CSCI 2122任务4
截止日期：2024年3月22日星期五晚上11:59，通过git提交
目标
本课业的目的是练习用C进行编码，并强化中讨论的概念关于程序表示的类。在这个任务1中，您将实现一个二进制翻译器2，如Rosetta3。您的程序将从翻译一个简单的指令集（比x86简单得多）到x86并生成x86汇编代码。代码将然后通过组装和运行来进行测试。为了使任务更简单，将其分为两部分。在第一部分中，您将实现加载器和一个简单的翻译器，该翻译器翻译更简单的指令。在第二部分中，您将扩展翻译器以翻译更复杂的指令。
准备
1.完成工作分配0，或确保已安装完成工作分配所需的工具。
2.克隆您的课业存储库：
https://git.cs.dal.ca/courses/2024-winter/csci-2122/assignment-4/????.git哪里是您的CSID。如果需要，请参阅课业0中的说明和Brightspace教程你不知道怎么做。在存储库中有一个目录：xtra，用于编写代码。目录中有一个tests目录，其中包含每次提交代码时将执行的测试。请不要修改测试目录或根目录中的.gitlab-ci.yml文件。正在修改这些文件可能会破坏测试。当分配完成时，这些文件将替换为原始文件分级。您将获得可用于构建程序的示例Makefile文件。如果你如果正在使用CLion，则将从CLion生成的CMakeLists.txt文件生成Makefile。
背景
对于这项任务，您将把简化的基于RISC的16位指令集中的二进制转换为x86-64装配具体地说X指令集包括少量（大约30条）指令，
其中大部分在大小上是两个字节（一个字）。X体系结构具有16位字大小和16个通用16位寄存器（r0…r15）。几乎所有
指令对16位数据块进行操作。因此，所有值和地址的大小都是16位。代 写CSCI 2122实现二进制翻译器全部16位值也以big-endian格式编码，这意味着最高有效字节位于第一位。
除了16个通用寄存器外，该体系结构还有两个特殊的16位寄存器：一个程序计数器（PC），其存储将被执行的下一指令的地址和状态（F），其存储表示CPU状态的位标志。状态寄存器（F）的最低有效位是条件标志，表示最后一次逻辑测试操作的真值。如果这个条件是真的，否则就是假的。
1这项任务的想法间接来自于凯尔•史密斯。
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_translation
3.https://en.wikipedia.org/wiki/Rosetta_软件
此外，CPU使用最后一个通用寄存器r15来存储指向程序堆栈的指针。
当一个项从堆栈中弹出时，此寄存器将增加2，当
一个项目被推到堆栈上。程序堆栈用于存储临时值、
函数以及函数调用的返回地址。
X指令集
指令集包括大约30条指令，用于执行算术和逻辑、数据移动、堆栈操作和流控制。大多数指令以寄存器作为操作数并存储
寄存器中运算的结果。但是，有些指令也将立即值作为操作数。因此，有四类指令：0操作数指令、1操作数指令，2操作数指令和扩展指令，它们采用两个字（4字节）而不是一个字。
除了扩展指令之外的所有指令都被编码为单个字（16位）。扩展说明如下
也是一个字，但后面跟着一个额外的一个字操作数。因此，如果指令是扩展的
指令时，PC在指令执行期间需要2的额外增量。如前所述
以前，大多数指令都被编码为一个单词。单词的最高有效两位
指示指令是0操作数指令（00）、1操作数指令“01”还是2操作数
指令（10）或扩展指令（11）。对于0操作数指令编码，两个最高有效位为00，接下来的六位表示指令标识符。这个
指令的第二个字节是0。
对于1操作数指令编码来说两个最高有效位是01，
下一位指示操作数是立即数还是寄存器，
并且接下来的五个比特表示指令标识符。如果第三多
有效位为0，则第二个字节的四个最高有效位
对要操作的寄存器进行编码（0…15）。否则，如果第三个最高有效位是1，那么
