Assembler *

В прошлой заметке речь шла о том, как можно, по мнению автора, запрограммировать обычные действия микроконтроллера в реальном времени, разделив их на несколько не зависящих (или почти не зависящих) друг от друга задач.

Был выбран микроконтроллер, с ядром из очень распространенного семейства ARM Cortex M. Из знакомых многим, а не только автору, вариантов с цифрами 0,3,4 и 7 был выбран M4, поскольку, оказался под рукой.

Два соображения, которые побудили стать на скользкий и шаткий путь «изобретения велосипеда», как остроумно заметили некоторые читатели, на самом деле, были простыми. Первое сводилось к тому, что нам с этими «кортексами» еще жить да жить. И второе — попытаться сделать не что-то универсальное (стяжав славу и богатство), а сделать нечто более узко направленное, надеясь добиться эффективности и простоты. Те, кто иногда делают что-то руками, без труда вспомнят, что, как правило, специально подобранная отвертка подходит лучше той, что взята из блестящего универсального набора.

В предыдущей части мы собрали микроконтроллер вообще без оперативной памяти на базе ПЛИС Altera/Intel. Однако на плате есть разъём с установленным SO-DIMM DDR2 1Gb, который, очевидно, хочется использовать. Для этого нам потребуется обернуть DDR2-контроллер с интерфейсом ALTMEMPHY в модуль, понятный для протокола работы с памятью TileLink, используемого повсюду в RocketChip. Под катом — тактильная отладка, брутфорс программирование и ГРАБЛИ.

Как известно, в Computer Science есть две главные проблемы: инвалидация кешей и именование переменных. На КДПВ вы видите редкий момент — две главные проблемы CS встретили друг друга и что-то замышляют.

Недавно на Хабре публиковалась статья о том, как поэкспериментировать с архитектурой RISC-V без затрат на «железо». А что, если сделать подобное на отладочной плате? Помните мемы про генератор игр: штук 20 галочек в стиле «Графика не хуже Кризиса», «Можно грабить корованы» и кнопка «Сгенерировать». Приблизительно так же устроен генератор SoC-ов RocketChip, только там не окно с галочками, а Scala-код и немного ассемблера и Make-файлов. В этой статье я покажу, как просто портировать этот RocketChip с родного для него Xilinx на Altera/Intel.

Немного о многозадачности

Каждый, кто день за днем или от случая к случаю, занимается программированием микроконтроллеров, рано или поздно столкнется с вопросом: а не использовать ли многозадачную операционную систему? Их в сети предлагается довольно много, при этом немало – бесплатных (или почти бесплатных). Только выбирай.

Подобные сомнения появляются, когда попадается проект, в котором микроконтроллер должен одновременно выполнять несколько различных действий. Некоторые из них не связаны с другими, а остальные, наоборот, не могут друг без друга. К тому же, и тех и других может оказаться слишком много. Что такое “слишком много” зависит от того, кто будет оценивать или от того, кто будет выполнять разработку. Хорошо, если это один и тот же человек.

Это, скорее, не вопрос количества, а вопрос качественного различия задач по отношению к скорости выполнения, или еще каким-то требованиям. Такие мысли могут возникнуть, например, когда в проекте требуется регулярно отслеживать напряжение питания (не пропало ли?), довольно часто считывать и сохранять значения входных величин (покоя не дают), изредка следить за температурой и управлять вентилятором (дышать нечем), сверять свои часы с тем, кому доверяешь (вам хорошо там командовать), поддерживать связь с оператором (стараться не нервировать его), проверять контрольную сумму постоянной памяти программ на предмет деменции (при включении, или раз в неделю, или с утра).

