Эмулятор процессора Intel 8080. Аналог в СССР: КР580ВМ80А
- Дата анонса: апрель 1974 года
- Тактовая частота: 2 МГц (позже 2,5 МГц, 3,1 МГц и 4 МГц)
- Разрядность регистров: 8 бит
- Разрядность шины данных: 8 бит
- Разрядность шины адреса: 16 бит
- Объём адресуемой памяти: 64 Кбайт
- Поддерживаемые технологии: 80 инструкций
Посмотреть процессор в работе можно на примере проекта эмулятора компьютера «Орион-128». Оригинальный компьютер использовал советский аналог КР580ВМ80А
Эмулятор позволяет подключать объекты, реализующие шаблон IO для обмена данными с памятью или устройствами.
template<typename T>
class IO
{
public:
virtual uint8_t read(T address) const = 0;
virtual void write(T address, uint8_t data) = 0;
};Шаблон может быть реализован как uint16_t для обмена данным с RAM или как uint8_t для обработки данных от инструкций IN/OUT. Обратите внимание, что во втором случае индекс устройства будет типа uint8_t
void connect (std::shared_ptr<IO<uint16_t>> bus);
void connect (std::shared_ptr<IO<uint8_t>> io);Пример реализации RAM
class Ram : public IO<uint16_t>
{
private:
// 64 KB
std::array<uint8_t, 64 * 1024> ram {};
public:
virtual uint8_t read(uint16_t address) const override {
return ram[address];
}
virtual void write(uint16_t address, uint8_t data) override {
ram[address] = data;
}
};Подключение
auto ram = std::make_shared<Ram>();
cpu -> connect(ram);void setCounter(uint16_t counter);
uint16_t getCounter();Метод setCounter(uint16_t counter) устанавливает программный счетчик на адрес counter. После этого процессор начнет обрабатывать операции начиная с этого адреса:
cpu -> setCounter(0xF800);
while (cpu -> getCounter() > 0)
{
// Читает команды с 0xF800 пока программный счетчик не
// встретит команду NOP (0x00)
cpu -> clock();
}Запуск и сброс осуществляются при помощи методов clock() и reset()
void clock();
void reset();Каждая инструкция выполняется за определенное количество циклов (clock cycles). Один вызов clock() эмулирует один такт. Например, для выполнения операции MOV R,R необходимо вызвать clock() 5 раз. Причем, операция будет выполнена в первый вызов, а последующие нужны для эмуляции нужного числа тактов.
Эмулятор обрабатывает недокументированные операции
0xCB: JMP 00 00
0xD9: RET
0xDD: CALL 00 00
0xED: CALL 00 00
0xFD: CALL 00 00
В эмуляторе отсутствует поддержка установки флага прерывания и поддержка спящего режима.
0x03: DI
0xFB: EI
0x76: HLT
Длс логирования выполняемых инструкций, необходимо скомпилировать приложение с ключем ASMLOG.