第二个字节对立即值进行编码。
对于2操作数指令编码，两个最高有效位为10，并且
接下来的六个比特表示指令标识符。第二个字节编码
两个四位块中的两个寄存器操作数。每个4位块标识一个寄存器（r0…r15）。
对于扩展指令编码，两个最高有效位是
11，下一位指示是否使用第二寄存器操作数，以及
接下来的五个比特表示指令标识符。如果第三多
有效位为0，则指令仅使用指令后面的一个字立即数操作数。否则，如果第三个最高有效位是1，那么四个
第二字节的最高有效位对作为第二操作数的寄存器（1…15）进行编码。
指令集如表1、表2、表3和表4所示。每个描述都包括助记符（以及
语法）、指令的编码、指令的描述和功能。例如，
loadi和push指令具有以下描述：
记忆编码描述函数
添加rS，rD 10000001 S D将寄存器rS添加到寄存器rD.rD← rD+rS
loadi V，rD 11100001 D 0将立即值或地址V加载到
寄存器rD。
rD← 内存[PC]
个人计算机← PC+2
将rS 01000011 S 0将寄存器rS推到程序堆栈上。r15← r15-2
存储器[r15]← rS
首先，观察加法指令取两个寄存器操作数，并将第一个寄存器与第二个寄存器相加。所有2操作数指令仅在寄存器上操作，第二个寄存器既是源，又是
目的地，而第一个是源。它是一条2操作数指令；因此前两位是10，其
指令标识符是000001，因此指令的第一个字节是0x81。
其次，loadi指令是一条扩展指令，它采用16位立即数并将其存储在
登记因此，前两位为11，寄存器位设置为1，指令标识符为00001。
因此，第一个字节被编码为0xE1。
第三，push指令是一条1操作数指令，取单个寄存器操作数。因此，第一
两个位为01，立即数位为0，指令标识符为00011。因此，第一个字节是
编码为0x43。
注意，S和D是表示S和D的4位矢量。
表1:0-操作数指令
记忆编码描述函数
ret 0000000 1 0从过程调用返回。P C← 存储器[r15]
r15← r15+2
cld 00000010 0停止调试模式请参阅下面的调试模式。
std 00000011 S 0启动调试模式请参阅下面的调试模式。
表1:1-操作数指令
记忆编码描述函数
否定rD 01000001 D 0否定寄存器rD。rD← −rD
而不是rD 01000010 D 0逻辑否定寄存器rD。rD←!rD
inc rD 01001000 D 0增量rD。rD← rD+1
dec rD 01001001 D 0递减rD。rD← rD–1
将rS 01000011 S 0将寄存器rS推到程序堆栈上。r15← r15–2
存储器[r15]← rS
pop rD 01000100 D 0将堆栈中的值放入寄存器rD.rD← 存储器[r15]
r15← r15+2
out rS 01000111 S 0将rS中的字符输出到std-out。输出← rS（见下文）
br L 01100001 L如果条件位为，则相对于标签L的分支
是的。
如果F&0x00010x001：
个人计算机← PC+L–2
jr L 01100010 L相对于标签L.PC的跳跃← PC+L–2
表3:2-操作数指令
记忆编码描述函数
将寄存器rS加到寄存器rD。rD← rD+rS
sub rS，rD 10000010 S D从寄存器rD.rD减去寄存器rS← rD-rS
mul rS，rD 10000011 S D将寄存器rD乘以寄存器rS.rD← rD*rS
以及rS、rD 10000101 S D和寄存器rS与寄存器rD。rD← rD和rS
或rS、rD 10000110 S D或寄存器rS与寄存器rD。rD← rD|rS
xor rS、rD 10000111 S D X或寄存器rS与寄存器rD。rD← rD^rS
test rS1，rS2 10001010 S D将条件标志设置为true当且仅当
rS1∧rS2不是0。
