la minuterie à u millisecondes.	( u -- )
94	TIMEOUT	Vérifie si la minuterie est expirée.	( -- f )
95	INVERTVID	Sélectionne le mode vidéo. 0 blanc/noir, 1 noir/blanc	( 0\|1 -- )
96	SCRLDN	Glisse l'écran console d'une ligne texte vers le bas, laissant la ligne du haut vide.	( -- )
97	SCRLUP	Glisse l'écan console d'une ligne vers le haut, laissant la ligne du bas vide.	( -- )
98	INSERLN	Insère une ligne vide là où le curseur texte se trouve. Positionne le curseur au début de la ligne.	( -- )
99	PGET	Obtient la valeur du pixel du moniteur VGA aux coordonnées {x,y}.	( x y -- 0\|1 )
100	PSET	Fixe l'état du pixel du moniteur VGA aux coordonées {x,y} à l'état p.	( x y p -- )
101	PXOR	Inverse l'état du pixel du moniteur VGA aux coordonnées {x,y}.	( x y -- )
102	LINE	Trace une ligne entre les points {x0,y0} et {x1,y1}.	( x0 y0 x1 y1 -- )
103	RECT	Desssine un rectangle, {x,y} coin supérieur gauche. w largeur, h hauteur	( x y w h -- )
104	BOX	Dessine une boite, {x,y} coin supérieur gauche. w largeur, h hauteur	( -- )
105	CIRCLE	Dessine un cercle de centre {x,y} et de rayon r	( x y r -- )
106	ELLIPSE	Dessine une ellipse circonscrite dans le rectangle.	( x0 y0 x1 y1 -- )
107	POLYGON	Dessine un polygon. Voir la commande BASIC correspondante.	( adr n -- )
108	FILL	Remplie une figure fermée. Voir la commande BASIC correspondante.	( x y -- )
109	SPRITE	Dessine un sprite. Voir la commande BASIC correspondante.	( adr w h -- )
110	VGACLS	Vide l'écran du moniteur VGA.	( -- )
111	SRCLEAR	Voir la commande BASIC correspondante.	( adr size -- )
112	SRREAD	Voir la commande BASIC correspondante.	( adr_ram adr_v size -- )
113	SRWRITE	Voir la commande BASIC correspondante.	( adr_ram adr_v size -- )
114	SAVESCR	Voir la commande BASIC correspondante.	( adr -- )
115	RESTSCR	Voir la commande BASIC correspondante.	( adr -- )
116	SRLOAD	Voir la commande BASIC correspondante.	( addr_ram char* -- size )
117	SRSAVE	Voir la commande BASIC correspondante.	( addr_ram char* size -- exit_code )
118	MDIV	Voir la commande BASIC correspondante.	( n1 n2 n3 -- n1*n2/n3 )
119	STR$	Correspond à la fonction BASIC du même nom. n est l'entier à représenter en chaîne. pad est un espace de travail fourni par le compilateur et adr est un pointeur sur la chaîne allouée dynamiquement qui contient la représentation texte de l'entier.	( n pad -- adr )
120	ASC	Correspond à la fonction BASIC du même nom. adr est un pointeur sur une chaîne dont la valeur ASCII du premier caractère est retournée n.	( adr -- n )
121	CHR$	correspond à la commande BASIC du même nom. n est un entier dont les 8 bits les moins significatifs sont le caractère stocké dans la chaîne adr allouée dynamiquement.	( n -- adr )
122	DATE$	Voir la fonction BASIC. adr est le pointeur de la chaîne date allouée dynamiquement.	( -- adr )
123	TIME$	Voir la fonction BASIC. adr est le pointeur de la chaîne heure allouée dynamiquement.	( -- adr )
124	APPEND$	Voir la fonction BASIC. s1 est le pointeur de la première chaîne. s2 est le pointeur de la chaîne attachée à la fin de s1. s3 est le pointer vers la chaîne résultante allouée dynamiquement.	( s1 s2 -- s3 )
