如何在彙編器中實現CALL＆RET？

Question

根據這個虛構的微處理器架構的指令集： https://github.com/mertyildiran/DASM

在我們用C寫的玩具組裝，我們已經實現了PUSH & POP指令，如下圖所示：

PUSH：

這基本上是4 DEC和1 ST指令的組合。

 else if (strcmp(token,"push")==0) // PUSH instruction: combination of 4 DEC and 1 ST instruction on Stack Pointer (SP) 
     { 
      op1 = strtok(NULL,"\n\t\r "); 
      op2[0] = sp; // Let's say address of SP is 9 
      printf("\n\t%s\t%s\n",strupr(token),op1); 
      ch = (op2[0]-48) | ((op2[0]-48)<<3); // Prepare bitwise instruction format for DEC instructions 
      program[counter]=0x7800+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
      program[counter]=0x7800+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
      program[counter]=0x7800+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
      program[counter]=0x7800+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 

      ch = ((op1[0]-48) << 2) | ((op2[0]-48) << 6); // Prepare bitwise instruction format for ST instruction 
      program[counter]=0x3000+((ch)&0x00ff); // Store the value in Stack 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
     } 

POP：

這基本上是1個LD和4個INC指令的組合。

 else if (strcmp(token,"pop")==0) // POP instruction: combination of 1 LD and 4 INC instructions on Stack Pointer (SP) 
     { 
      op1 = strtok(NULL,"\n\t\r "); 
      op2[0] = sp; // Let's say address of SP is 9 
      printf("\n\t%s\t%s\n",strupr(token),op1); 

      ch = (op1[0]-48) | ((op2[0]-48) << 3); // Prepare bitwise instruction format for LD instruction 
      program[counter]=0x2000+((ch)&0x00ff); // Store the value in Stack 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 

      ch = (op2[0]-48) | ((op2[0]-48)<<3); // Prepare bitwise instruction format for INC instructions 
      program[counter]=0x7700+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
      program[counter]=0x7700+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
      program[counter]=0x7700+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
      program[counter]=0x7700+((ch)&0x00ff); // Decrease Stack Pointer 4 times 
      printf("> %d\t%04x\n",counter,program[counter]); 
      counter++; 
     } 

所以我的問題是我們如何能夠實現使用堆棧CALL & RET指令？

我知道CALL指令會將PC的當前狀態存儲在堆棧中，這樣程序就能夠通過RET指令返回它離開的地方。但它導致了我兩個子問題：

1. CALL後執行，程序如何獲得以前存儲在堆棧地址，如果在子過程，指令壓入一些東西到堆棧或覆蓋調用的返回地址。
2. 如何將相關標籤的地址傳遞給機器碼級的CALL？在我們的彙編程序JMP &中，由於相同的原因，jZ指令也未完成。

如果你想看看全貌：

.data 
    count: 60 
    array: .space 10 
    char: 0xfe 
.code 
     ldi 0 count 
     ld 0 0 
     ldi 1 array 
     ldi 2 char 
     ld 2 2 
lpp  st 1 2 
     inc 1 
     dec 0 
     jz loop 
     jmp lpp 
loop sub 1 2 3 
lp1  jmp lp1 

Answer 1

：https://github.com/mertyildiran/DASM/blob/master/assembler.c

對於2 subquestion（JMP/CALL）你可以或許jmp lpp行解釋它在這個例子中「彙編程序如何將標籤地址傳遞給JMP指令？」

這應該是顯而易見的機器/ CPU架構，它如何解碼指令。我對你的問題感到有點困惑，不管你的問題是不是化妝CPU已經是最終的了（那麼它應該描述一下，你如何加載pc register =基本上是什麼跳躍，加上它可能是有條件的），或者你正在做兩件事項目在一個，創建HW機器規格，併爲它的彙編程序。而且我懶得再讀一次，所以我只會向你展示來自現實世界的常用方法。

ARM - 類RISC指令集，固定操作碼大小：

無論是在16B（拇指）和32b模式操作碼的前幾個位指定指令（B, BL, BLX，B是純跳躍，BL類似於CALL，但不使用堆棧，而是使用「鏈接」寄存器來存儲返回地址），其餘位指定保存目標地址的寄存器（所以調用函數foo，你可以做load r0,foobl r0）或立即值相對於目前的PC。