如果rS1&rS2！=0:
F← F|0x0001
其他的
F← &0xFFFE
cmp rS1，rS2 10001011 S D将条件标志设置为true当且仅当
rS1<rS2。
如果rS1<rS2：
F← F|0x0001
其他的
F← &0xFFFE
equ rS1，rS2 10001100 S D将条件标志设置为true当且仅当
rS1rS2。
如果rS1==rS2：
F← F|0x0001
其他的
F← &0xFFFE
mov rS、rD 10001101 S D将寄存器rS复制到寄存器rD。rD← rS
加载rS，rD 10001110 SD将字从存储器加载到寄存器rD
由寄存器rS指向。
rD← 内存[rS]
stor rS，rD 10001111 SD将字从寄存器rS存储到存储器
寄存器r中的地址。
内存[rD]← rS
loadb rS，rD 10010000 S D将字节从存储器加载到寄存器rD
由寄存器rS指向。
rD← （字节）内存[rS]
storb rS，rD 10010001 S D将字节从寄存器rS存储到存储器
寄存器r中的地址。
（字节）内存[rD]← rS
表3：扩展说明
其中标识符由任意长度的字母（A-Za-z）、数字（0-9）或下划线（）序列组成
第一个字符不是数字。冒号（：）必须终止标签。标签表示程序中的相应位置，并可用于跳转到代码中的那个位置。
5.指令由助记符组成，如add、loadi、push等，后面跟零或更多操作数。操作数必须与助记符用一个或多个空格分隔。多个操作数用逗号分隔。
6.如果操作数是寄存器，则其形式必须为r#，其中#的范围介于0和15之间（包括0和15）。例如，r13。
7.如果指令是立即数，那么自变量可以是标签，也可以是整数。笔记标签区分大小写。如果指定了标签，则标签后面不应该有冒号。
8.指令指示汇编程序执行特定的功能或以特定的方式表现。所有指令都以句点开头，后面跟一个关键字。有三个指令：.literal、.words和.glob，每个指令都接受一个操作数。
（a） .literal指令当前编码以null结尾的字符串或整数
程序中的位置。例如。，
mystring：
.字面意思是“你好，世界！”
myvalue：
.文字42
对后面跟有表示十进制值42的16位（1个字）值的以零结尾的字符串进行编码。在本例中，每个编码之前都有标签，因此很容易访问这些文字。也就是说，标签mystring表示字符串编码的地址（相对于程序的开始），标签myvalue表示值的地址（相对于程序的开始）。此用于
hello.xas示例。
（b） .words指令当前留出指定数量的内存单词
程序中的位置。例如。，
myspace：
.单词6
在程序的当前点分配6个字的内存。此空间未初始化为任何特定值。和以前一样，指令前面的标签表示
相对于程序开始的第一个单词的地址。这在xrt0.xas中用于
为程序堆栈留出空间。
（c） .glob指令导出指定的符号（标签）（如果在文件中定义），并且
如果指定的符号（标签）已使用但未在文件中定义，则导入该符号。例如。，
.glob foo
.glob条
...
loadi bar，r0
...
foo：
.字面意思是“你好，世界！”
声明了两个符号（标签）foo和bar。符号foo是在这个文件中声明的，所以它将
在其他文件中导出（可以访问）。使用后一个符号bar，但不使用
定义。链接此文件时，链接器在中查找符号（标签）定义
其他文件使对符号的所有引用都指向定义符号的位置。
注意：建议您将文字和所有空间分配放在程序的末尾，因此
它们不会干扰程序本身。如果你确实把文字放在程序的中间，你
将需要确保您的代码绕过这些分配。
提供了几个示例程序集文件（以.xas结尾）。您可以通过调用来组装它们
汇编程序，例如：
./xas example.xas example.xo
此调用将导致汇编程序读入example.xas文件并生成输出
文件example.xo。请随意查看汇编程序的代码。