Übung 8: Assembler

In dieser Aufgabe sollen Sie die Arbeitsweise eines Assemblers anhand des folgenden Beispielprogramms für die vereinfachte Mikroprozessor-Architektur aus der Vorlesung nachvollziehen, die der 32 Bit x86-Architektur ähnlich ist. Das Befehlsformat ist gegenüber der x86-Architektur vereinfacht und besteht aus den folgenden Elementen:

• OpCode (1 Byte)
• Register- und Adressmodusbezeichner 1. Operand (1 Byte, optional)
• Register- und Adressmodusbezeichner 2. Operand (1 Byte, optional)
• SI-Byte (Abkürzung steht für Scale and Index, 1 Byte, optional)
• Displacement (4 Bytes, optional)
• Immediate (4 Bytes, optional)

Anhand der Anweisung mov edx, [ebx+8*ecx] wird die Bildung des Maschinencodes exemplarisch erläutert. Der Opcode wird mit Hilfe der entsprechende Tabelle (siehe unten) bestimmt und entspricht in diesem Fall 0x0C. Für die beiden Operanden muss anschließend jeweils ihr Register- und Adressmodusbezeichner bestimmt werden, die jeweils in einem Byte codiert werden und ebenfalls aus der entsprechenden Tabelle (siehe unten) ersichtlich sind. Die Bits 0-3 des Bezeichners spezifizieren den Adressmodus, die Bits 4-7 spezifizieren, welches Register als Basis für den Adressmodus verwendet wird.

Der erste Operand stellt ein Register dar, so dass die Bits 0-3 den Wert 0x0 annehmen. Da es sich bei dem Register des ersten Operanden um das Register edx handelt, nehmen die Bits 4-7 den Wert 0x3 an. Somit besitzt der Register- und Adressmodusbezeichner des ersten Operanden den Wert 0x30.

Der zweite Operand verwendet als Adressierungsmodus indirekt indiziert, so dass die Bits 0-3 des Register- und Adressmodusbezeichners den Wert 0x4 annehmen. Die Bits 4 bis 7 nehmen den Wert 0x1 an, der für das Register ebx steht. Somit besitzt der Register- und Adressmodusbezeichner des zweiten Operanden den Wert 0x14. Anschließend muss im SI-Byte das Index-Register sowie der Skalierungsfaktor des zweiten Operanden codiert werden. Bits 0-3 stehen hierbei für das Index-Register und nehmen wegen des Registers ecx den Wert 0x2 an. Die Bits 4-7 beschreiben den Skalierungsfaktor und nehmen daher hier den Wert 0x8 an.

Somit ergibt sich für die exemplarische Anweisung der Maschinencode 0x0C301482.

1. Erläutern Sie kurz und prägnant die Funktionsweise des Beispielprogramms.

2. Vollziehen Sie die Phase 1 eines Assemblers wie in der Vorlesung nach:

   • Markieren Sie die Pseudooperationen im Quelltext.
   • Errechnen Sie die Länge der einzelnen Befehle und geben Sie diese am Zeilenende in Klammern an.
   • Schreiben Sie vor jede Zeile im Quellcode den entsprechenden Locationcounter.
   • Generieren Sie die Symboltabelle des Assemblers, verwenden Sie hierzu die nachfolgende Tabelle.
   • Geben Sie die Länge des Code- und des Datensegmentes sowie die Gesamtlänge an.

3. Vollziehen Sie nun die Phase 2 des Assemblers nach, indem Sie eine Objektdatei im in der Vorlesung vorgestellten Objektformat erzeugen. Zur Vereinfachung können alle Zahlen im Big Endian-Format dargestellt werden, außerdem seien alle Sprünge relativ und alle Funktionsaufrufe absolut. Codieren Sie, soweit möglich, genau drei Befehle in einem T-Datensatz. Nutzen Sie auch den den S-Datensatz. Gehen Sie davon aus, dass der Dateiname und damit auch der Modulname cntdwn lautet.

extern  exit
extern  printf

global  main

SECTION .text
main:
    push    ebp
    mov     ebp, esp
    sub     esp, 4

    mov     ebx, 0x39
    mov     dword [ebp-4], 0x30

.schleife:
    cmp     ebx, dword [ebp-4]
    je      .ende

    mov     byte [msg+msg_len-3], bl

    push    dword msg
    call    printf
    add     esp, 4

    dec     ebx
    jmp     .schleife

.ende:
    add     esp, 4
    pop     ebp

    push    dword 0
    call    exit
    add     esp, 4

    mov     eax, 1
    mov     ebx, 0
    int     0x80

SECTION .data
    CR equ 13
    LF equ 10
    msg db "Hello World! ebx = ?", CR, LF, 0
    msg_len equ $ - msg

• Symboltabelle

• Opcodes

• Adressmodus (untere 4 Bits)

• Register (obere 4 Bits)