Assembly HOWTO
Fran�ois-Ren� Rideau rideau@ens.fr
v0.4l, 16 Novembre 1997
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_(Version fran�aise r�alis�e par Eric Dumas dumas@freenix.fr
dumas@Linux.EU.Org, et Far� Rideau rideau@ens.fr, 11 Novembre 1997).
Ce document d�crit comment programmer en assembleur x86 en n'utilisant
que des outils de d�veloppement libres, et tout particuli�rement avec
le syst�me d'exploitation Linux sur la plate-forme i386. Les
informations contenues dans ce document peuvent �tre applicables ou
non applicables � d'autres plates-formes mat�rielles ou logicielles.
Les contributions � ce documents seront accept�es avec gratitude.
mots-clefs: assembleur, libre, macroprocesseur, pr�processeur, asm,
inline asm, 32 bits, x86, i386, gas, as86, nasm_
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1. Introduction
1.1 Copyright
Copyright � 1996,1997 Fran�ois-Ren� Rideau. Ce document peut �tre
redistribu� sous les termes de la license LDP, disponibles �
http://sunsite.unc.edu/LDP/COPYRIGHT.html.
1.2 Note importante
Ceci est cens� �tre la derni�re version que j'�crirai de ce document.
Il y a un candidat pour reprendre en charge le document, mais jusqu'�
ce qu'il le reprenne compl�tement en main, je serai heureux de
m'occuper de tout courrier concernant ce document.
Vous �tes tout sp�cialement invit�s � poser des questions, � y
r�pondre, � corriger les donn�es, � ajouter de nouvelles informations,
� compl�ter les r�f�rences sur d'autres logiciels, � mettre en
�vidence les erreurs et lacunes du document. Si vous �tes motiv�s,
vous pouvez m�me _prendre en charge ce document_. En un mot, apporter
votre contribution!
Pour contribuer � ce document, contactez la personne qui appara�t
actuellement en charge. Au moment o� j'�cris ces lignes, il s'agit de
Fran�ois-Ren� Rideau) ainsi que de Paul Anderson.
1.3 Avant-Propos
Ce document est destin� � r�pondre aux questions les plus fr�quemment
pos�es par les gens qui d�veloppent ou qui souhaitent d�velopper des
programmes en assembleurs x86 32 bits en utilisant des logiciels
_libres_, et tout particuli�rement sous Linux. Vous y trouverez
�galement des liens sur d'autres documents traitant d'assembleur,
fond�s sur des outils logiciels qui ne sont pas libres, pas 32-bit, ou
pas d�di�s � l'architecture x86, bien que cela ne soit pas le but
principal de ce document.
Etant donn� que l'int�ret principal de la programmation en assembleur
est d'�tablir les fondations de syst�mes d'exploitation,
d'interpr�teurs, de compilateurs, et de jeux, l� o� un compilateur C
n'arrive plus � fournir le pouvoir d'expression n�cessaire (les
performances �tant de plus en plus rarement un probl�me), nous
insisteront sur le d�veloppement de tels logiciels.
Comment utiliser ce document
Ce document contient des r�ponses � un certain nombre de questions
fr�quemment pos�es. Des URL y sont donn�s, qui pointent sur des sites
contenant documents ou logiciels. Prenez conscience que les plus
utiles de ces sites sont dupliqu�s sur des serveurs miroirs, et qu'en
utilisant le site miroir le plus proche de chez vous, vous �vitez � un
g�chis inutile aussi bien de pr�cieuses ressources r�seau communes �
l'Internet que de votre propre temps. Ainsi, il existe un certain
nombre de gros serveurs diss�min�s sur la plan�te, qui effectuent la
duplication d'autres sites importants. Cherchez o� se trouvent ces
sites et identifiez les plus proches de chez vous (du point de vue du
r�seau). Parfois, la liste des miroirs est donn�es dans un fichier ou
dans le message de connexion. Suivez ces conseils. Si ces informations
ne sont pas pr�sentes, utilisez le programme archie.
La version la plus r�cente de ce document peut �tre trouv�e sur
http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Assembly-HOWTO ou
http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Assembly-HOWTO.sgml
mais les r�pertoires de HowTo Linux _devraient_ normalement �tre � peu
pr�s � jour (je ne peux pas le garentir):
ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/ (?)
