155 lines
15 KiB
Markdown
155 lines
15 KiB
Markdown
# КВС (kvs_9_8.py) — Ассемблер с русским синтаксисом для x86-64
|
||
|
||
## 📖 Оглавление
|
||
- [🎯 Назначение и концепция](#-назначение-и-концепция)
|
||
- [🚀 Особенности и возможности](#-особенности-и-возможности)
|
||
- [⚙️ Архитектура и процесс сборки](#️-архитектура-и-процесс-сборки)
|
||
- [📁 Формат исходных файлов (.квс)](#-формат-исходных-файлов-квс)
|
||
- [🔧 Система команд (инструкции)](#-система-команд-инструкции)
|
||
- [💾 Регистры процессора](#-регистры-процессора)
|
||
- [📋 Директивы ассемблера](#-директивы-ассемблера)
|
||
- [📦 Система импорта модулей](#-система-импорта-модулей)
|
||
- [🔄 Процесс трансляции и выходные файлы](#-процесс-трансляции-и-выходные-файлы)
|
||
- [⚠️ Ограничения и особенности реализации](#️-ограничения-и-особенности-реализации)
|
||
|
||
## 🎯 Назначение и концепция
|
||
|
||
**КВС** — это ассемблер для архитектуры x86-64, полностью использующий **русскую лексику** для мнемоник инструкций, имён регистров и директив. Проект носит **образовательный и экспериментальный характер** и демонстрирует принципы работы ассемблера, построения ELF-файлов и трансляции высокоуровневых концепций в машинный код.
|
||
|
||
**Ключевые философские принципы проекта:**
|
||
* **Самодокументируемый код**: Читаемость и ясность важнее краткости.
|
||
* **Изоляция логики**: Разделение парсера, трансформатора и кодогенератора.
|
||
* **Минимизация зависимостей**: Используется только `struct` для упаковки данных, `re` не используется.
|
||
* **Избегание чрезмерного ООП**: В контексте возможной будущей самокомпиляции.
|
||
|
||
## 🚀 Особенности и возможности
|
||
|
||
* **Полностью русский синтаксис**: Все инструкции (`переместить`, `прибавить`, `вызвать`), регистры (`раикс`, `есипи`, `ал`) и директивы (`.текст`, `.данные`) используют кириллицу.
|
||
* **Генерация исполняемых ELF-файлов**: На выходе создаются 64-битные ELF-файлы для Linux, готовые к запуску.
|
||
* **Двухпроходная сборка**: Традиционная для ассемблеров схема с разрешением меток.
|
||
* **Поддержка секций**: Явное разделение на секции кода (`.текст`) и данных (`.данные`).
|
||
* **Система импорта модулей**: Директива `.импорт` для включения других файлов `.квс` с автоматическим разрешением имён.
|
||
* **Подготовка к сложной адресации**: Архитектура заложена для будущей трансформации сложных режимов адресации памяти в последовательности простых инструкций через промежуточное представление.
|
||
* **Детальное логирование**: Генерация `.log.csv` файла с полным соответствием машинных кодов, виртуальных адресов и исходных команд.
|
||
|
||
## ⚙️ Архитектура и процесс сборки
|
||
|
||
Процесс трансляции исходного кода `.квс` в исполняемый файл `.elf` проходит через несколько этапов:
|
||
|
||
```
|
||
Исходный файл (.квс)
|
||
│
|
||
▼ (Этап 1: Разбор и импорт)
|
||
Промежуточный файл (.квс.промежуточный)
|
||
│
|
||
▼ (Этап 2: Двухпроходное ассемблирование)
|
||
Данные секций + Таблица меток
|
||
│
|
||
▼ (Этап 3: Генерация ELF)
|
||
Исполняемый файл (.elf) + Лог (.log.csv)
|
||
```
|
||
|
||
**Подробнее об этапах:**
|
||
1. **Построение промежуточного представления**: Исходный файл и все импортированные модули объединяются в один текст. Метки и константы переименовываются (получают суффикс имени модуля) для избежания коллизий.
