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EasyDLX

EasyDLX. Università degli Studi di Bologna. Facoltà di Ingegneria. Un linguaggio che realizza un sottoinsieme dell’Instruction Set Architecture del DLX. Progetto per l’esame di Linguaggi e Modelli Computazionali LS. Realizzato da Daniele Biagi. Docente Prof. E.Denti.

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Presentation Transcript

  1. EasyDLX Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria Un linguaggio che realizza un sottoinsieme dell’Instruction Set Architecture del DLX Progetto per l’esame di Linguaggi e Modelli Computazionali LS Realizzato da Daniele Biagi Docente Prof. E.Denti

  2. Obiettivi del progetto • Sviluppare un linguaggio che consenta di simulare delle operazioni su un processore DLX. • Realizzare un interprete per questo linguaggio che possa aggiornare lo stato interno di una macchina virtuale. • Realizzare un’interfaccia grafica dotata di un editor per la scrittura di codice e che possa mostrare passo passo lo stato della macchina virtuale. EasyDLX - Daniele Biagi

  3. Principali caratteristiche del DLX (1/2) • Istruzioni di tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer) • Le istruzioni sono sempre allineate ad indirizzi multipli di 4 • Program Counter (PC) per tenere traccia dell’inidirizzo della prossima istruzione • 32 registri general purpose da 32 bit (R0..R31, R0=0) • 32 registri da 32 bit ed un registro di stato sono dedicati per operazioni floating point. EasyDLX - Daniele Biagi

  4. Principali caratteristiche del DLX (2/2) • Gli operandi immediati, dove previsti, sono codificati con 16 bit • Lo spazio di indirizzamento è di 4 GigaByte (32bit) • Una sola modalità di indirizzamento: registro + offset (di 16 bit) • I numeri negativi sono rappresentati in complemento a due, mentre quelli positivi in segno-valore assoluto EasyDLX - Daniele Biagi

  5. Il set di istruzioni del DLX Le istruzioni possono essere suddivise in 3 classi: • Istruzioni aritmetiche e logiche che possono prevedere anche un operando immediato (I) e tipo unsigned (U): • Istruzioni logiche:AND(I), OR(I), XOR(I) • Istruzioni aritmetiche: ADD(U)(I), SUB(U)(I), MULT(U), DIV(U) • Istruzioni di shift logico (a destra o a sinistra): SLL(I), SRL(I) • Istruzioni di set condition, le quali se verificata una certa condizione inseriscono un 1 nel registro di destinazione, o altrimenti uno 0: SEQ(I) (=), SNE(I) (≠), SLT (I) (<), SGT (>), SLE (≤) , SGE (≥) • Istruzioni di trasferimento dati: • Trasferimento dalla memoria (Load): LB(U), LH(U), LW • Trasferimento verso la memoria (Store): SB, SH, SW • Istruzioni di trasferimento del controllo: • Istruzioni di salto condizionato: BNEZ, BEQZ • Istruzioni di salto incondizionato diretto e indiretto: J, JR • Istruzioni di chiamata a procedura: JAL, JALR EasyDLX - Daniele Biagi

  6. Linguaggio: esempio • LOOP: ADD R1,R2,R3; R1  R2+R3 • ADDI R1, R2,3; R1  R2+3 • ADD R1, R5, R0; R1 R5 • SLT R1, R2, R3; se R2<R3 R1  1, altrimenti R1  0 • LB R1,40(R3); R1  (MEM[40+R3]7)24##(MEM[40+R3]) • LBU R1,40(R3); R1  (0)24## (MEM[40+R3]) • SW 10(R5), R7;MEM[10+R5]  R7 • JAL alfa; R31  PC+4, PC  (PC+4)+OFFSET(alfa) • BEQZ R4,LOOP;se R4=0 PC  PC+4+OFFSET(LOOP) • NOP; estensione del segno EasyDLX - Daniele Biagi

  7. Realizzazione • Dal progetto sono state escluse le operazioni ed i registri floating point. • Non vengono gestite le interruzioni • Le istruzioni RFE, CLI, STI e TRAP non sono state implementate • Ma, il linguaggio sviluppato comprende tutte le istruzioni delle 3 classi viste precedentemente e l’istruzione NOP. EasyDLX - Daniele Biagi