La version fran�aise de ce document peut �tre trouv�e sur le site
ftp://ftp.ibp.fr/pub/linux/french/HOWTO/
Autres documents de r�f�rence
* si vous ne savez ce qu'est le _libre_ logiciel, lisez avec
attention la GPL (GNU General Public License), qui est utilis�e
dans un grand nombre de logiciels libres, et est une source
d'inspiration pour la plupart des autres licences d'utilisations
de logiciels libres. Elle se trouve g�n�ralement dans un fichier
nomm� COPYING, avec une version pour les biblioth�ques de routines
dans un fichier nomm� COPYING.LIB. Les �crits publi�s par la FSF
(free software foundation) peuvent �galement vous aider �
comprendre le ph�nom�ne.
* plus pr�cis�ment, les logiciels libres int�ressants sont ceux
desquels les sources sont disponibles, que l'on peut consulter,
corriger, et desquels on peut emprunter une partie. Lisez les
licences d'utilisation avec attention et conformez-vous y.
* il existe une FAQ dans le forum de discussion comp.lang.asm.x86
qui r�pond aux questions g�n�rales concernant la programmation en
assembleur pour x86, et aux questions concernant certains
assembleurs commerciaux dans un environnement DOS 16 bits.
Certaines de ces r�ponses peuvent s'appliquer � la programmation
32 bits, aussi serez-vous sans-doute int�ress�s de lire cette
FAQ... http://www2.dgsys.com/~raymoon/faq/asmfaq.zip
* Sont disponibles des FAQs, de la documentation, et des sources,
concernant la programmation sur votre plate-forme pr�f�r�e,
quelqu'elle soit, et vous devriez les consulter pour les probl�mes
li�s � votre plate-forme qui ne seraient pas sp�cifique � la
programmation en assembleur.
1.4 Historique de document
Chaque version inclue quelques modifications et corrections mineures,
qui ne sont pas indiqu�es � chaque fois.
_Version 0.1 23 Avril 1996_
Francois-Rene "Far�" Rideau <rideau@ens.fr> cr�e et diffuse
initialement le document sous forme d'un mini-HOWTO car ``Je
suis un peu fatigu� d'avoir � r�pondre encore et toujours aux
m�mes questions dans le forum comp.lang.asm.x86''
_Version 0.2 4 Mai 1996_
*
_Version 0.3c 15 Juin 1996_
*
_Version 0.3f 17 Octobre 1996_
Tim Potter indique l'option -fasm pour activer l'assembleur
en-ligne de GCC sans le reste des optimisations de -O.
_Version 0.3g 2 Novembre 1996_
Cr�ation de l'historique. Ajout de pointeurs dans la section
sur la compilation crois�e. Ajout d'une section concernant la
programmation des entr�es/sorties sous Linux (en particulier
pour l'acc�s vid�o).
_Version 0.3h 6 Novembre 1996_
plus sur la compilation crois�e - voir sur sunsite:
devel/msdos/
_Version 0.3i 16 Novembre 1996_
NASM commence � �tre particuli�rement int�ressant
_Version 0.3j 24 Novembre 1996_
R�f�rence sur la version fran�aise
_Version 0.3k 19 D�cembre 1996_
Quoi? J'avais oubli� de parler de Terse?
_Version 0.3l 11 Janvier 1997_
*
_Version 0.4pre1 13 Janvier 1997_
Le mini-HOWTO au format texte est transform� en un authentique
HOWTO au format linuxdoc-sgml, pour explorer les possibilit�s
dudit format.
_Version 0.4 20 Janvier 1997_
Premi�re diffusion de ce HOWTO.
_Version 0.4a 20 Janvier 1997_
Ajout de la section CREDITS
_Version 0.4b 3 F�vrier 1997_
NASM mis avant AS86
_Version 0.4c 9 F�vrier 1997_
Ajout de la partie "Avez-vous besoin d'utilisateur
l'assembleur?"
_Version 0.4d 28 F�vrier 1997_
Annonce fant�me d'un nouveau responsable de ce HowTo.