|
||
2. **Первый проход ассемблирования**: Анализируется промежуточный файл, вычисляются размеры всех инструкций и данных, строится таблица меток с их смещениями внутри секций.
|
||
3. **Второй проход ассемблирования**: Генерируется машинный код. Адреса меток подставляются в инструкции переходов, загрузки адресов и т.д. Формируются бинарные содержимое секций `.text` и `.data`.
|
||
4. **Компоновка ELF**: Собранные секции упаковываются в формат исполняемого файла ELF 64-bit с корректными заголовками, таблицами секций и сегментов.
|
||
|
||
## 📁 Формат исходных файлов (.квс)
|
||
|
||
Исходные файлы имеют расширение `.квс`. Их структура следует традициям ассемблера:
|
||
|
||
```asm
|
||
; Комментарий начинается с точки с запятой
|
||
.данные ; Начало секции данных
|
||
приветствие: .строка_нуль "Здравствуй, мир!"
|
||
число: .байт 0x2A
|
||
|
||
.текст ; Начало секции кода
|
||
.глобал _start ; Объявление точки входа
|
||
|
||
_start: ; Метка
|
||
переместить_имм раикс, 60 ; Системный вызов exit (60) в rax
|
||
переместить_имм рдикс, 42 ; Код возврата (42) в rdi
|
||
вызов_системы ; Вызов ядра (syscall)
|
||
```
|
||
|
||
## 🔧 Система команд (инструкции)
|
||
|
||
Ассемблер поддерживает обширный набор инструкций x86-64, сгруппированных по категориям:
|
||
|
||
| Категория | Примеры инструкций | Соответствие NASM |
|
||
| :--- | :--- | :--- |
|
||
| **Перемещение данных** | `переместить`, `загрузить`, `сохранить`, `загрузить_адрес` | `mov`, `lea` |
|
||
| **Арифметика** | `прибавить`, `вычесть`, `умножить`, `разделить`, `увеличить` | `add`, `sub`, `mul`, `div`, `inc` |
|
||
| **Логические операции** | `и`, `или`, `инвертировать`, `проверить` | `and`, `or`, `not`, `test` |
|
||
| **Управление потоком** | `переход`, `переход_если_равно`, `вызвать`, `вернуться` | `jmp`, `je`, `call`, `ret` |
|
||
| **Работа со стеком** | `втолкнуть`, `вытолкнуть` | `push`, `pop` |
|
||
| **Сдвиги и вращения** | `сдвиг_влево`, `вращать_вправо` | `shl`, `ror` |
|
||
| **Строковые операции** | `переместить_байт`, `сравнить_байты` | `movsb`, `cmpsb` |
|
||
| **Системные вызовы** | `вызов_системы`, `прервать` | `syscall`, `int` |
|
||
|
||
**Особенности кодирования:** Проект корректно генерирует префиксы REX, учитывает размеры операндов (8/16/32/64 бита) и поддерживает базовые режимы адресации памяти (например, `[раикс]`).
|
||
|
||
## 💾 Регистры процессора
|
||
|
||
Поддерживаются регистры x86-64 во всех их размерах:
|
||
|
||
| 64-битные | 32-битные | 16-битные | 8-битные (младшие) | 8-битные (старшие) |
|
||
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
|
||
| `раикс` | `еаикс` | `аикс` | `ал` | `аш` |
|
||
| `рбикс` | `ебикс` | `бикс` | `бл` | `бш` |
|
||
| `рсикс` | `есикс` | `сикс` | `кл` | `чш` |
|
||
| `рдикс` | `едикс` | `дикс` | `дл` | `дш` |
|
||
| `рсипи` | `есипи` | `эсп` | `спл` | — |
|
||
| `рбипи` | `ебипи` | `бипи` | `бпл` | — |
|
||
| `рсиай` | `есиай` | `эс` | `сил` | — |
|
||
| `рдиай` | `едиай` | `ди` | `дил` | — |
|
||
| `р8` ... `р15` | `р8д` ... `р15д` | `р8в` ... `р15в` | `р8б` ... `р15б` | — |
|
||
|
||
## 📋 Директивы ассемблера
|
||
|
||
Директивы управляют процессом ассемблирования, не превращаясь в машинный код напрямую.
