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2010.01.03 [MIPS] Assembler 코드 살펴보기 - 4
2009.12.30 [MIPS] Assembler 코드 살펴보기 - 3
2009.12.29 [MIPS] Assembler 코드 살펴보기 - 2
2009.12.26 [MIPS] Assembler 코드 살펴보기
2009.12.20 [MIPS] Simulator
2009.12.17 [MIPS] OSX에서 MIPS C Compiler를 빌드하기
2009.06.09 Computer Architecture 강의 자료
2009.01.30 DSP Design [2]

[MIPS] MIPS assembler simulator XSPIM

Computer archiecture 서적의 바이블인 Computer organization and design 에 보면

부록에서 SPIM이라는 MIPS Processor 시뮬레이터에 대한 언급이 나옵니다.

Assembler로 코딩한 것을 테스트 해 볼 수 있는 시뮬레이터입니다.

최신 버전이 8 이고 아래 사이트에 가면 다운로드 할 수 있습니다.

http://pages.cs.wisc.edu/~larus/spim.html

소스 코드로 다운로드할 수 있는데 빌드는 크게 어려운 점이 없으므로 쉽게 할 수 있습니다.

특징은 다른 시뮬레이텨들은 대부분 Binary 파일을 로드해서 사용하도록 되어 있는데 이 XSPIM/SPIM은 assembler파일을 로드해서 사용할 수 있도록 되어 있습니다. 그리고 다양한 OS에 포팅되어 있어서 리눅스는 물론이고 OSX까지 포팅되어 있습니다. MIPS 어셈블러를 테스트 해보고 싶은 분들에게는 좋은 출발점이 될 수 있는 프로그램입니다.

창을 열면 위와 같이 GUI창이 나오는데 마치 DDD를 보는 것 같은 느낌입니다.

용법은 대개 쉬워서 가운데 부분에 있는 버튼들을 잘 두들기면 됩니다.

실행 방법

xspim assembler_file_name

입니다.

예를 들어서 tt.endians.s 라는 어셈블러 파일을 실행하고 싶으면 다음과 같이 합니다.

xspim tt.endians.s

그러면 다음과 같이 창이 나타납니다.

Step 커맨드 버튼을 눌르면 한 스텝씩 진행됩니다.

몇가지 System Function을 지원하는데 그중에 하나가 print문입니다.

tt.endians.s 파일은 아래와 같습니다.

......

.data

saved_ret_pc: .word 0 # Holds PC to return from main

m3: .asciiz "The next few lines should contain exception error messages\n"

m4: .asciiz "Done with exceptions\n\n"

m5: .asciiz "Expect an address error exception:\n "

m6: .asciiz "Expect two address error exceptions:\n"

.text

.globl main

main:

sw $31 saved_ret_pc

.data

lb_: .asciiz "Testing LB\n"

lbd_: .byte 1, -1, 0, 128

lbd1_: .word 0x76543210, 0xfedcba98

.text

li $v0 4 # syscall 4 (print_str) <--

la $a0 lb_

syscall

la $2 lbd_

lb $3 0($2)

bne $3 1 fail

lb $3 1($2)

bne $3 -1 fail

lb $3 2($2)

bne $3 0 fail

lb $3 3($2)

bne $3 0xffffff80 fail

.......

위에서 보는 것 처럼 $v0에 4를 넣고 (print str system call 번호입니다.)

$a0에 해당 스트링의 어드레스를 넣은 뒤에 syscall을 수행하면 위의 그림처럼 메시지가 출력됩니다.

디버깅시에 편한 용법입니다.

디버깅 창의 제일 밑에보면 수행되는 명령어 시퀀스를 하나씩 출력합니다.

SPIM Version 8.0 of January 8, 2010

See the file README for a full copyright notice.

