NS32081を追加してみたで書いたように、マンデルブロのデバッグ中に必要に迫られてモニタのFPU対応を書き始めたわけですが、一段落したのでここで簡単にまとめておきたいと思います。
最初は当面のデバッグに必要な、トラップが発生したらレジスタを保存し、その内容をダンプする、機能を作りました。
NS32000ファミリはFPUのレジスタを直接メモリに書き込む命令が存在するので保存は簡単です。CPUのレジスタを保存した後にFPUレジスタも保存します。
ダンプも16進で表示するだけなら特に難しいことはありません。NS32081にはステータスのFSRレジスタの他に単精度の浮動小数点数を格納できる32ビットのレジスタがF0～F7の8本あります。これはF0とF1を連結して倍精度の64ビットのL0として使用することもでき、同様にL2, L4, L6と合計4本の64ビットレジスタとしても使用可能です。ダンプ時はF0～F7として表示します。
先日Universal MonitorのH8/500移植をやってP(unch)コマンドまで実装しましたが、H8/300には未実装になっていたのを思い出してこちらも実装しました。
その前に......
これまでH8/300とH8/300Hのノーマルモードを同じものと勘違いしていまして、アドバンストモードを使うか条件アセンブルするようにしていました。とはいえH8/300もH8/300Hのノーマルモードも動作環境は無いので、基本H8/300Hのアドバンストモードを前提にレジスタ間接アドレッシングなどの切り替え準備くらいで書いていました。
ふと、手元にH8/330（これはH8/300ファミリ）があるのでこれ用にアセンブルできるか試してみたところ予想外に大量のエラーが発生しました。それもアドレス長が異なるどころではなく、INCのような基本的だと思っていた命令が無いといったものが大量にです。
ボードが出来たら動作確認です。
まずはφに1/2のクロック（8MHz）が出てくるのを確認します。これで電源が正しく供給され、デバイスも生きているらしいことがわかります。
続いてバスにLED繋いだ状態で短い無限ループを実行してみます。最短2バイトでループできますが、アドレスバスのLEDを見ているとかなり先（4バイト?）までプリフェッチしているらしいのがわかります。
ここまで来たらいつものようにUniversal Monitorの移植に入ります。
最初はコンソールとしてEMILY Boardの仮想UARTで書き始めましたが、文字列表示までできたところで内蔵SCIにも対応しました。日立のSCIは共通なのでH8/300用をそのまま移植して動きました。
H8/300とH8/500は同じH8ファミリで似ていますが、大きく異なる点もあり同一ソースから条件アセンブルは無理と思います。
アドレスエラー・バスエラー時の表示は、未対応のフォーマットの場合にはスタックに積まれたワードをそのまま16進ダンプするようにしたので、デコードルーチンは後回しにして判別を書くことにしました。
まずMC68020以上であることの判別は容易（MC68010の判別（補足）参照）なのですが、MC68020からMC68030で追加された命令はありません。というかあるにはあるのですがMMU関係の命令なのでMC68020+MC68851（PMMU）でも実行できてしまいます。細かな動作の違いはあるかもしれませんが...
前回までで従来の機能がセグメントモードで動作するようになりましたが、セグメントモードで動作するなら当然D(ump)などのコマンドでもセグメントが指定できなくてはなりません。
この辺りは8086のセグメントやTLCS-90のバンクを移植する形で対応しました。
表記はZ8000らしく<<SEG>>OFFSET形式も考えましたが、長くなるので8086同様SEG:OFFSET形式としています。
コマンドのパラメータ以外に対応が必要なのはR(egister)コマンドにおけるSSPとPCです。
などの方法が考えられます。
1.は勝手に名前を付けることになることと、2回に分けて設定するのは面倒です。
前回枠組みができたので実際に変更していきます。
直接アドレスやJR, CALRなどの相対アドレスはアセンブラが良きに計らってくれるので書き直す必要はありません。
問題はレジスタ間接（インデックスなども含む）です。これは単純に書き換えられない上に、アドレスレジスタが隣り合う2つのレジスタをペアにする関係でレジスタの割り当てを大きく変更する必要がありました。幸いレジスタ数に余裕があったためレジスタ番号の書き換え程度で済んでいますが、不足する場合はメモリに退避するなど変更規模が大きくなってしまいます。
今回は大きく3つのパターンで対応しました。
レジスタ間接のまま32ビット化するのが一番手っ取り早いのですが、レジスタをペアで使用するので多用するとレジスタが足りなくなる恐れがあります。
これはどこを指すかわからない場合に使用しました。具体的にはSTROUTルーチンへの引数と各コマンドでの対象メモリへのアクセスです。
Z8001を動かすで非セグメントモードで動くことがわかりました。動作する石も複数確保できましたので、本来のセグメントモードで動かすことにします。
Z8000ファミリにはセグメントモードでも動作するZ8001（とZ8003）と非セグメントモード専用のZ8002（とZ8004）があります。両者はリセット時のPC, PSWの初期値を格納する形式が異なる上にアドレスが重なるので同一バイナリで両方に対応することはできません。
Z8001（とZ8003）はセグメントモードでも非セグメントモードでも動作させることができます。これは同一バイナリで両対応するのは可能ですが、ほぼすべてのルーチンを2つ持つようなことになってしまいます。
結局3種類のバイナリを作ることになります。
3回目は残りですが書ききれるかなぁ。さらに1回増えてしまうかもしれません。
ここからは自分の手で動かしたことはないのでマニュアルを元にざっくり書いていきます。
この両者はソフトウェアから見た例外処理はほぼ共通のようなのでまとめて書きます。
これらではエラー発生時の状況によってスタックに積まれる情報量に違いがあるようです。キリの悪いところで発生すると保存しないといけない項目が増えるということなのかな。
どちらが使われたかはSP+6の上位4ビットでわかります。
まずは少ない場合から。
前回はMC68000/MC68008について書いたので今回はMC68010/MC68012です。
MC68000/MC68008ではアドレスエラー・バスエラーからのソフトウェアによる復帰はできませんでした。それを改善したのがMC68010（とメモリ空間を拡大したMC68012）です。
そのためには例外処理を行なっている間復帰に必要な内部状態を保存しておかなくてはなりません。内部にこっそり保存するという方法も考えられなくはありませんが、MC68010ではスタックに積むことで保存します。
アドレスエラー・バスエラー発生時のスタックには以下のように29ワードという大量の情報が積まれています。
Universal Monitor 68000は自分のボードで動かせるMC68000, MC68010まで対応し、MC68020以降は動かす人もいないだろうから後回し、と思っていたのですが...
なんとMC68030で動かした方がおられます（リンク参照）。
これは判別やら例外処理やら対応しなくてはと思いソースを見たところ、MC68010のアドレスエラー・バスエラーの表示を作りかけたままになっておりました。これを放置したまま他の変更を行なうのは混乱の元（一応 Subversion で管理してはいますが...）なのでまずこれを完了させることにしました。
MC68000系では割り込みの他、ゼロ除算や未定義命令の実行などが発生したときにあらかじめ用意したルーチンを実行する機能があります。これを例外処理といいます。
原則として（復帰できるように）発生時のPCとSRをスタックに積んでから実行するのですが、アドレスエラーとバスエラーの場合はさらに多くの情報がスタックに積まれます。