Added 'objdump.c' for dumping the text segment of NED a.out files as a binary blob.
[ned1] / nedsim / nedsim.c
index 9bdaa59..b443fc2 100644 (file)
 #include <time.h>
 #include <termios.h>
 #include <signal.h>
 #include <time.h>
 #include <termios.h>
 #include <signal.h>
+#include <sys/socket.h>
+#include <sys/types.h>
+#include <netinet/in.h>
+#include <arpa/inet.h>
+#include <netdb.h>
 
 
-#define VERSION 1
+#include "../common/a.out.h"
+
+#define VERSION 5
 
 /* Bytes per word. */
 #define BPW 4
 
 /* Bytes per word. */
 #define BPW 4
@@ -92,11 +99,14 @@ void
 print_usage(char ** argv)
 {
     printf( "NED Simulator v%d (www.subgeniuskitty.com)\n"
 print_usage(char ** argv)
 {
     printf( "NED Simulator v%d (www.subgeniuskitty.com)\n"
-            "Usage: %s -i <file>\n"
+            "Usage: %s -i <file> [-s <hz>} [-t <file>] [-a <address> -p <port>]\n"
             "  -h                      Help (prints this message)\n"
             "  -i <file>               Specify a binary image file to load in RAM.\n"
             "  -h                      Help (prints this message)\n"
             "  -i <file>               Specify a binary image file to load in RAM.\n"
-            "  -p <int ns, optional>   Period in nanoseconds of simulated system clock.\n"
+            "  -s <int hz, optional>   Frequency of simulated system clock.\n"
             "                          Allowable values are 1 <= clock <= 1,000,000,000.\n"
             "                          Allowable values are 1 <= clock <= 1,000,000,000.\n"
+            "  -t <file, optional>     Saves a trace of JMP and BRZ syllables to file.\n"
+            "  -a <ip-addr, optional>  IP address of nedfp instance. Enables front panel output.\n"
+            "  -p <port, optional>     Port of nedfp instance. Required when '-i' specified.\n"
             , VERSION, argv[0]
     );
 }
             , VERSION, argv[0]
     );
 }
@@ -434,7 +444,8 @@ void
 ned_instruction_brz(struct NEDstate * state)
 {
     uint32_t new_pc = stack_pop(state->active_thread);
 ned_instruction_brz(struct NEDstate * state)
 {
     uint32_t new_pc = stack_pop(state->active_thread);
-    if (state->active_thread->psw->zero == true) {
+    uint32_t test_word = stack_pop(state->active_thread);
+    if (test_word == 0) {
         state->active_thread->pc = new_pc;
         /* TODO: Find better way to communicate we're skipping ahead to the next word. */
         state->active_thread->sc = 4;
         state->active_thread->pc = new_pc;
         /* TODO: Find better way to communicate we're skipping ahead to the next word. */
         state->active_thread->sc = 4;
@@ -541,6 +552,143 @@ wait_for_next_clock_cycle(struct NEDstate * state)
     }
 }
 