  8. Grammatica: i token • Le parole chiave per le etichette, numeri e separatori: utilizzata nelle istruzioni di salto es. BEQZ R4,LOOP; <LABELJ: <LETTER> (<LETTER> | <DIGIT>)*> <LABEL_COLON: <LABELJ> ":"> <NUMBER: (<SIGN>)? ["1"-"9"] (<DIGIT>)* | "0"> <DIGIT: ["0"-"9"]> <COMMA: ","> <OPEN_BRACKET: "("> <CLOSE_BRACKET: ")"> <SIGN: "+" | "-"> <SEMICOLON: ";"> <LETTER: ["a"-"z","A"-"Z","_"]> utilizzata nella definizione delle etichette es. LOOP:... EasyDLX - Daniele Biagi

  9. Grammatica: non terminali • Lo scopo della grammatica: <Goal> ::= ( <Label>)? <Instruction><SEMICOLON> <Label> ::= <LABEL_COLON> <Instruction> ::= <Instr3Regs> | <Instr2RegImm> | <InstrLoad> | <InstrStore> | <InstrBranch> | <InstrJumpReg> | <InstrJumpLab> | <Nop> In base al numero di operandi ed al tipo, possiamo dividere le istruzioni in 8 tipi diversi EasyDLX - Daniele Biagi

  10. Grammatica: non terminali • Istruzioni aritmetiche e logiche: <Instr3Regs> ::= <Op3Regs> <Register> <COMMA><Register> <COMMA><Register> <Op3Regs> ::= ADD | ADDU | SUB | SUBU | MULT | MULTU | DIV | DIVU | AND | OR | XOR | SLL | SRL | SLT | SGT | SLE | SGE | SEQ | SNE <Instr2RegImm> ::= <Op2RegsImm><Register> <COMMA> <Register> <COMMA> <Immed> <Op2RegsImm> ::= ADDI | ADDUI | SUBI | SUBUI | ANDI | ORI | XORI | SLLI | SRLI | SLTI | SGTI | SLEI | SGEI | SEQI | SNEI Con 3 registri es. ADD R1,R2,R3 Con 2 registri ed un immediato es. ADDI R1,R2,3 EasyDLX - Daniele Biagi

  11. Grammatica: non terminali • Istruzioni di traferimento dati e di salto: <InstrLoad> ::= <OpLoad> <Register> <COMMA> <Immed> <OPEN_BRACKET> <Register> <CLOSE_BRACKET> <OpLoad>::= LB | LBU | LH | LHU | LW <InstrStore> ::= <OpStore> <Immed> <OPEN_BRACKET> <Register> <CLOSE_BRACKET> <COMMA><Register> <OpStore> ::= SB | SH | SW <InstrBranch> ::= <OpBranch> <Register> <COMMA> <LABELJ> <OpBranch> ::= BEQZ | BNEZ <InstrJumpReg> ::= <OpJumpReg> <Register> <OpJumpReg> ::= JR | JALR <InstrJumpLab> ::= <OpJumpLab><LABELJ> <OpJumpLab> ::= J | JAL Load es. LB R1,16(R2) Store es. SB 16(R2),R1 Branch es. BEQZ R2,LOOP Jump con registro es. JR R31 Jump con etichetta es. J LABEL EasyDLX - Daniele Biagi

  12. Grammatica: non terminali • Istruzione NOP, operando immediato e registri: <Nop>::= NOP <Immed> ::= <NUMBER> <Register>::= R0 | R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | R6 | R7 | R8 | R9 | R10 | R11 | R12 | R13 | R14 | R15 | R16 | R17 | R18 | R19 | R20 | R21 | R22 | R23 | R24 | R25 | R26 | R27 | R28 | R29 | R30 | R31 • Ma quali proprietà ha questa grammatica? EasyDLX - Daniele Biagi

  13. Grammatica: proprietà (1/2) • Proprietà della grammatica: • non ci sono produzioni che accorciano la forma di frase corrente • le parti sinistre di tutte le produzioni presentano un solo simbolo non terminale • le produzioni non sono vincolate alle forme lineari • Quindi, secondo la classificazione di Chomsky, la grammatica è di tipo 2 (context-free), in quanto tutte le produzioni risultano essere nella forma: con EasyDLX - Daniele Biagi

  14. Grammatica: proprietà (2/2) • La grammatica è LL(1), quindi basta un solo simbolo della frase per scegliere la produzione da applicare • In particolare, la grammatica non contiene ε-rules, quindi per verificare che sia LL(1) è sufficiente verificare che la condizione sugli Starter Symbols sia soddisfatta • Il linguaggio generato è regolare (tipo 3), poichè la grammatica non contiene self-embedding EasyDLX - Daniele Biagi

  15. Architettura del sistema: interpretazione (1/2) editor Analisi Lessicale (Scanner o Lexer) caratteri Analisi Semantica (Visitor) token AST rappresentazione della frase Analisi Sintattica (Parser) EasyDLX - Daniele Biagi