Loaded: /usr/local/lib/spim/exceptions.s

[0x00400000] 0x8fa40000 lw $4, 0($29) ; 183: lw $a0 0($sp) # argc

[0x00400004] 0x27a50004 addiu $5, $29, 4 ; 184: addiu $a1 $sp 4 # argv

[0x00400008] 0x24a60004 addiu $6, $5, 4 ; 185: addiu $a2 $a1 4 # envp

[0x0040000c] 0x00041080 sll $2, $4, 2 ; 186: sll $v0 $a0 2

[0x00400010] 0x00c23021 addu $6, $6, $2 ; 187: addu $a2 $a2 $v0

[0x00400014] 0x0c100009 jal 0x00400024 [main] ; 188: jal main <--

[0x00400024] 0x3c011001 lui $1, 4097 ; 45: sw $31 saved_ret_pc

[0x00400028] 0xac3f0000 sw $31, 0($1)

[0x0040002c] 0x34020004 ori $2, $0, 4 ; 52: li $v0 4 # syscall 4 (print_str)

[0x00400030] 0x3c011001 lui $1, 4097 [lb_] ; 53: la $a0 lb_

[0x00400034] 0x342400a2 ori $4, $1, 162 [lb_]

[0x00400038] 0x0000000c syscall ; 54: syscall

[0x0040003c] 0x3c011001 lui $1, 4097 [lbd_] ; 56: la $2 lbd_

[0x00400040] 0x342200ae ori $2, $1, 174 [lbd_]

[0x00400044] 0x80430000 lb $3, 0($2) ; 57: lb $3 0($2)

[0x00400048] 0x34010001 ori $1, $0, 1 ; 58: bne $3 1 fail

[0x0040004c] 0x14230243 bne $1, $3, 2316 [fail-0x0040004c]

[0x00400050] 0x80430001 lb $3, 1($2) ; 59: lb $3 1($2)

[0x00400054] 0x3c01ffff lui $1, -1 ; 60: bne $3 -1 fail

00400014 에서 JAL을 하므로 00400024로 점프합니다. 이것은 main에 해당되는 어드레스입니다.

따라서 System Reset시에는 00400000부터 시작함을 알 수 있습니다.

해당되는 코드는

./CPU/exception.S

파일에 있습니다. 해당 파일을 보면

.......

# Standard startup code. Invoke the routine "main" with arguments:

# main(argc, argv, envp)

#

.text

.globl __start

__start:

lw $a0 0($sp) # argc

addiu $a1 $sp 4 # argv

addiu $a2 $a1 4 # envp

sll $v0 $a0 2

addu $a2 $a2 $v0

jal main <--

nop

li $v0 10

syscall # syscall 10 (exit)

.globl __eoth

__eoth:

.......

으로 되어 있어서 _start부터 리셋 스타트가 시작되고 있음을 알 수 있습니다.

여기서 jal main을 수행하므로 여기서 유저가 짠 프로그램으로 점프 하고 있습니다.

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[MIPS] Simulator

MIPS 아키텍쳐 공부하시는 분들에게 도움 될만한 사이트 하나를 발견했습니다.

http://xavier.perseguers.ch/en/programming/mips-assembler.html

MIPS Assembler and Simulator is a tool for converting MIPS assembly code into MIPS machine code in either hexadecimal or binary output format. Simulation of the execution is also allowed, as seen in the course “Computer Architecture”.

펜티엄 3에서 1초에 약 2500 명령어 정도를 수행할 수 있다고 합니다.

요샌 뭐 더 빠르게 실행하겠죠

다운로드는 이 페이지에서 할 수 있습니다.

http://xavier.perseguers.ch/en/programming/mips-assembler/download.html

소스코드도 오픈해주어서 다운 받을 수 있습니다.

http://xavier.perseguers.ch/nc/en/programming/mips-assembler/download/all-files.html

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Posted by GUNDAM_IM

[MIPS] OSX에서 MIPS C Compiler를 빌드하기

오래간만의 컴파일러 빌드입니다.

1) binutils 설치하기

우선 binutils를 다운 받습니다.