0x3A0A CD E1 32 $0E CALL A:57 B:00 C:04 D:00 E:57 H:00 L:00 $00 $00 $D3 S=0 Z=0 AC=1 P=0 C=0 0x2FF3
0x32E1 0E 02 MVI A:57 B:00 C:02 D:00 E:57 H:00 L:00 $00 $00 $D3 S=0 Z=0 AC=1 P=0 C=0 0x2FF3
0x32E3 CD BD 20 $F5 CALL A:57 B:00 C:02 D:00 E:57 H:00 L:00 $00 $00 $D3 S=0 Z=0 AC=1 P=0 C=0 0x2FF1
0x20BD F5 PUSH A:57 B:00 C:02 D:00 E:57 H:00 L:00 $00 $00 $D3 S=0 Z=0 AC=1 P=0 C=0 0x2FEF
0x20BE 0E 02 MVI A:57 B:00 C:02 D:00 E:57 H:00 L:00 $00 $00 $D3 S=0 Z=0 AC=1 P=0 C=0 0x2FEF
0x20C0 CD 05 00 $D3 CALL A:57 B:00 C:02 D:00 E:57 H:00 L:00 $00 $00 $D3 S=0 Z=0 AC=1 P=0 C=0 0x2FED
Расшифровка на примере последней строки:
| Описание | |
|---|---|
0x20C0 |
Значение програмного счетчика |
CD 05 00 |
Инструкция с аргументами. (CALL 0x0005) |
$D3 |
Значение памяти по адресу аргумента (0x0005) |
CALL |
Название инструкции |
A:57 |
Значение аккумулятора после выполнения инструкции |
B:00...L:00 |
Значения регистров после выполнения инструкции |
$00 $00 $D3 |
Значения памяти по адресам регистровых пар BC, DE и HL |
S=0 |
Значение флага Sign после выполнения инструкции |
Z=0 |
Значние флага Zero после выполнения инструкции |
AC=1 |
Значение флага Auxiliary Carry после выполнения инструкции |
P=0 |
Значение флага Parity после выполнения инструкции |
C=0 |
Значение флага Carry после выполнения инструкции |
0x2FED |
Указатель стека после выполнения инструкции |
По-умолчанию, код собирается с ключем LOGTEST для чтения результатов прохождения тестов. Для сборки потребуется компилятор с поддержкой C++ 14.
$ make runПосле запуска, приложение выполняет несколько тестов для проверки работоспособности эмулятора. Модифицированный 8080EXM.com это тренажер (exerciser) Яна Бартоломеева и Александра Демина, который выполняет циклически избыточный код (CRC) и генерирует некоторое значение на основе выполнения группы операций процессора. Полученное значение сравнивается со значением, полученным на реальном процессоре.
MICROCOSM ASSOCIATES 8080/8085 CPU DIAGNOSTIC VERSION 1.0 (C) 1980
CPU IS OPERATIONAL
DIAGNOSTICS II V1.2 - CPU TEST
COPYRIGHT (C) 1981 - SUPERSOFT ASSOCIATES
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
CPU IS 8080/8085
BEGIN TIMING TEST
END TIMING TEST
CPU TESTS OK
8080 Preliminary tests complete
8080 instruction exerciser
dad <b,d,h,sp>................ PASS! crc is:14474ba6
aluop nn...................... PASS! crc is:9e922f9e
aluop <b,c,d,e,h,l,m,a>....... PASS! crc is:cf762c86
<daa,cma,stc,cmc>............. PASS! crc is:bb3f030c
<inr,dcr> a................... PASS! crc is:adb6460e
<inr,dcr> b................... PASS! crc is:83ed1345
<inx,dcx> b................... PASS! crc is:f79287cd
<inr,dcr> c................... PASS! crc is:e5f6721b
<inr,dcr> d................... PASS! crc is:15b5579a
<inx,dcx> d................... PASS! crc is:7f4e2501
<inr,dcr> e................... PASS! crc is:cf2ab396
<inr,dcr> h................... PASS! crc is:12b2952c
<inx,dcx> h................... PASS! crc is:9f2b23c0
<inr,dcr> l................... PASS! crc is:ff57d356
<inr,dcr> m................... PASS! crc is:92e963bd
<inx,dcx> sp.................. PASS! crc is:d5702fab
lhld nnnn..................... PASS! crc is:a9c3d5cb
shld nnnn..................... PASS! crc is:e8864f26
lxi <b,d,h,sp>,nnnn........... PASS! crc is:fcf46e12
ldax <b,d>.................... PASS! crc is:2b821d5f
mvi <b,c,d,e,h,l,m,a>,nn...... PASS! crc is:eaa72044
mov <bcdehla>,<bcdehla>....... PASS! crc is:10b58cee
sta nnnn / lda nnnn........... PASS! crc is:ed57af72
<rlc,rrc,ral,rar>............. PASS! crc is:e0d89235
stax <b,d>.................... PASS! crc is:2b0471e9
Tests complete