Введение

__m512i _mm512_mask_ternarylogic_epi32 (__m512i src, __mmask8 k, __m512i a, __m512i b, int imm8)
FOR j := 0 to 15
    i := j*32
    IF k[j]
        FOR h := 0 to 31
            index[2:0] := (src[i+h] << 2) OR (a[i+h] << 1) OR b[i+h]
            dst[i+h]   := imm8[index[2:0]]
        ENDFOR
    ELSE
        dst[i+31:i] := src[i+31:i]
    FI
ENDFOR
dst[MAX:512] := 0

В предыдущей части я приблизительно описал, как можно загрузить eBPF функции из ELF-файла. Теперь пришла пора перейти от фэнтези к советским мультикам, и следуя мудрому совету, потратив один раз некоторое количество усилий, сделать универсальный инструмент инструментации (или, сокращённо, УИИ!!!). При этом я воспользуюсь антипаттерном проектирования «Золотой молоток» и сооружу инструмент из относительно знакомого мне QEMU. Бонусом за это мы получим кросс-архитектурную инструментацию, а также инструментацию на уровне целого виртуального компьютера. Инструментация будет вида «небольшой нативный so-шничек + небольшой .o-файл с eBPF». При этом eBPF-функции будут подставляться перед соответствующими инструкциями внутреннего представления QEMU перед оптимизацией и кодогенерацией.

В итоге сама инструментация, добавляемая при кодогенерации (то есть, не считая пары килобайтов обычного сишного рантайма), выглядит вот так, и это не псевдокод:

#include <stdint.h>

extern uint8_t *__afl_area_ptr;
extern uint64_t prev;

void inst_qemu_brcond_i64(uint64_t tag, uint64_t x, uint64_t y, uint64_t z, uint64_t u)
{
    __afl_area_ptr[((prev >> 1) ^ tag) & 0xFFFF] += 1;
    prev = tag;
}

void inst_qemu_brcond_i32(uint64_t tag, uint64_t x, uint64_t y, uint64_t z, uint64_t u)
{
    __afl_area_ptr[((prev >> 1) ^ tag) & 0xFFFF] += 1;
    prev = tag;
}

Что же, пора загрузить нашего эльфа в Матрицу. Ну, как загрузить, скорее вмазать распылить.

В первой части статьи мы разобрали загрузчик оригинальной версии и выяснили, куда загружается код игры и как он запускается. Теперь нужно перенести файлы на диск.

Обычно это делается простым копированием файлов, но есть одна проблема. Дело в том, что оригинальный файл содержит картинку и код игры целым куском и, следовательно, затирает собой область бейсика и системных переменных, которые находятся сразу за экранной областью. Такой файл можно загрузить с ленты, но нельзя загрузить с дискеты. TR-DOS резервирует область определённую памяти под свои нужды, и если загрузить туда данные, в процессе загрузки всё сломается.

В отличие от современных компьютеров, на спектрумах понятия файловой системы не было как такового. Это значит, что загрузка с каждого типа носителя требовала отдельной реализации и в большинстве случаев программу нельзя было просто так скопировать с кассеты на дискету. В случаях, когда загрузчик программы был написан на бейсике, его можно было адаптировать к TR-DOS довольно простой доработкой. Однако ситуация осложнялась тем, что во многих играх (как фирменных так и взломанных) загрузчики были написаны в машинных кодах и иногда содержали защиту от копирования.

Несмотря на наличие «волшебной кнопки», которая просто делала полный дамп памяти компьютера и позволяла хоть как-то сохранить программу на дискету, среди специалистов считалось хорошим тоном создавать дисковые версии игр с сохранением оригинальной загрузочной картинки и прочих атрибутов.

В этой статье я расскажу, как выполнить такую адаптация на примере игры Pac-Man, а именно, оригинального образа Pac-Man.tzx.

Раз уж прошлая моя статья, к моему большому удивлению, вас заинтересовала. Я решил дополнить её результат, хакнутую версию игры "Contra (J) [T+Rus_Chronix]", небольшим функционалом, заодно показав "code injection" на NES. В этот раз я сделаю так, чтоб игроки начинали игру с прокачанным Spreadgun, для его получения в игре нужно подобрать иконку "S", а за ней "R".

Все заинтересовавшиеся welcome под кат.

Поскольку некоторая японская компания, до сих пор тщательно бдит свои авторские права. Я не могу предоставить вам ни мою версию рома ни использованный мною исходник. Скажу лишь, что нашёл его в торрент сборнике "Все игры на Dendy". Взяв оттуда переведённую на русский язык японскую версию игры "Contra (J) [T+Rus_Chronix]" я несколько раз её прошёл и будучи крайне любознательным человеком решил немного расковырять ROM образ, в частности подарить немного жизней игрокам.