커맨드는 아래와 같습니다.

cvs -z 9 -d :pserver:anoncvs@sourceware.org:/cvs/src login
{enter "anoncvs" as the password}
cvs -z 9 -d :pserver:anoncvs@sourceware.org:/cvs/src co binutils

빌드는 아래와 같이 합니다.

mkdir build

cd build

../binutils-2.20/configure --target=mips-elf --prefix=/Volumes/ZGUNDAM/usr/lcao --with-gnu-as --with-gnu-ld

make all
make install

설치가 끝나고 확인하면 아래와 같습니다.

GUNDAMMACPRO:build kevinIm$ ls /Volumes/ZGUNDAM/usr/local/bin/
mips-elf-addr2line mips-elf-ld mips-elf-ranlib mips-elf-strip
mips-elf-ar mips-elf-nm mips-elf-readelf
mips-elf-as mips-elf-objcopy mips-elf-size
mips-elf-c++filt mips-elf-objdump mips-elf-strings

패스가 추가되어야 하기 때문에

export PATH=$PATH:/Volumes/ZGUNDAM/usr/local/bin

으로 미리 추가해 둡니다.

2. gcc를 빌드하기

ftp.dti.ad.jp

에서 gcc 최신 버전을 다운 받습니다. 이 글을 쓰는 시점에서는 4.4.2입니다.

다운받아서 압축을 풀고 빌드를 합니다.

mkdir build
cd build
../gcc-4.4.2/configure --target=mips-elf --without-headers --with-gnu-as --with-gnu-ld --disable-shared --prefix=/Volumes/ZGUNDAM/usr/local/ --with-newlib --disable-libssp

그러면 아래와 같은 오류가 발생합니다.

....
checking for correct version of gmp.h... no
configure: error: Building GCC requires GMP 4.1+ and MPFR 2.3.2+.
Try the --with-gmp and/or --with-mpfr options to specify their locations.
Copies of these libraries' source code can be found at their respective
hosting sites as well as at ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/.
.......

GMP 4.1과 MPFR2.32 이상 버전이 필요하다는 의미입니다.
MAC에서는 소스를 가지고 와서 빌드하는 것과 fink등을 이용해서 다운 받는것이 가능합니다.
여기선 그냥 다운 받는것으로 하고 진행합니다.

sudo port install gmp
---> Fetching gmp
---> Attempting to fetch gmp-4.3.1.tar.bz2 from ftp://ftp.dti.ad.jp/pub/GNU/gmp
---> Verifying checksum(s) for gmp
---> Extracting gmp
---> Applying patches to gmp
---> Configuring gmp
---> Building gmp
---> Staging gmp into destroot
---> Installing gmp @4.3.1_1
---> Activating gmp @4.3.1_1
---> Cleaning gmp

GUNDAMMACPRO:build kevinIm$ sudo port install mpfr
---> Fetching lzmautils
---> Attempting to fetch lzma-4.32.7.tar.gz from http://distfiles.macports.org/lzmautils
---> Verifying checksum(s) for lzmautils
---> Extracting lzmautils
---> Configuring lzmautils
---> Building lzmautils
---> Staging lzmautils into destroot
---> Installing lzmautils @4.32.7_1
---> Activating lzmautils @4.32.7_1
---> Cleaning lzmautils
---> Fetching mpfr
---> Attempting to fetch patch01 from http://distfiles.macports.org/mpfr/2.4.1
---> Attempting to fetch patch02 from http://distfiles.macports.org/mpfr/2.4.1
---> Attempting to fetch patch03 from http://distfiles.macports.org/mpfr/2.4.1
---> Attempting to fetch patch04 from http://distfiles.macports.org/mpfr/2.4.1
---> Attempting to fetch mpfr-2.4.1.tar.lzma from http://distfiles.macports.org/mpfr/2.4.1
---> Verifying checksum(s) for mpfr
---> Extracting mpfr
---> Applying patches to mpfr
---> Configuring mpfr
---> Building mpfr
---> Staging mpfr into destroot
---> Installing mpfr @2.4.1-p4_1
---> Activating mpfr @2.4.1-p4_1
---> Cleaning mpfr

그러면 설치가 된다. 설치된 위치는 /opt/local입니다.
이 위치를 반영하여서 다시 아래와 같이 커맨드를 넣습니다.