     }
 }
 
+void
+parse_aout_file(FILE * input, struct exec * aout_exec, uint8_t * text_segment,
+                struct nlist ** symbol_table, uint32_t * symbol_count)
+{
+    uint32_t read_count = 0;
+
+    /* Read in and check the a.out header. */
+    for (uint32_t i=0; i<8; i++) {
+        switch (i) {
+            case 0: read_count = fread(&(aout_exec->a_midmag), 4, 1, input); break;
+            case 1: read_count = fread(&(aout_exec->a_text),   4, 1, input); break;
+            case 2: read_count = fread(&(aout_exec->a_data),   4, 1, input); break;
+            case 3: read_count = fread(&(aout_exec->a_bss),    4, 1, input); break;
+            case 4: read_count = fread(&(aout_exec->a_syms),   4, 1, input); break;
+            case 5: read_count = fread(&(aout_exec->a_entry),  4, 1, input); break;
+            case 6: read_count = fread(&(aout_exec->a_trsize), 4, 1, input); break;
+            case 7: read_count = fread(&(aout_exec->a_drsize), 4, 1, input); break;
+        }
+        if (read_count != 1) {
+            fprintf(stderr, "ERROR: Invalid a.out header.\n");
+            exit(EXIT_FAILURE);
+        }
+    }
+    if (N_BADMAG(*aout_exec)) {
+        fprintf(stderr, "ERROR: Invalid magic number in a.out header.\n");
+        exit(EXIT_FAILURE);
+    } else if (N_GETMID(*aout_exec) != MID_NED) {
+        fprintf(stderr, "ERROR: Executable not intended for NED Machine ID.\n");
+        exit(EXIT_FAILURE);
+    }
+
+    /* Read in the text segment. */
+    uint32_t text_segment_size = (N_DATOFF(*aout_exec) - N_TXTOFF(*aout_exec));
+    read_count = fread(text_segment, 1, text_segment_size, input);
+    if (read_count != text_segment_size) {
+        fprintf(stderr, "ERROR: Failed to read entire text segment.\n");
+        exit(EXIT_FAILURE);
+    }
+
+    /* Correct the byte order. */
+    for (uint32_t i=0; i < (text_segment_size / 4); i++) {
+        uint8_t temp_word[4];
+        for (uint8_t j=0; j<4; j++) temp_word[j] = text_segment[((i*4)+j)];
+        for (uint8_t j=0; j<4; j++) text_segment[((i*4)+j)] = temp_word[(3-j)];
+    }
+
+    /* Read in the symbol table. */
+    *symbol_count = ((N_STROFF(*aout_exec) - N_SYMOFF(*aout_exec)) / 20); /* 20 bytes per symbol. */
+    *symbol_table = malloc((*symbol_count) * sizeof(struct nlist));
+    for (uint32_t i=0; i < *symbol_count; i++) {
+        for (uint32_t j=0; j<5; j++) {
+            switch (j) {
+                case 0: read_count = fread(&((*symbol_table)[i].n_un.n_strx), 4, 1, input); break;
+                case 1: read_count = fread(&((*symbol_table)[i].n_type),      4, 1, input); break;
+                case 2: read_count = fread(&((*symbol_table)[i].n_other),     4, 1, input); break;
+                case 3: read_count = fread(&((*symbol_table)[i].n_desc),      4, 1, input); break;
+                case 4: read_count = fread(&((*symbol_table)[i].n_value),     4, 1, input); break;
+            }
+            if (read_count != 1) {
+                fprintf(stderr, "ERROR: Unable to read entire symbol table.\n");
+                exit(EXIT_FAILURE);
+            }
+        }
+    }
+
+    /* Read in the string table and update the symbol table entries with pointers to new strings. */
+    uint32_t string_table_size;
+    read_count = fread(&string_table_size, 4, 1, input);
+    if (read_count != 1) {
+        fprintf(stderr, "ERROR: Failed to read string table size.\n");
+        exit(EXIT_FAILURE);
+    }
+    for (uint32_t i=0; i < *symbol_count; i++) {
+        uint32_t len = 0;
+        if (i < ((*symbol_count)-1)) {
+            len = ((*symbol_table)[i+1].n_un.n_strx - (*symbol_table)[i].n_un.n_strx);
+        } else {
+            len = (string_table_size - (*symbol_table)[i].n_un.n_strx);
+        }
+        (*symbol_table)[i].n_un.n_name = malloc(len);
+        read_count = fread((*symbol_table)[i].n_un.n_name, 1, len, input);
+        if (read_count != len) {
+            fprintf(stderr, "ERROR: Failed to read a string from the string table.\n");
+            exit(EXIT_FAILURE);
+        }
+    }
+
+}
+
+void