_Version 0.4e 13 Mar 1997_
Version diffus�e pour DrLinux
_Version 0.4f 20 Mars 1997_
*
_Version 0.4g 30 Mars 1997_
*
_Version 0.4h 19 Juin 1997_
Ajouts � propos de "Comment ne pas utiliser l'assembleur";
mises � jour concernant NASM et GAS.
_Version 0.4i 17 Juillet 1997_
Informations sur l'acc�s au mode 16 bits � partir de Linux.
_Version 0.4j 7 September 1997_
*
_Version 0.4k 19 Octobre 1997_
je (Far�) reprends en main la traduction fran�aise du HowTo
_Version 0.4l 16 Novembre 1997_
version pour LSL 6�me �dition.
Il s'agit encore d'une nouvelle ``toute derni�re version
r�alis�e par Far� avant qu'un nouveau responsable ne prenne la
main''.
1.5 Cr�dits
Je souhaiterais remercier les personnes suivantes:
* Linus Torvalds pour Linux
* Bruce Evans pour bcc d'o� as86 est extrait
* Simon Tatham et Julian Hall pour NASM.
* Jim Neil pour Terse
* Greg Hankins pour la coordination des HOWTOs
* Raymond Moon pour sa FAQ
* Eric Dumas pour la traduction initiale en fran�ais... (l'auteur,
fran�ais, est le premier attrist� de devoir �crire l'original en
anglais)
* Paul Anderson et Rahim Azizarab pour m'avoir aid�, � d�faut de
reprendre le HowTo en main.
* toutes les personnes qui ont contribu� � l'�criture de ce
document, par leurs id�es, remarques ou leur soutient moral.
2. Avez-vous besoin de l'assembleur?
Je ne veux en aucun cas jouer les emp�cheurs-de-tourner-en-rond, mais
voici quelques conseils issus d'une exp�rience gagn�e � la dure.
2.1 Le Pour et le Contre
Les avantages de l'assembleur
L'assembleur peut vous permettre de r�aliser des op�rations tr�s bas
niveau:
* vous pouvez acc�der aux registres et aux ports d'entr�es/sorties
sp�cifiques � votre machine;
* vous pouvez parfaitement contr�ler le comportemant du code dans
des sections critiques o� pourraient sinon advenir un blocage du
processeur ou des p�riph�riques;
* vous pouvez sortir des conventions de production de code de votre
compilateur habituel; ce qui peut vous permettre d'effectuer
certaines optimisations (par exemple contourner les r�gles
d'allocation m�moire, g�rer manuellement le cours de l'�x�cution,
etc.);
* acc�der � des modes de programmation non courants de votre
processeur (par exemple du code 16 bits pour l'amor�age ou
l'interfa�age avec le BIOS, sur les p�c�s Intel);
* vous pouvez construire des interfaces entre des fragments de codes
utilisant des conventions incompatibles (c'est-�-dire produit par
des compilateurs diff�rents ou s�par�s par une interface
bas-niveau);
* vous pouvez g�n�rer un code assez rapide pour les boucles
importantes pour pallier aux d�fauts d'un compilateur qui ne sait
les optimiser (mais bon, il existe des compilateurs optimisateurs
librement disponibles!);
* vous pouvez g�n�rer du code optimis� "� la main" qui est plus
parfaitement r�gl� pour votre configuration mat�rielle pr�cise,
m�me s'il ne l'est pour aucune autre configuration;
* vous pouvez �crire du code pour le compilateur optimisateur de
votre nouveau langage. (c'est l� une activit� � laquelle peu se
livrent, et encore, rarement.)