125	INSERT$	Voir la fonction BASIC. s1 est le pointeur de la chaîne cible. s2 est le pointeur de la chaîne à insérer dans s1 et pos est la position d'insertion. s3 est le pointeur vers la chaîne résutante allouée dynamiquement.	( s1 s2 pos -- s3 )
126	LEFT$	Voir la fonction BASIC. s1 est la chaîne originale. n est le nombre de caractères à conserver au début de s1. s2 est la chaîne allouée dynamiquement correspondant aux n premiers caractères de s1	( s1 n -- s2 )
127	MID$	Voir la fonction BASIC. retourne les n1 caractères de s1 à partir de la position n1.	( s1 n1 n2 -- s2 )
128	PREPEND$	Voir la fonction BASIC. Attache s2 au début de s1.	( s1 s2 -- s3 )
129	RIGHT$	Voir la fonction BASIC. Retourne les n derniers caractères de s1.	( s1 n -- s2 )
130	SUBST$	Voir la fonction BASIC. Substitution de s2 dans s1 à la position n.	( s1 s2 n -- )
131	INSTR	Voir la fonction BASIC. Quel est la position de s2 dans s1?	( n1 s1 s2 -- n2 )
132	$CMP	Comparaison des chaînes s1 et s2. Si s1<s1==s2 retourne 0. Si s1>s2 retourne 1.	( s1 s2 -- -1\|0\|1 )
133	UCASE$	Voir la fonction BASIC.	( s1 -- s2 )
134	LCASE$	Voir la fonction BASIC.	( s1 -- s2 )
135	STR!	Assigne la chaîne str à la variable var	( str var -- )
136	HEX$	Voir la fonction BASIC. n est le nombre dont on veut obtenir la représentation hexadécimale. pad est un espace de travail fournie par le compilateur et adr est la chaîne allouée représentant le nombre hexadécimal.	( n pad -- adr )
137	DP0	Empile la valeur du pointeur dp lorsque la pile est vide.	( -- adr )
138	CLOSE	Voir la commande BASIC CLOSE(). n est le numéro du fichier à fermer.	( n -- )
139	CLOSEALL	Ferme tous les fichiers ouvert.	( -- )
140	EOF	Voir commande BASIC. n est le numéro du fichier à vérifier.	( n -- )
141	OPEN	Voir commande BASIC. s1 est le pointer vers le nom du fichier. u1 est le mode et u2 est numéro à assigner à ce fichier.	( s1 u1 u2 -- )
142	EXIST	Voir commande BASIC. s1 pointeur vers le nom du fichier. Retourne 0 si le fichier n'existe pas et 1 s'il existe.	( s1 -- 0\|1 )
143	SEEK	Voir commande BASIC. u1 numéro du fichier. n1 nouvelle position dans le fichier.	( u1 n1 -- )
144	FGETC	Voir commande BASIC. u1 numéro du fichier. c caractère lu.	( u1 -- n1 )
145	FPUTC	Voir commande BASIC. u1 numéro du fichier. c caractère à écrire.	( u1 c -- )
146	WRITE_FIELD	Écris une chaîne dans caractères dans un fichier. u1 est le numéro du fichier déjà ouvert. s est un pointeur vers la chaîne à écrire dans le fichier.	( u1 s -- )
147	READ_FIELD	Lit une chaîne de caractères d'un fichier. une chaîne se termine par une fin de ligne ou une virgule si elle n'est pas entre guillemets.u1 est le numéro d'un fichier déjà ouvert. s est un pointeur vers la chaîne lue. L'espace pour cette chaîne est allouée dynamiquement.	( u1 -- s )
148	FP>$	Convertie un nombre en virgule flottante en une chaîne le représentant. fp est le nombre et s est un pointeur vers la chaîne créée. L'espace pour cette chaîne est allouvée dynamiquement.	( fp -- s )
149	$>FP	Convertie une chaîne en valeur numérique. s est une pointeur vers la chaîne à convertir. fp est le nombre résultant.	( s -- fp )
150	-FP	Négation arithmétique d'un nombre en virgule flottante. n1 est le nombre à inverser. n2 est le résultat.	( n1 -- n2 )