  16. Architettura del sistema: interpretazione (2/2) generato da JavaCC • Package parser: • EasyDLXParserTokenManager è lo Scanner che individua i singoli token • EasyDLXParser è il Parser che effettua l’Analisi Sintattica • Package sintaxtree: • contiene tutte le classi che possono essere usate per la costruzione dell’ AST • Package easyDLXVisitor: generato da JTB Le classi visitor estendono DepthFirstVisitor generata da JTB • contiene tutti i visitor che vengono utilizzati per l’interpretazione e per il controllo semantico ...perchè 3 visitor? EasyDLX - Daniele Biagi

  17. Problema delle forward references • Prima di simulare l’esecuzione delle istruzioni, viene eseguito un passo in cui viene associato un PC ad ogni istruzione. • di conseguenza viene assegnato anche un PC ad ogni etichetta che viene definita • E se avessi bisogno di fare un salto ad un’istruzione prima della definizione della sua etichetta? J LABEL; ... LABEL: ADD R1,R2,R3; EasyDLX - Daniele Biagi

  18. Analisi Semantica(Primo passo) • Al primo passo l’applicazione analizza le istruzioni nell’ordine in cui sono state inserite, ed esegue dei controlli semantici attraverso EasyDLXVisitorReferences: • gli immediati con segno devono essere compresi fra -32768 e 32767 • gli immediati senza segno devono essere compresi fra 0 e 65535 • la stessa etichetta deve essere definita soltanto una volta • R0 non può essere la destinazione • Jump o Branch a riferimenti mai definiti • Successivamente avviene la simulazione passo-passo, dove il contenuto dei registri e della memoria viene modificato sfruttando EasyDLXVisitorSimulation EasyDLX - Daniele Biagi

  19. Analisi Semantica (Secondo passo) • Ora nel caso di un salto o di un branch taken si va ad eseguire l’istruzione al nuovo PC. • Tuttavia, attraverso l’interfaccia grafica l’utente può controllare: • la prossima istruzione • quando eseguire la prossima istruzione • il contenuto dei registri • l’albero sintattico generato dal terzo visitor EasyDLXVisitorTree • il contenuto della memoria • Inoltre, ci sono le condizioni per effettuare ulteriori controlli semantici: • load e store non possono coinvolgere gli indirizzi dove sono memorizzare le istruzioni • l’indirizzo di una load deve riferirsi ad un’area di memoria dove è stato scritto qualcosa • gli indirizzi nelle LH ed SH devono essere pari • gli inidirizzi nelle LW e SW devono essere multipli di 4 EasyDLX - Daniele Biagi

  20. Architettura del sistema: interfaccia grafica e simulazione • L’applicazione è inoltre composta dei seguenti package: • easyDLXGUI: contiene le classi per l’interfaccia grafica • easyDLXsimulation: contiene le classi che modellano la macchina • easyDLXeditor: contiene le classi per costruire l’editor del codice EasyDLX - Daniele Biagi

  21. Interfaccia Utente • Aspetto dell’interfaccia utente durante la simulazione: controllo step-by-step stato dei registri prossima istruzione che verrà eseguita tabella corrispondenze etichetta-PC albero sintattico editor area di notifica stato della memoria EasyDLX - Daniele Biagi

  22. Test e collaudi • Per verificare la correttezza dell’analisi sintattica e semantica sono stati dati in input: • file con errori sintattici • file con errori semantici • Per accertare la correttezza delle operazioni che simulano il DLX, gli operandi sono stati generati in maniera casuale • in questo modo i test sono attendibili e garantiscono un ottimo grado di copertura EasyDLX - Daniele Biagi

  23. Strumenti utilizzati • Linguaggio di programmazione • Java (jdk1.7.0_01) • Ambiente di sviluppo • Eclipse Indigo • Generazione parser e scanner • JavaCC 5.0 • Generazione AST e visitor • Java Tree Builder 1.3.2 • Ambiente di test • Junit 4.8.2 EasyDLX - Daniele Biagi

  24. Limiti e sviluppi futuri... • Limiti: • L’applicazione in caso di overflow non avvisa l’utente: • Non è possibile mappare alcuna periferica • Non è possibile visualizzare i bit delle aree di memoria dove sono presenti le istruzioni • Oltre ai limiti dell’applicazione, ulteriori spunti per sviluppi futuri sono: • introduzione delle operazioni floating point • introduzione delle interruzioni EasyDLX - Daniele Biagi

  25. Demo EasyDLX - Daniele Biagi

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