OzComp

Общее описание

Мы создаем компьютер на базе Arduino с удобными инструкциями, которые позволяют просто общаться с устройствами, не используя их интерфейсы, не зная ничего о их протоколах и интерфейсах, что сокращает размер исходного кода. Так же наш проект расширяет возможности Arduino. Теперь ей доступно около 2 Гб (не больше) оперативной памяти, которая представлена в виде FLASH-памяти на SD карте. Так же имеется теоретическая (пока нет утилит) возможность, не прибегая к стороннему программированию (программатор, компьютер для загрузки прошивки и т.д.), писать программы, которые будут работать на нашем компьютере. Помимо прочего, наш проект устраняет скорый износ внутренней FLASH-памяти (например при частой смене программного обеспечения) и последующую негодность платы. Это происходит за счет наличия внешнего подключения SD карты.

Ниже дано краткое описание системы команд, регистров и архитектуры в целом.

• По 16 регистров с именами R0-R15 для плавающей арифметики и для целых чисел.
• Системные регистры в количестве 16 штук, сейчас используются 3 - для указателя на инструкцию, указателя на вершину стека и для флагов состояния.
• Операции для чисел с плавающей запятой это арифметические, стековые и операции копирования (MOV), их имена предворяются знаком F (FADD, FMOV).
• Все регистры 32-битные.

Таблица распиновки

Пин Arduino	Пин устройства	Название устройства
D2	RST	Часы
D3	CLK	Клавиатура
D4	MOSI	Экран
D5	DC	Экран
D6	CE	Экран
D7	RST	Экран
D8	DATA	Клавиатура
D9	CLK	Экран
D10	CS	SD
D11	MOSI	SD
D12	MISO	SD
D13	CLK	SD
A0	DAT	Часы
A1	R	RGB
A2	CLK	Часы
A3	+	Пьезо
A4	G	RGB
A5	B	RGB
A6	C1	mini-jack
A7	C2	mini-jack

Память и системные регистры

• Память реализована как SD-карта (в эмуляторе файл 'memory'). Программа стартует с нулевого байта.
• SP это внутренний указатель на вершину стека, устанавливается в начале программы в значение равное объему памяти на SD карте.
• IP это внутренний указатель на текущую инструкцию.
• FLAGS это внутренний регистр состояния, состоит из 16 битов устанавливаемых автоматически при выполнении инструкций и 16 битов устанавливаемых программно для задания состояния компьютеру.

Биты регистра флагов

Номер	Обозначение	Назначение
0	E	Результат целочисленной арифметики дал значение 0
1	L	Результат целочисленной арифметики дал значение < 0
2	G	Результат целочисленной арифметики дал значение > 0
3	I	Отрисовка графических примитивов перетерла значение на экране
4	Z	Результат плавающей арифметики дал значение 0
5	B	Результат плавающей арифметики дал значение < 0
6	A	Результат плавающей арифметики дал значение > 0
7	NI	Отрисовка графических примитивов не перетерла значение на экране
8-15	N/A	Зарезервировано
16	COLOR	Задает цвет отрисовки графики
17	RGBSOUND	Подсвечивать светодиодами музыку
18-31	N/A	Зарезервировано

Экран

Экран - монохромный и имеет разрешение 84*48 пикселя, это 6 рядов по 84 колонки. Каждый зажженый пиксель в колонке n от левого верхнего угла последовательно - слева направо, сверху вниз, означает установленный бит сверху вниз n-го байта в памяти экрана. Экран не позволяет узнать содержимое своей памяти, поэтому она хранится в памяти Arduino.

Клавиатура

Компьютер запускается только при наличии подключенной AT-совместимой клавиатуры (PS/2).

Звуки

Звуковой источник - пьезо-пищалка, которая установлена на 17 пин Arduino. Аудио код состоит из количества пар 16-битных чисел, частоты пищания и задержки. Реально задержки нет, поскольку сигнал генерируется отдельным таймером Arduino.

Обозначения

• R - регистр
• C - константа
• L - метка
• N/A - нет аргументов
• M - ячейка памяти, запись вида [L, R1, R2, N \in {1, 2, 4}], где формула адреса такова L+R1+R2*N - слагаемые могут отсутствовать, синтаксически отделенные запятыми.