+send_front_panel_update(struct NEDstate * state, int sockfd, uint32_t ram_address,
+                        const struct sockaddr *to, socklen_t tolen)
+{
+    /*
+     * Datagram format (all entries are 4 bytes):
+     *   Sequence number (See RFC1982)
+     *   Currently executing word
+     *   PC
+     *   SC
+     *   PSW
+     *   SP
+     *   Top 16 stack entries
+     *   RAM start address
+     *   Top 16 RAM words from start address
+     */
+    uint32_t snapshot[39];
+
+    static uint32_t seq_num;
+    seq_num == 0xffffffff ? seq_num = 0 : seq_num++;
+    snapshot[0] = seq_num;
+
+    snapshot[1] = ram_r_word(state, (state->active_thread->pc - 4));
+    snapshot[2] = state->active_thread->pc;
+    snapshot[3] = (uint32_t) state->active_thread->sc;
+    snapshot[4] = generate_binary_psw(state);
+    snapshot[5] = state->active_thread->sp;
+
+    int64_t sp = state->active_thread->sp;
+    for (int i=0; i<16; i++) {
+        if ((sp-i) < 0) {
+            snapshot[i+6] = 0;
+        } else {
+            snapshot[i+6] = state->active_thread->stack[sp-i];
+        }
+    }
+
+    snapshot[22] = ram_address;
+    for (int i=0; i<16; i++) {
+        snapshot[i+23] = ram_r_word(state,(ram_address + (i * 4)));
+    }
+
+    int numbytes;
+    if ((numbytes = sendto(sockfd, snapshot, 156, 0, to, tolen)) == -1) {
+        fprintf(stderr, "WARNING: Unable to send machine snapshot to front panel socket.\n");
+    }
+}
+
 int
 main(int argc, char ** argv)
 {
 int
 main(int argc, char ** argv)
 {
@@ -549,21 +697,40 @@ main(int argc, char ** argv)
      */
     int c;
     FILE * input = NULL;
      */
     int c;
     FILE * input = NULL;
+    FILE * trace = NULL;
     uint32_t clock_period = 1;
     uint32_t clock_period = 1;
-    while ((c = getopt(argc,argv,"i:p:h")) != -1) {
+    char * fp_ip =  NULL;
+    char * fp_port = NULL;
+    uint32_t fp_ram = 0x40000000;
+    while ((c = getopt(argc,argv,"hi:p:t:s:a:")) != -1) {
         switch (c) {
             case 'i':
                 if ((input = fopen(optarg, "r")) == NULL) {
                     fprintf(stderr, "ERROR: %s: %s\n", optarg, strerror(errno));
         switch (c) {
             case 'i':
                 if ((input = fopen(optarg, "r")) == NULL) {
                     fprintf(stderr, "ERROR: %s: %s\n", optarg, strerror(errno));
+                    exit(EXIT_FAILURE);
+                }
+                break;
+            case 't':
+                if ((trace = fopen(optarg, "wx")) == NULL) {
+                    fprintf(stderr, "ERROR: %s: %s\n", optarg, strerror(errno));
+                    exit(EXIT_FAILURE);
                 }
                 break;
                 }
                 break;
+            case 'a':
+                // TODO: What do I want to consider valid input?
+                fp_ip = optarg;
+                break;
             case 'p':
             case 'p':
+                // TODO: What do I want to consider valid input?
+                fp_port = optarg;
+                break;
+            case 's':
                 {
                 {
-                    intmax_t temp_p = strtoimax(optarg, NULL, 0);
-                    if (1 <= temp_p && temp_p <= 1000000000) {
-                        clock_period = temp_p;
+                    intmax_t freq = strtoimax(optarg, NULL, 0);
+                    if (1 <= freq && freq <= 1000000000) {
+                        clock_period = ((1.0 / freq) * 1000000000);
                     } else {
                     } else {
-                        fprintf(stderr, "ERROR: Clock period out of range.\n");
+                        fprintf(stderr, "WARNING: Clock period out of range.\n");
                     }
                     break;
                 }
                     }
                     break;
                 }
@@ -580,6 +747,7 @@ main(int argc, char ** argv)
         print_usage(argv);
         exit(EXIT_FAILURE);
     }
         print_usage(argv);
         exit(EXIT_FAILURE);
     }
+    if (fp_ip != NULL && fp_port == NULL) asprintf(&fp_port, "4999");
 
