🐨 👩🏿‍🤝‍👩🏼 🍥 虚拟机和微控制器 🤺 💶 🤑

在开发不同的设备时，经常会遇到一个问题：设备之间的算法在不同位置重复执行，而设备本身则完全不同。我正在开发三种设备，它们在某些地方会重复彼此的功能，它们使用三种不同的处理器（三种不同的体系结构），但是只有一种算法。为了以某种方式统一所有内容，计划编写一个最小的虚拟机。

总的来说，我看过Java，Lua和其他机器的字节码，但是我不想将所有可用的行李改写成另一种语言。因此，我们决定使用语言-C。尽管Java或Lua听起来仍然很有吸引力。[1] [2] [3] [4]。

下一个标准是编译器。在我的项目中，我经常使用“由学生编写的匿名GCC（c）cookie”。那些。如果描述您的体系结构，则必须提出整个GCC（编译器，链接器等）。

由于我是一个懒惰的人，所以我一直在寻找尽可能小的具有GCC支持的体系结构。并成为MSP430。

简短的介绍

MSP430是一个非常简单的体系结构。它只有27条指令[5]和几乎任何寻址。

虚拟机的构建始于处理器的上下文。操作系统中处理器的上下文是一种完全描述处理器状态的结构。并通过以下方式描述此虚拟处理器的状态：

目前的团队
寄存器
中断寄存器的可选状态
RAM和ROM的可选内容

MSP430 — 16. 16 4 . , ( ).

user guide msp430x1xxx [6]. — , . «-» (, ) , , — callback.

« » ( AVR [7][8]), (, i2c SD ).

同样在处理器的上下文中，描述了中断寄存器（SFR）。MSP430中断系统在[6]第2.2节中有最准确的描述。
但是在描述的虚拟机中，我略微偏离了原来的虚拟机。在原始处理器中，中断标志位于外设寄存器中。在这种情况下，中断在SFR寄存器中描述。

通过回调以相同的方式描述处理器外围设备，这使您可以随意创建自己的外围设备。

下一个处理器项是命令多路复用器。命令多路复用器执行单独的功能。多路复用器从命令字中选择命令本身，对源和接收器进行寻址，然后执行所选命令的操作。

单独的功能描述了源地址（SRC）和接收器。

如何使用它

在项目存储库[9]中的examples文件夹中，有以下处理器的示例：

用于IAR编译器的STM8
用于SDCC编译器的STM8
用于Keil Armcc编译器的STM32
适用于GCC编译器的AVR

在Cpu.h文件中，配置了处理器。

以下设置说明：

RAM_USE_CALLBACKS-指示是否在处理器的上下文中使用调用（回调）而不是单个数组。是否使用调用来使用RAM（调用cpu.ram_read，cpu.ram_write）
ROM_USE_CALLBACKS-是否使用调用来处理ROM（调用cpu.rom_read）
IO_USE_CALLBACKS-是否使用调用与外围设备配合使用（调用cpu.io_read，cpu.io_write），如果为0，则应在cpu.c文件的msp430_io函数中描述与外围设备配合使用的功能
RAM_SIZE-RAM大小（RAM），根据此参数自动重新计算结束地址
ROM_SIZE-ROM大小（ROM），根据此参数自动重新计算起始地址
IRQ_USE-指示是否将使用中断；如果为1，则允许中断
HOST_ENDIANESS-指示主机控制器（运行虚拟机的控制器）的字节顺序。AVR，X86，STM32的体系结构是低端的，STM8是大端的
DEBUG_ON-指示是否将使用调试。通过fprintf-stderr进行调试

使用库首先将cpu.c和cpu.h连接到项目。

#include "cpu.h"

接下来是处理器上下文的声明。根据* _USE_CALLBACKS参数的使用，上下文声明代码将更改。

对于所有* _USE_CALLBACKS = 1处理器上下文声明将如下所示：

msp430_context_t cpu_context =
    {
        .ram_read_cb = ram_read,
        .ram_write_cb = ram_write,
        .rom_read_cb = rom_read,
        .io_read_cb = io_read,
        .io_write_cb = io_write
    };

其中* _cb变量接受函数指针（请参见示例）。

相反，对于* _USE_CALLBACKS = 0，声明将如下所示：

msp430_context_t cpu_context =
    {
         .rom = { /* hex program */ },
    };

接下来是通过函数进行上下文初始化：

msp430_init(&cpu_context);

并通过一个函数一次执行一条指令：

while(1)
    msp430_cpu(&cpu_context);

使用地址空间的回调如下所示：

uint16_t io_read(uint16_t address);
void io_write(uint16_t address,uint16_t data);

uint8_t ram_read(uint16_t address);
void ram_write(uint16_t address,uint8_t data);

uint8_t rom_read(uint16_t address);

IO的地址相对于0地址空间进行传输（即，如果虚拟机程序访问分配给地址0x20的P1IN，则将地址0x20传递给函数）。

相反，RAM和ROM的地址是相对于起点传输的（例如，访问地址0xfc06并将ROM从0xfc00启动时，地址0x0006将传递给该函数。即，该地址从0到RAM_SIZE，0-ROM_SIZE）

这使您可以使用外部存储器，例如I2C（已经降低了处理器的速度）。

如何完成

完全没有完成该项目。它可以正常工作，测试固件可以正常工作。但是大多数编译器实际上并不使用不同的特定命令（例如，Dadd是源和接收方的十进制加法（带有连字符））。因此，无需谈论与真实处理器的100％兼容性。

自然，每个虚拟机命令大约有两打主机操作，因此谈论任何速度特性都没有意义。

项目资源和更广泛的描述可在bitbucket.org上获得[9]。

如果这个项目对某人有用，我会很高兴。

[1] dmitry.gr/index.php?r=05.Projects&proj=12.%20uJ%20-%20a%20micro%20JVM
[2] www.harbaum.org/till/nanovm/index.shtml
[3]www.eluaproject.net
[4] code.google.com/p/picoc
[5] ru.wikipedia.org/wiki/MSP430
[6] www.ti.com/lit/ug/slau049f/slau049f.pdf
[7] ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D1%80%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%B4%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D1%80%D1%85%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0
[8] ru.wikipedia.org/wiki/AVR
[9] bitbucket.org/intl/msp430_vm

虚拟机和微控制器

简短的介绍

如何使用它

如何完成

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