GUNDAMMACPRO:build kevinIm$ ../gcc-4.4.2/configure --target=mips-elf --without-headers --with-gnu-as --with-gnu-ld --disable-shared --prefix=/Volumes/ZGUNDAM/usr/local/ --with-newlib --disable-libssp --with-gmp=/opt/local --with-mpfr=/opt/local --enable-languages="c"

make all

그러면 한참 컴파일을 합니다.

그러다가 다음과 같은 오류를 냅니다.

gcc -g -O2 -DIN_GCC -DCROSS_DIRECTORY_STRUCTURE -W -Wall -Wwrite-strings -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes -Wcast-qual -Wold-style-definition -Wmissing-format-attribute -DHAVE_CONFIG_H -o cc1-dummy c-lang.o stub-objc.o attribs.o c-errors.o c-lex.o c-pragma.o c-decl.o c-typeck.o c-convert.o c-aux-info.o c-common.o c-opts.o c-format.o c-semantics.o c-ppoutput.o c-cppbuiltin.o c-objc-common.o c-dump.o c-pch.o c-parser.o c-gimplify.o tree-mudflap.o c-pretty-print.o c-omp.o dummy-checksum.o \
   main.o libbackend.a ../libcpp/libcpp.a ../libdecnumber/libdecnumber.a ../libcpp/libcpp.a ./../intl/libintl.a -liconv ../libiberty/libiberty.a ../libdecnumber/libdecnumber.a -L/opt/local/lib -L/opt/local/lib -lmpfr -lgmp
Undefined symbols:
"_iconv_close", referenced from:
   __cpp_destroy_iconv in libcpp.a(charset.o)
   __cpp_destroy_iconv in libcpp.a(charset.o)
   __cpp_convert_input in libcpp.a(charset.o)
   __nl_free_domain_conv in libintl.a(loadmsgcat.o)
"_iconv", referenced from:
   _convert_using_iconv in libcpp.a(charset.o)
   _convert_using_iconv in libcpp.a(charset.o)
......

이 오류는 다음과 같이 커맨드를 넣어서 해결한다.

sudo port deactivate libiconv
/sw/bin/fink update libgettext3-dev

이후에 make를 하면 잘 진행된다.

make all
make install

테스트를 하면

GUNDAMMACPRO:build kevinIm$ mips-elf-gcc --help
Usage: mips-elf-gcc [options] file...
Options:
-pass-exit-codes Exit with highest error code from a phase
--help Display this information
--target-help Display target specific command line options
--help={target|optimizers|warnings|params|[^]{joined|separate|undocumented}}[,...]
   Display specific types of command line options
(Use '-v --help' to display command line options of sub-processes)
--version Display compiler version information
-dumpspecs Display all of the built in spec strings
-dumpversion Display the version of the compiler
-dumpmachine Display the compiler's target processor
-print-search-dirs Display the directories in the compiler's search path
-print-libgcc-file-name Display the name of the compiler's companion library
-print-file-name=<lib> Display the full path to library <lib>
-print-prog-name=<prog> Display the full path to compiler component <prog>
-print-multi-directory Display the root directory for versions of libgcc
.......

3) Newlib 컴파일 하기

다운로드는 다음 커맨드로 받습니다.
cvs -z 9 -d :pserver:anoncvs@sources.redhat.com:/cvs/src login {enter "anoncvs" as the password} cvs -z 9 -d :pserver:anoncvs@sources.redhat.com:/cvs/src co newlib

../src/configure --target=mips-elf -prefix=/Volumes/ZGUNDAM/usr/local --with-gnu-as --with-gnu-ld

이후에

make all
make install

을 하면 됩니다.