     /*
      * Initialization
 
     /*
      * Initialization
@@ -603,18 +771,49 @@ main(int argc, char ** argv)
     signal(SIGINT, ned_sigint_handler);
 
     /* Load an initial image into memory. */
     signal(SIGINT, ned_sigint_handler);
 
     /* Load an initial image into memory. */
-    uint32_t temp_word;
     uint32_t address = 0x20000000;
     uint32_t address = 0x20000000;
-    while(fread(&temp_word, 4, 1, input)) {
-        ram_w_word(state, address, temp_word);
-        address += 4;
-    }
+    struct exec aout_exec;
+    struct nlist * symbol_table;
+    uint32_t symbol_count;
+    parse_aout_file(input, &aout_exec, &(state->ram[address]), &symbol_table, &symbol_count);
     fclose(input);
 
     fclose(input);
 
+    /* Start up the front panel connections, if specified. */
+    int sockfd;
+    struct addrinfo * p;
+    if (fp_ip) {
+        struct addrinfo hints;
+        struct addrinfo * servinfo;
+        int rv;
+    
+        memset(&hints, 0, sizeof hints);
+        hints.ai_family = AF_UNSPEC;
+        hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
+    
+        if ((rv = getaddrinfo(fp_ip, fp_port, &hints, &servinfo)) != 0) {
+            fprintf(stderr, "ERROR: getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(rv));
+            exit(EXIT_FAILURE);
+        }
+    
+        for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next) {
+            if ((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype, p->ai_protocol)) == -1) {
+                continue;
+            }
+            break;
+        }
+    
+        if (p == NULL) {
+            fprintf(stderr, "ERROR: Failed to create socket\n");
+            exit(EXIT_FAILURE);
+        }
+        freeaddrinfo(servinfo);
+    }
+
     /*
      * Main Loop
      */
     uint32_t iw = 0;
     /*
      * Main Loop
      */
     uint32_t iw = 0;
+    uint32_t next_pc = 0;
     while (1) {
         /* Check for interrupt requests. */
         /* TODO */
     while (1) {
         /* Check for interrupt requests. */
         /* TODO */
@@ -622,8 +821,44 @@ main(int argc, char ** argv)
         /* Fetch new instruction word. */
         iw = fetch_instruction_word(state);
 
         /* Fetch new instruction word. */
         iw = fetch_instruction_word(state);
 
+        /* Tracing, if enabled. */
+        if (trace) {
+            if (next_pc == 0) next_pc = state->active_thread->pc;
+            if (next_pc != (state->active_thread->pc - BPW)) {
+                /* A jump has occurred. */
+                char * trace_msg = NULL;
+                asprintf(&trace_msg, "Jump from 0x%08x to 0x%08x ",
+                        (next_pc - BPW), (state->active_thread->pc - BPW)
+                    );
+                if (trace_msg != NULL) {
+                    fwrite(trace_msg, strlen(trace_msg), 1, trace);
+                    free(trace_msg);
+                }
+
+                trace_msg = NULL;
+                char * symbol_string = NULL;
+                for (uint32_t i=0; i < symbol_count; i++) {
+                    if ((state->active_thread->pc - BPW) == symbol_table[i].n_value) {
+                        symbol_string = symbol_table[i].n_un.n_name;
+                        break;
+                    }
+                }
+                if (symbol_string) {
+                    asprintf(&trace_msg, "(%s).\n", symbol_string);
+                    if (trace_msg != NULL) {
+                        fwrite(trace_msg, strlen(trace_msg), 1, trace);
+                        free(trace_msg);
+                    }
+                } else {
+                    fwrite("\n", 1, 1, trace);
+                }
+            } 
+            next_pc = state->active_thread->pc;
+        }
+
         /* Decode instruction word format and execute. */
         if (iw & (0b1 << 31)) {                /* Instruction word is type A. */
         /* Decode instruction word format and execute. */
         if (iw & (0b1 << 31)) {                /* Instruction word is type A. */
+            if (fp_ip) send_front_panel_update(state, sockfd, fp_ram, p->ai_addr, p->ai_addrlen);
             wait_for_next_clock_cycle(state);
             stack_push(state->active_thread, (iw << 1));
             state->active_thread->debug->cycle_count += 1;
             wait_for_next_clock_cycle(state);
             stack_push(state->active_thread, (iw << 1));
             state->active_thread->debug->cycle_count += 1;
@@ -632,6 +867,7 @@ main(int argc, char ** argv)
                 state->active_thread->sc < SPW;
                 state->active_thread->sc++
             ) {
                 state->active_thread->sc < SPW;
                 state->active_thread->sc++
             ) {
+            if (fp_ip) send_front_panel_update(state, sockfd, fp_ram, p->ai_addr, p->ai_addrlen);
                 wait_for_next_clock_cycle(state);
                 uint8_t syllable = extract_syllable_from_word(iw, state->active_thread->sc);
                 execute_syllable(state, syllable);
                 wait_for_next_clock_cycle(state);
                 uint8_t syllable = extract_syllable_from_word(iw, state->active_thread->sc);
                 execute_syllable(state, syllable);