Les inconv�nients de l'assembleur
L'assembleur est un langage tr�s bas niveau (le langage du plus bas
niveau qui soit au dessus du codage � la main de motifs d'instructions
en binaire). En cons�quence:
* l'�criture de code en est longue et ennuyeuse;
* les bogues apparaissent ais�ment;
* les bogues sont difficiles � rep�rer et supprimer;
* il est difficile de comprendre et de modifier du code (la
maintenance est tr�s compliqu�e);
* le r�sultat est extr�mement peu portable vers une autre
architecture, existante ou future;
* votre code ne sera optimis� que une certaine impl�mentation d'une
m�me architecture: ainsi, parmi les plates-formes compatibles
Intel, chaque r�alisation d'un processeur et de ses variantes
(largeur du bus, vitesse et taille relatives des
CPU/caches/RAM/Bus/disques, pr�sence ou non d'un coprocesseur
arithm�tique, et d'extensions MMX ou autres) implique des
techniques d'optimisations parfois radicalement diff�rentes. Ainsi
diff�rent grandement les processeurs d�j� existant et leurs
variations: Intel 386, 486, Pentium, PPro, Pentium II; Cyrix 5x86,
6x86; AMD K5, K6. Et ce n'est s�rement pas termin�: de nouveaux
mod�les apparaissent continuellement, et cette liste m�me sera
rapidement d�pass�e, sans parler du code ``optimis�'' qui aura �t�
�crit pour l'un quelconque des processeurs ci-dessus.
* le code peut �galement ne pas �tre portable entre diff�rents
syst�mes d'exploitation sur la m�me architecture, par manque
d'outils adapt�s (GAS semble fonctionner sur toutes les
plates-formes; NASM semble fonctionner ou �tre facilement
adaptable sur toutes les plates-formes compatibles Intel);
* un temps incroyable de programmation sera perdu sur de menus
d�tails, plut�t que d'�tre efficacement utilis� pour la conception
et le choix des algorithmes utilis�s, alors que ces derniers sont
connus pour �tre la source de la majeure partie des gains en
vitesse d'un programme. Par exemple, un grand temps peut �tre
pass� � grapiller quelques cycles en �crivant des routines rapides
de manipulation de cha�nes ou de listes, alors qu'un remplacement
de la structure de donn�es � un haut niveau, par des arbres
�quilibr�s et/ou des tables de hachage permettraient imm�diatement
un grand gain en vitesse, et une parall�lisation ais�e, de fa�on
portable permettant un entretien facile.
* une petite modification dans la conception algorithmique d'un
programme an�antit la validit� du code assembleur si patiemment
�labor�, r�duisant les d�veloppeurs au dilemne de sacrifier le
fruit de leur labeur, ou de s'encha�ner � une conception
algorithmique obsol�te.
* pour des programmes qui fait des choses non point trop �loign�es
de ce que font les benchmarks standards, les
compilateurs/optimiseurs commerciaux produisent du code plus
rapide que le code assembleur �crit � la main (c'est moins vrai
sur les architectures x86 que sur les architectures RISC, et sans
doute moins vrai encore pour les compilateurs librement
disponible. Toujours est-il que pour du code C typique, GCC est
plus qu'honorable).
* Quoi qu'il en soit, ains le dit le saige John Levine, mod�rateur
de comp.compilers, "les compilateurs rendent ais�e l'utilisation
de structures de donn�es complexes; ils ne s'arr�tent pas, morts
d'ennui, � mi-chemin du travail, et produisent du code de qualit�
tout � fait satisfaisante". Ils permettent �galement de propager
_correctement_ les transformations du code � travers l'ensemble du
programme, aussi h�naurme soit-il, et peuvent optimiser le code
par-del� les fronti�res entre proc�dures ou entre modules.
Affirmation
En pesant le pour et le contre, on peut conclure que si l'assembleur
est parfois n�cessaire, et peut m�me �tre utile dans certains cas o�
il ne l'est pas, il vaut mieux:
* minimiser l'utilisation de code �crit en assembleur;
* encapsuler ce code dans des interfaces bien d�finies;
* engendrer automatiquement le code assembleur � partir de motifs
�crits dans un langage plus de haut niveau que l'assembleur (par
exemple, des macros contenant de l'assembleur en-ligne, avec GCC);
* utiliser des outils automatiques pour transformer ces programmes
en code assembleur;
* faire en sorte que le code soit optimis�, si possible;
* utiliser toutes les techniques pr�c�dentes � la fois, c'est-�-dire
�crire ou �tendre la passe d'optimisation d'un compilateur.
M�me dans les cas o� l'assembleur est n�cessaire (par exemple lors de
d�veloppement d'un syst�me d'exploitation), ce n'est qu'� petite dose,
et sans infirmer les principes ci-dessus.