|
||
|
||
| Директива | Описание | Пример |
|
||
| :--- | :--- | :--- |
|
||
| `.текст` | Переключает ассемблер на запись в секцию кода. | `.текст` |
|
||
| `.данные` | Переключает ассемблер на запись в секцию данных. | `.данные` |
|
||
| `.глобал` | Объявляет метку глобальной (точку входа программы). | `.глобал _start` |
|
||
| `.строка` / `.строка_нуль` | Резервирует место в секции данных для строки (без нуля / с нулевым завершителем). | `.строка_нуль "Текст"` |
|
||
| `.байт` | Резервирует один или несколько байт с заданными значениями. | `.байт 1, 0xFE, 255` |
|
||
| `.константа` | Определяет символьную константу, которую можно использовать как число. | `.константа ВЫХОД = 60` |
|
||
| `.импорт` | Включает содержимое другого файла `.квс` в текущую сборку. | `.импорт библиотека.квс` |
|
||
|
||
## 📦 Система импорта модулей
|
||
|
||
Директива `.импорт` позволяет разбивать проект на несколько файлов.
|
||
|
||
**Принцип работы:**
|
||
1. **Рекурсивный поиск**: Ассемблер ищет указанный файл в той же директории, что и импортирующий файл.
|
||
2. **Переименование**: Чтобы избежать конфликтов имён, все метки и константы импортированного модуля автоматически получают суффикс, основанный на имени файла (например, метка `цикл` из `модуль.квс` станет `цикл_модуль`).
|
||
3. **Объединение**: Содержимое всех секций `.данные` из импортированных файлов сливается в общую секцию `.данные` промежуточного файла. Аналогично для `.текст`.
|
||
|
||
Это упрощает создание библиотек и организацию больших проектов.
|
||
|
||
## 🔄 Процесс трансляции и выходные файлы
|
||
|
||
Запуск ассемблера:
|
||
```bash
|
||
python3 kvs_9_8.py программа.квс
|
||
```
|
||
|
||
**В результате создаются три файла:**
|
||
1. **`программа.квс.промежуточный`**: Текстовый файл, содержащий объединённый и переименованный код всех модулей. Используется для отладки процесса импорта.
|
||
2. **`программа.elf`**: Исполняемый 64-битный ELF-файл. Для запуска может потребоваться установить флаг исполнения: `chmod +x программа.elf`.
|
||
3. **`программа.log.csv`**: Детальный лог в формате CSV, где для каждого байта машинного кода указан его виртуальный адрес, шестнадцатеричное значение, целевой адрес (для инструкций переходов) и исходная команда на русском языке. Неоценим для обучения и отладки.
|
||
|
||
## ⚠️ Ограничения и особенности реализации
|
||
|
||
* **Экспериментальный статус**: Проект в активной разработке, некоторые углы архитектуры x86-64 могут быть реализованы не полностью.
|
||
* **Базовая адресация памяти**: На данный момент поддерживаются преимущественно простые формы адресации (например, `[регистр]`). Режимы со сдвигом и несколькими регистрами (`[база + индекс*масштаб + смещение]`) предназначены для реализации через **трансформацию в промежуточном представлении** (задел на будущее).
|
||
* **Отсутствие макросов и условной компиляции**: В текущей версии эти конструкции не поддерживаются.
|
||
* **Лексический анализатор (лексер)**: Написан "вручную", без использования регулярных выражений (`re`), в соответствии с философией проекта.
|
||
* **Генерация ELF**: Реализация фокусируется на создании рабочих исполняемых файлов для Linux. Некоторые необязательные или специфичные поля заголовков ELF могут быть заполнены упрощённо.
|
||
|