확인은 아래와 같이 합니다.
GUNDAMMACPRO:build kevinIm$ ls /Volumes/ZGUNDAM/usr/local/mips-elf/lib/

cfe.ld ddb.ld ldscripts libidt.a libnullmon.a pcrt0.o
crt0.o el libc.a liblsi.a libpmon.a pmon.ld
crt0_cfe.o idt.ld libcfe.a libm.a lsi.ld soft-float
ddb-kseg0.ld idtecoff.ld libg.a libnosys.a nullmon.ld
GUNDAMMACPRO:build kevinIm$

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Posted by GUNDAM_IM

Computer Architecture 강의 자료

이번에 올리는 것은 글이 아니고 자료입니다.

몇달전에 부탁받은 컴퓨터 아키텍쳐 강의 자료입니다.

그동안 빈둥거리며 놀다가 (사실 놀지는 않았습니다만, 쩝.. )

하루만에 날림으로 만들었습니다.

에효~~

수정을 해야 하는 부분도 있겠습니다. 하지만 참고로 보시면 될 것 같아서 올립니다.

사실 한번 만든 자료는 나중에 다시 손볼려고 해도 특별한 기회가 없으면 손을 보지 않죠.. ㅋㅋ

내용은 개략적인 아키텍쳐와

MIPS 24K, MIPS 34K 위주로 정리하였습니다.

MULTI-THREAD가 어떻게 움직이는지 보며주는 정도까지 정리하였습니다.

내부 구조까지 정리하면 곤란하고, 해야 할 말도 많기 때문에 외부에서 보이는 것 위주로 정리하였습니다.

그냥 참고용으로 만든자료니, 너무 큰 기대는 금물입니다.

컴퓨터 아키텍쳐 발표용 자료

invalid-file

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Posted by GUNDAM_IM

DSP Design [2]

앞서의 글에서 공개된 아키텍쳐를 이용해서 만드는 것이 좋다고 말씀드렸습니다.

공개된 아키텍쳐 중에서 당장 눈에 뛰는 것은 4가지 입니다.

- OpenCores 와

- SUN Sparc Processor

- Core-A

- MIPS-I

각각의 프로세서를 간략하게 정리하였습니다.

2-1 OpenCore - 1000/1200

Damjanl Lampret 라는 사람이 만든 OpenCores에서 공개한 프로세서로서 32비트 및 64비트까지 지원하는

명령어 세트를 가지고 있습니다.

오픈 코아는 명령어 자체가 걸려있는 것이 아닌것으로 생각되어, 구현 해도 큰 문제는 없을 것으로 생각합니다.

다만 현재 있는 것도 잘 되어 있어서 큰 문제는 없고, 실제 사용한 적도 있기 때문에

굳이 구현할 필요까지는 없을 것 같습니다.

무엇보다 공짜인데.. 라는 생각이 강한 오픈 코아이기 때문에 개인적으로는 위화감이 있습니다.

2-2 SUN Sparc

요게 맘에 들긴 합니다.

뭣보다도 정식 라이센스도 가능하고, 컴파일러와 O/S도 다 갖추고 있기 때문에 구현후에 좋습니다.

선에서 구할 수 있는 것은 T1과 T2프로세서 입니다.

T2는 서버를 원칩에 담겠다는 개념으로 만들어서 코드네임도 “NAIAGARA"로 명명했습니다.

결과물을 보면 물량전에서 절대 지지 않는 울트라 리스크 러쉬라고 할까요 ?

그런 정도의 엄청난 물량을 가지고 있습니다.

T1도 잘 만들었고 실제 이넘에서 프로세서 하나를 떼서 사업화 하겠다던 회사도 있었습니다.

그후에 소식은 못들어서 또 역사의 물결 속으로 사라진게 아닌가 하는 의구심도 듭니다.

하여튼 개인적으로는 이러한 레지스터 윈도우 방식은 참으로 좋은 아이디어로 생각합니다.
일정 수준까지의 함수의 호출에서는 스택을 건드리지 않고 파라미터와 내용을 전달하기 때문에
속도가 아주 빠릅니다.

