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大家好

很久以前，就有一种编写某种处理器的仿真器的愿望。
还有什么比发明自行车更好的呢？

自行车的名称是V16，是通过加上单词Virtual（虚拟）和实际上的位深度来表示的。

从哪里开始？

当然，您需要从对处理器的描述开始。

一开始，我计划编写一个DCPU-16仿真器，但是Internet上有如此多的奇迹，因此我决定只专注于“舔”最基本的DCPU-16 1.1。

建筑学

内存和端口

V16寻址RAM的128Kb（65536字），也可以用作设备缓冲区和堆栈。
堆栈以地址FFFF开始，因此，RSP的标准值为0xFFFF
V16 I / O端口有256个，它们的长度均为16位。通过指令IN b, a和OUT b, a进行读取和写入。

寄存器

V16有两组通用寄存器：主要寄存器和备用寄存器。
一个处理器只能使用一组，因此您可以使用XCR指令在一组之间切换。

使用说明

所有指令的最大长度为三个字，并且首先完全定义
第一个字分为三个值：低字节是操作码，高字节是两个4位值的形式，是对操作数的描述。

打断

这里的中断不过是一个表，该表具有处理器将CALL指令复制到的地址。如果地址值为零，则中断不执行任何操作，仅复位HF标志。

取值范围	内容描述
0x0 ... 0x3	案例作为价值
0x4 ... 0x7	在以下位置注册为值
0x8 ... 0xB	寄存器+常量作为地址值
0xC	作为值的常数
0xD	常量作为值
0xE	RIP寄存器为只读值
0xF	RSP注册为值

所有这些都应翻译成伪代码和单词的示例：

 MOV RAX, 0xABCD ; 350D ABCD MOV [RAX], 0x1234 ; 354D 1234

周期数

V16可以1、2或3小节执行一条指令。每个存储器访问是一个单独的时钟周期。指令不灵通！

让我们开始写作！

基本处理器结构的实现

一组寄存器。只有四个寄存器，但是情况有所改善，处理器中有两个这样的寄存器组。使用XCR指令进行切换。

 typedef struct Regs { uint16_t rax, rbx; //Primary Accumulator, Base Register uint16_t rcx, rdx; //Counter Register, Data Register } regs_t;

标志与DCPU-16不同，V16具有条件跳转，子例程调用并从中返回。目前，处理器具有8个标志，其中5个是条件标志。
```
 //  ,    stdbool.h typedef struct Flags { bool IF, IR, HF; bool CF, ZF; bool EF, GF, LF; } flags_t; 
```

实际上，处理器本身。它还描述了中断地址表，可以将其称为描述符并找到对x86的另一个引用。

 typedef struct CPU { //CPU Values uint16_t ram[V16_RAMSIZE]; //Random Access Memory uint16_t iop[V16_IOPSIZE]; //Input-Output Ports uint16_t idt[V16_IDTSIZE]; //Interrupt vectors table (Interrupt Description Table) flags_t flags; //Flags regs_t reg_m, reg_a; //Main and Alt register files regs_t * reg_current; //Current register file uint16_t rip, rsp, rex; //Internal Registers: Instruction Pointer, Stack Pointer, EXtended Accumulator //Emulator values bool reg_swapped; //Is current register file alt bool running; //Is cpu running uint32_t cycles; //RAM access counter } cpu_t;

操作数。获取值时，我们需要先读取，然后更改，然后将值写回到获取值的位置。
```
 typedef struct Opd { uint8_t code : 4; uint16_t value; uint16_t nextw; } opd_t; 
```

用于结构的功能

当描述了所有结构时，就需要使这些结构具有淬灭代码的神奇力量的功能。

 cpu_t * cpu_create(void); //   void cpu_delete(cpu_t *); //   void cpu_load(cpu_t *, const char *); // ROM   void cpu_rswap(cpu_t *); //   uint16_t cpu_nextw(cpu_t *); //RAM[RIP++]. Nuff said void cpu_getop(cpu_t *, opd_t *, uint8_t); //  void cpu_setop(cpu_t *, opd_t *, uint16_t); //  void cpu_tick(cpu_t *); //   void cpu_loop(cpu_t *); // ,

另外，我没有提到带有操作代码的大型枚举，但这不是必需的，仅是为了了解所有这些混乱情况中所需要的。

勾号（）函数

此外，还有对静态函数的调用，这些静态函数仅用于从tick()进行调用。

 void cpu_tick(cpu_t *cpu) { //    HLT,      if(cpu->flags.HF) { //      ,      if(!cpu->flags.IF) { cpu->running = false; } return; } //       uint16_t nw = cpu_nextw(cpu); uint8_t op = ((nw >> 8) & 0xFF); uint8_t ob = ((nw >> 4) & 0x0F); uint8_t oa = ((nw >> 0) & 0x0F); //     //   opd_t opdB = { 0 }; opd_t opdA = { 0 }; //    cpu_getop(cpu, &opdB, ob); cpu_getop(cpu, &opdA, oa); //        -  uint16_t B = opdB.value; uint16_t A = opdA.value; uint32_t R = 0xFFFFFFFF; //    bool clearf = true; //       ? //   ! switch(op) { //     . ,   ,    R } //   if(clearf) { cpu->flags.EF = false; cpu->flags.GF = false; cpu->flags.LF = false; } //  ,  32-   16-  //  0xFFFF0000,   0xFFFF << 16 //        32-  if(R != 0xFFFFFFFF) { cpu_setop(cpu, &opdB, (R & 0xFFFF)); cpu->rex = ((R >> 16) & 0xFFFF); cpu->flags.CF = (cpu->rex != 0); cpu->flags.ZF = (R == 0); } return; }

接下来要做什么？

为了找到这个问题的答案，我将模拟器从C重写到C ++了五次，反之亦然。

但是，现在可以确定主要目标：

固定常规中断（而不是仅调用函数并禁止接收其他中断，而要进行函数调用并将新的中断添加到队列中）。
螺丝设备以及与之通信的方式，操作码的好处是256。
教书 ~~不要在Habr上写下任何异端~~ 处理器以200 MHz的特定时钟速度运行。

结论

我希望这个“文章”对某人有用，有人会促使他们写类似的东西。

我的馅饼可以在github上查看。

另外，关于恐怖，我为该模拟器的旧版本提供了汇编程序（不，甚至不要尝试，模拟器至少会抱怨ROM格式错误）

我们编写了任何人都不需要的模拟器