实现更多的指令

为了让NEMU支持大部分程序的运行, 目前你需要实现以下指令(一些例外会在备注中说明):

• Data Movement Instructions: mov xchg push pop leave movsx movzx
• Binary Arithmetic Instructions: add adc sub sbb cmp inc dec neg mul imul div idiv
• Logical Instructions: not and or xor sal(shl) shr sar setcc test
• Control Transfer Instructions: jmp call ret jcc
• String and Character Translation Instructions: movs stos rep
• Miscellaneous Instructions: lea nop

你只需要实现上述红色字体的指令, 它们不多不少都和以下的某些内容相关: EFLAGS, 堆栈, 整数扩展, 加减溢出判断. 框架代码已经把黑色字体的指令实现好了, 但并没有填写 opcode_table . 此外, 某些需要更新EFLAGS的指令, 以及有符号立即数的译码函数(在 nemu/src/cpu/decode/decode-template.h 中定义)并没有完全实现好(框架代码中已经插入了 panic() 作为提示), 你还需要编写相应的功能.

测试用例

未测试代码永远是错的, 你需要足够多的测试用例来测试你的NEMU. 我们在 testcase 目录下准备了一些测试用例, 需要更换测试用例时, 修改工程目录下 Makefile 中的 USERPROG 变量, 改成测试用例的可执行文件( obj/testcase/xxx , 不是C源文件)即可.

testcase 目录下的大部分测试用例都可以直接在NEMU上运行, 除了以下几个测试用例:

• hello-inline-asm
• hello
• hello-str
• integral
• quadratic-eq

其中运行hello-inline-asm和hello需要系统调用的支持, 在PA2中我们无法提供系统调用的功能, 这两个测试用例将会在PA4中用到, 目前你可以忽略它们; 要运行hello-str需要使一些和ELF文件组织相关的小技巧, 我们在PA2的最后再来讨论如何运行它; 而integral和quadratic-eq涉及到浮点数的使用, 我们先来讨论如何处理浮点数.

实现binary scaling

要在NEMU中实现浮点指令也不是不可能的事情. 但实现浮点指令需要涉及x87架构的很多细节, 而且我们并不打算在用户程序中直接使用浮点指令. 为了在保持程序逻辑的同时不引入浮点指令, 我们通过整数来模拟实数的运算, 这样的方法叫binary scaling.

我们先来说明如何用一个32位整数来表示一个实数. 为了方便叙述, 我们称用binary scaling方法表示的实数的类型为 FLOAT . 我们约定最高位为符号位, 接下来的15位表示整数部分, 低16位表示小数部分, 即约定小数点在第15和第16位之间(从第0位开始). 从这个约定可以看到, FLOAT 类型其实是实数的一种定点表示.

31  30                  16                    0
+----+-------------------+--------------------+
|sign|      integer      |      fraction      |
+----+-------------------+--------------------+

这样, 对于一个实数 a , 它的 FLOAT 类型表示 A = a * 2^16 (截断结果的小数部分). 例如实数 1.2 和 5.6 用 FLOAT 类型来近似表示, 就是

1.2 * 2^16 = 78643 = 0x13333
+----+-------------------+--------------------+
| 0  |         1         |        3333        |
+----+-------------------+--------------------+


5.6 * 2^16 = 367001 = 0x59999
+----+-------------------+--------------------+
| 0  |         5         |        9999        |
+----+-------------------+--------------------+

而实际上, 这两个 FLOAT 类型数据表示的数是:

0x13333 / 2^16 = 1.19999695
0x59999 / 2^16 = 5.59999084

对于负实数, 我们用相应正数的相反数来表示, 例如 -1.2 的 FLOAT 类型表示为:

-(1.2 * 2^16) = -0x13333 = 0xfffecccd

V = V + 1
V = V - 1
IF V != 0 GOTO LABEL

    # Assume a = 0, x and y are initialized with some positive integers.
    # Other temporary variables are initialized with 0.
    # Let "jnz" carries a variable: jnz v, label.
    # It means "jump to label if v != 0".
    # Compute a = x + y used only these three instructions: inc, dec, jnz.
    # No other instructions can be used.
    # The result should be stored in variable "a".
    # Have a try?