這意味着，在16b模式下，您可以無條件跳+ -2kiB，或者-252至+258有條件地（條件變體以更多位編碼，從直接中取走一些）。

這有時會導致情況，高級編譯器要麼使用寄存器變體，要麼跳轉到足夠接近另一跳躍指令，甚至進一步跳躍。

在32b模式下，爲即時保留的剩餘位提供了更好的範圍，對於所有變體約爲+ -32MiB。 （還有一種模式，32b「拇指」，它有一個更多不同的編碼，但在這個例子中是無關緊要的）。

有趣的是，地址中的位0確實指示是否存在拇指模式下的指令或全32b模式，因爲所有地址必須在ARM上對齊，所以跳轉到地址0x00000001時跳轉到0x00000000， CPU進入拇指模式。

86 - CISC般的歷史超出味道不錯

這其中有幾乎所有可能的變體（除了你真正需要的是長期的.asm你一直在寫過去的3個月）。指令編碼具有可變長度，所以指令確實使用盡可能多的字節，正如英特爾決定需要的那樣。

• 相對跳躍（短單字節-128 ... 127） - 檢查
• 絕對跳轉到地址（編碼爲jmp操作碼字節，根據需要進行編碼的地址然後儘可能多的字節）
• 寄存器跳轉（存儲在寄存器中的地址）
• 條件相對跳轉（不只是「擴展」 jmp編碼爲ARM情況下，但具體操作碼）
• 像演員loop，jcxz/jecxz，也許一些我甚至FO rgot。

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所以它歸結要麼值加載到某個寄存器，或編碼直接到指令操作碼，然後要麼把它當作一個絕對地址（例如在32B的平臺，在這裏你管理爲地址編碼25位，將允許您尋址32MiB的RAM;而不是4GiB）或相對地址（25位=>pc + -16Mi）。

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附錄，這可能是您的問題的一部分？ 就像如何「知道」未來某個標籤上的地址是什麼？

大部分彙編程序都是兩遍的，所以它們首先生成指令操作碼（並且可以計算源碼的每個部分的長度），並且收集符號表中的所有符號，然後根據操作碼長度和org指令。然後在第二遍中，通過特定符號值填充操作碼中的所有即時值。

這也顯示了爲什麼雙程彙編程序不能自動處理jmp rel8/rel16（由8b或16b立即定義的相對跳轉），但程序員必須指定他想使用哪一個。 （或使用多路彙編程序，它將首先嚐試rel8，如果失敗，它將用rel16重新編碼jmp，並移動+重新編譯超出該點的所有內容）。

看看您的push編碼的示例源代碼，我覺得您有一些工作可以改變您的彙編程序的工作方式......（無論如何，這很醜陋，就像創建操作碼和在屏幕上打印輸出一樣 - 不要毫不猶豫地再寫一遍，我敢打賭它會變得更乾淨和簡單）。

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編輯：最後，我大概理解那塊彙編器更好。

所以program是uint16_t[]，對吧？ （應該是問題的一部分）。

而指令機器碼也是固定大小，16b也是。

但是那麼你的counter以16b字計數......所以目標架構的尋址模式是這樣的嗎？

在地址0存儲16b字，並在地址1存儲下一個16b字？ （並且它不重疊，如在x86處，其中地址以8b字節計數=>在這種情況下，第一指令字將在地址0和1處，並且第二字將在地址2和3處。確保您的counter遵循正確尋址方案（否則你就必須定義標籤的符號價值時將其轉換）

而且你的彙編是生產像0x0000 0x7802輸出：！地址0，字7802，做一些指令78使用參數2（字節序不清楚，你不是幸運的是在編譯主機時有相同的一個，否則你將以錯誤的機器碼和每個字中的交換字節結束），下一個操作碼0x0001 0x7803，...等等。

所以看起來你已經修復了16b大小的指令編碼，不確定jmp會像存儲/加載指令一樣吃掉整個8b，還是一個是特殊的，保留更多位以便立即編碼。如果只有其他字節可用，則只有使用它的有意義的方式是作爲相對跳轉簽名8b -128..+127。

如果尋址與16b字一起工作，那麼您可以有效地跳轉-128 .. + 127指令後退/前進。如果尋址與8b字節一起工作，則範圍將降至-64 .. + 63指令。很難說，因爲我沒有弄清楚有關目標平臺的任何細節（您應該添加一些鏈接或其他內容，至少是如何編碼jmp以及如何映射內存）。