다만 일정 수준을 넘어가면 Exception이 발생하고, 그 후에 다시 처리하는 것이 조금 시간이 걸린다는 단점이 있습니다.

개인적으로는 Embedded IP에서 게이트 카운트에 압박을 벗어나는 시대이므로, 용량이 좀 되는 어플리케이션에서는 좋은 어프로치라고 생각합니다.

2-3 Core-A

작년 여름께 발표된 것으로, 특허청과 국내 대학 연합에서 만들어서 발표한 아키텍쳐입니다.

아키텍쳐가 공개된는지는 모르겠습니다만, 명령어 세트를 구하는 것은 쉬운 것이라서

구현이 가능한 범주에 넣었습니다.

NOP를 명령어 비트에 집어넣은 발상으로 만들었기 때문에 Data forwarding이 필요 없다는

개념을 가진 아키텍쳐로 보입니다.

컴파일러와 시뮬레이터가 아직 완전하지 않은것으로 보여 이 부분에 대한 보완이 시급한 것 같습니다.

하지만, 이제 시작이고 국내에서 EISC외에 새로운 아키텍쳐가 나왔다는 점에서 의미가 있다고 생각합니다.

2-4 MIPS-I

위의 사진은 도시바에서 만든 MIPS-4400입니다.

MIPS WIKI페이지에서 옮겼습니다.

ARM과 쌍벽을 이루면서, 미국에서 자존심을 걸고 지켜주는 프로세서이죠

프로세서 아키텍쳐 바이블 서적인 Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface 에서 설명하는 구조입니다.

프로세서 공부하시는 분들은 모르는 사이에 한번 공부한 아키텍쳐죠..

MIPS의 클론 프로세서를 검토한다면 렉서라라는 회사에 대해서 알아야 합니다. 이것에 대해서는 아래 링크를 한번 읽어보시면 좋겠습니다.

(눈물 없이는 읽을 수 없는 글입니다.)

http://jonahprobell.com/lexra.html

LEXRA는 MIPS-I 클론을 만들었고, 특허를 피해가기 위해서 노력을 했습니다만, MIPS의 현질 공세에 밀려서 사라진 회사입니다. 저자는 MIPS가 Lexra에 대항했을 때의 그 노력으로 ARM에 대항했다면, 훨씬 좋은 결과를 만들었을 거라는 아쉬움을 이야기합니다.

MIPS-I에서 특허로 보호받는 부분은 명령어중 4개 정도 입니다. 그리고 이 명령어들은 Memory Miss Alignment에 대한 것들입니다.

이 것에 대해서는 우여 곡절이 많지만 하여튼 2006년 12월에 특허가 완전히 풀렸습니다.

따라서 구현에 법적인 문제는 없는것으로 되어 있습니다.

관련해서 오픈 코아의 Plasma프로세서가 MIPS-I을 이용해서 구현했습니다.

http://www.opencores.org/projects.cgi/web/mips/overview

앞서 말씀드린 바와 같이 MIPS-I의 특허는 완전히 풀렸기 때문에 이것을 이용해서 프로세서를 만드는 것이 가능합니다.

2-5 어떤 아키텍쳐를 ??

어떤 것을 구현하는게 좋은지는 법적인 문제와 실제 문제 그리고, 프로세서의 개발 환경 문제도 검토해야 합니다.

그리고 컴파일러의 최적화 문제에 대해서 고민을 해봐야 하고 또, 프로세서의 용도에 따라서 선택해야 하는 문제입니다.

이번에 만들고 싶은 프로세서는 고성능 DSP프로세서이기 때문에 명령어 확장도 가능한 형태로 가야 합니다. 이 부분을 고려하여서 위의 4가지 아키텍쳐 중에서 하나를 선택해서 구현합니다.

---------

그외에 공개된 아키텍쳐가 있다면 좋겠습니다.

이 자료는 현재까지 알고 있는 아키텍쳐에 대해서 검토한 과정을 정리한 것입니다.

언제나 그렇듯 제가 알고 있는 부분과 사실과 틀릴수도 있습니다. ㅋㅋ

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