Арифметические операции

Название	Аргументы	Описание
ADD	R/(R,C)	Сложение
SUB	R/(R,C)	Вычитание
MUL	R/(R,C)	Умножение
DIV	R/(R,C)	Деление
MOD	R/(R,C)	Остаток от деления
POW	R/(R,C)	Возведение в степень
CMP	R/(R,C)	Изменить флаги вычитанием
TEST	R	Изменить флаги сравнением с нулем

Логические операции

Название	Аргументы	Описание
AND	R/(R,C)	Побитовое И целых частей операндов
OR	R/(R,C)	Побитовое ИЛИ целых частей операндов
XOR	R/(R,C)	Побитовое исключающее ИЛИ целых частей операндов
SHR	R/(R,C)	Битовый сдвиг вправо
SHL	R/(R,C)	Битовый сдвиг влево

Общий пример для этих групп команд.

• ADD R0, R1
• ADD R0, 1

Переходы

Название	Аргументы	Описание
JMP	L	Безусловный переход
J{E,G,L,I,A,B,Z,...}	L	Условный переход по E, G, L
LOOP	L	Условный переход пока R14 больше 0
CALL	L	Безусловный переход с сохранением IP в стек
RET	N/A	Извлечение IP из стека

Общий пример для этой группы команд.

• JNE my_label
• CALL my_func
• RET

Работа со стеком

Название	Аргументы	Описание
PUSH	R	Положить на стек
POP	R	Снять со стека
FPUSH	R	Положить на стек флоатовское значение
FPOP	R	Снять со стека флоатовское значение

Примеры

• PUSH R0
• FPOP R1

Экран, клавиатура и динамик

Название	Аргументы	Описание
FPRINT	(R,L)	Печать числа с плавающей запятой
LPRINT	(R,L)	Печать нуль-терминированной строки
PRINT	(R,L)	Печать целого числа
SCUR	R/R, C/C	Установка курсора на позицию X, Y
SEND	(R,C)	Отправка байта на экран в текущую позицию курсора
DRAW	L	Отправить 504 байта в память экрана из памяти с адреса L
GKEY	N/A	Получить символ клавиатуры в регистре R15, 0 если нет
SCOL	C	Установить цвет рисуемого изображения (0 или не 0 для монохромного экрана)
PLAY	L	Начать циклическое проигрывание музыки
NPLAY	N/A	Завершить проигрывание музыки
RGB	R/R/R	Установить цвет светодиодов
RGB	C/C/C	Установить цвет светодиодов
MLS	N/A	Узнать количество милисекунд, пройденных с запуска, в R12
MCS	N/A	Узнать количество микросекунд, пройденных с запуска, в R12
RPIX	R/(R,C)	Реверс нескольких подряд идущих столбцов экрана

Примеры

• PRINT my_str
• IPRINT R0
• SETC R0, R5
• SETC 10, 20
• SEND R0 (<256)
• SEND 85
• GKEY

Макрокоманды MCASM

Название	Аргументы	Описание
DD	C1, C2, ...	Создать несколько 32-битных чисел
DW	C1, C2, ...	Создать несколько 16-битных чисел
DB	C1, C2, ...	Создать несколько 8-битных чисел, (строки тоже)
DF	C1, C2, ...	Создать несколько 32-битных чисел с плавающей запятой
TIMES	CMD ARGS N	Повторить команду CMD N раз

Примеры

• DD -3, 100500, 0xffffffff
• DB 10, 12, 255, "HELLO WORLD!"
• DF 3.1415926535, 2.718281828
• TIMES CALL INC 10

Другие

Название	Аргументы	Описание
MOV	R/(R,C,M),M/R	Перемещение данных во float
MOVB	R/M,M/R	Перемещение байтов в ячейки памяти
INT	R	Округление
DELAY	(R,C)	Задержка в милисекундах
RND	N/A	Случайное целое в промежутке [0, 1024], результат в R13
ICVTF	R/R	Конвертация float в int
FCVTI	R/R	Конвертация int в float
GTM	R/R/R	Получить время RTC
STM	(R/R/R,C/C/C)	Установить время RTC
MZER	(R,C)/(C,C)	Занулить фиксированное количество байт по указателю

Примеры

• MOV [my_var], R0
• MOV R0, [my_var, R1]
• INT R0
• DELAY R1
• DELAY 100
• RND