151	FP>INT	Conversion d'un nombre en virgule flottante en entier. fp est le nombre à convertir. n est le résultat.	( fp -- n )
152	INT>FP	Conversion d'un entier en nombre à virgule flottante. n est l'entier à convertir. fp et le résultat.	( n -- fp )
153	F+	Addition en virgule flottante. fp3=fp1+fp2.	( fp1 fp2 -- fp3 )
154	F-	Soustraction en virgule flottante. fp3=fp1-fp2.	( fp1 fp2 -- fp3 )
155	F*	Multiplication en virgule flottante. fp3=fp1*fp2	( fp1 fp2 -- fp3 )
156	F/	Division en virgule flottante. fp3=fp1/fp2.	( fp1 fp2 -- fp3 )
157	SINUS	Fonction trigonométrique sinus(fp1). fp1 est l'angle en radian. fp2 est le résultat.	( fp1 -- fp2 )
158	COS	Fonction trignonométrique fp2=cosinus(fp1). fp1 est en radians.	( fp1 -- fp2 )
159	TAN	Fonction trigonométrique fp2=tangeante(fp1).	( fp1 -- fp2 )
160	ATAN	Fonction trigonométrique inverse fp2=arctageante(fp1). Le résultat est en radians.	( fp1 -- fp2 )
161	ACOS	Fonction trigonométrique inverse fp2=arccosinus(fp1). Le résultat est en radians.	( fp1 -- fp2 )
162	ASINE	Fonction trigonométrique inverse fp2=arcsinus(fp1). Le résultat est en radians.	( fp1 -- fp2 )
163	SQRT	Fonction racine carrée. fp2=sqrt(fp2).	( fp1 -- fp2 )
164	EXP	Fonction exponentielle. fp2=e^fp1	( fp1 -- fp2 )
165	POWER	Fonction puissance. fp3=fp1^pf2.	( fp1 fp2 -- fp3 )
166	LOGN	Fonction logarithme naturel. fp2=ln(fp1).	( fp1 -- fp2 )
167	LOG10	Fonction logarithme de base 10. fp2=log₁₀(fp1)	( fp1 -- fp2 )
168	FABS	Fonction valeur absolue d'un nombre en virgule flottante. fp2=abs(fp1).	( fp1 -- fp2 )
169	FLOOR	Arrondi vers l'infini négatif d'un nombre en virgule flottante. fp2=floor(fp1)	( fp1 -- fp2 )
170	CEIL	Arrondi vers l'infini positif d'un nombre en virgule flottante. fp2=ceil(fp1).	( fp1 -- fp2 )
171	FMOD	Fonction qui retourne le modulo de fp3=fp1%pf2	( fp1 fp2 -- fp3 )
172	F.	Imprime à l'écran de la console un nombre en virgule flottante.	( fp -- )
173	FMIN	Retourne le plus petit de 2 nombres en virgule flottante.	( fp1 fp2 -- fpmin )
174	FMAX	Retourne le plus grand de 2 nombres en virgule flottantes.	( fp1 pf2 -- fpmax )
175	CON	Change de console. Identifiant de la nouvelle console.	( n -- )
176	ENV	Retourne la valeur d'une variable d'environnement. s1 est un pointeur vers le nom de la variable. s2 est un pointeur vers la valeur de la variable.	( s1 -- s2 )

Outil de débogage TRACE

La commande TRACE peut-être placée n'importe où à l'interieur d'un programme aussi bien pour démarrer le traçage que pour l 'arrêter par exemple si on sait que le problème est a un endroit précis du code source on peut encadré ce bloc d'instruction.


	trace(1)
	bloc d'instruction à déboguer
	trace(0)

Puisqu'une image vaux mille mots voici une démonstration de l'utilisation de trace en mode pas à pas.

Les informations affichées sont les suivantes:

R(n ) n est le nombre d'éléments sur la pile rstack.
S(n) n est le nombre d'éléments sur la pile dstack. Suit la liste des valeurs qui sont sur cette pile.
ip est le pointeur d'instruction. Indique l'adresse dans l'espace programme du prochain bytecode à être exécuté.
dp est le pointeur de la pile dstack..
next opcode: NOM indique le prochain opcode à être exécuté.NOM est le mnémonique indiqué dans la table ci-haut.