Consultez � ce sujet les sources du noyau de Linux: vous verrez qu'il
s'y trouve juste le peu qu'il faut d'assembleur, ce qui permet d'avoir
un syst�me d'exploitation rapide, fiable, portable et d'entretien
facile. M�me un jeu tr�s c�l�bre comme DOOM a �t� en sa plus grande
partie �crit en C, avec une toute petite routine d'affichage en
assembleur pour acc�l�rer un peu.
2.2 Comment ne pas utiliser l'assembleur
M�thode g�n�rale pour obtenir du code efficace
Comme le dit Charles Fiterman dans comp.compilers � propos de la
diff�rence entre code �crit par l'homme ou la machine,
``L'homme devrait toujours gagner, et voici pourquoi:
* Premi�rement, l'homme �crit tout dans un langage de haut nivrau.
* Deuxi�mement, il mesure les temps d'�x�cution (profiling) pour
d�terminer les endroits o� le programme passe la majeure partie du
temps.
* Troisi�mement, il demande au compilateur d'engendrer le code
assembleur produit pour ces petites sections de code.
* Enfin, il effectue � la main modifications et r�glages, � la
recherche des petites am�liorations possibles par rapport au code
engendr� par la machine.
L'homme gagne parce qu'il peut utiliser la machine.''
Langages avec des compilateurs optimisateurs
Des langages comme ObjectiveCAML, SML, CommonLISP, Scheme, ADA,
Pascal, C, C++, parmi tant d'autres, ont tous des compilateurs
optimiseurs librement disponibles, qui optimiseront le gros de vos
programmes, et produiront souvent du code meilleur que de l'assembleur
fait-main, m�me pour des boucles serr�es, tout en vous permettant de
vous concentrer sur des d�tails haut niveau, et sans vous interdire de
gagner par la m�thode pr�c�dente quelques pourcents de performance
suppl�mentaire, une fois la phase de conception g�n�rale termin�e.
Bien s�r, il existe �galement des compilateurs optimiseurs commerciaux
pour la plupart de ces langages.
Certains langages ont des compilateurs qui produisent du code C qui
peut ensuite �tre optimis� par un compilateur C. C'est le cas des
langages LISP, Scheme, Perl, ainsi que de nombreux autres. La vitesse
des programmes obtenus est toute � fait satisfaisante.
Proc�dure g�n�rale � suivre pour acc�lerer votre code
Pour acc�l�rer votre code, vous ne devriez traiter que les portions
d'un programme qu'un outil de mesure de temps d'�x�cution (profiler)
aura identifi� comme �tant un goulot d'�tranglement pour la
performance de votre programme.
Ainsi, si vous identifiez une partie du code comme �tant trop lente,
vous devriez
* d'abord essayer d'utiliser un meilleur algorithme;
* essayer de la compiler au lieu de l'interpr�ter;
* essayer d'activer les bonnes options d'optimisation de votre
compilateur;
* donner au compilateur des indices d'optimisation (d�clarations de
typage en LISP; utilisation des extensions GNU avec GCC; la
plupart des compilos fourmillent d'options);
* enfin de compte seulement, se mettre � l'assembleur si n�cessaire.
Enfin, avant d'en venir � cette derni�re option, vous devriez
inspecter le code g�n�r� pour v�rifier que le probl�me vient
effectivement d'une mauvaise g�n�ration de code, car il se peut fort
bien que ce ne soit pas le cas: le code produit par le compilateur
pourrait �tre meilleur que celui que vous auriez �crit, en particulier
sur les architectures modernes � pipelines multiples! Il se peut que
les portions les plus lentes de votre programme le soit pour des
raisons intrins�ques. Les plus gros probl�mes sur les architectures
modernes � processeur rapide sont dues aux d�lais introduits par les
acc�s m�moires, manqu�s des caches et TLB, fautes de page;
l'optimisation des registres devient vaine, et il vaut mieux repenser
les structures de donn�es et l'encha�nement des routines pour obtenir
une meilleur localit� des acc�s m�moire. Il est possible qu'une
approche compl�tement diff�rente du probl�me soit alors utile.
Inspection du code produit par le compilateur
Il existe de nombreuses raisons pour vouloir regarder le code
assembleur produit par le compilateur. Voici ce que vous pourrez faire
avec ce code:
* v�rifier si le code produit peut ou non �tre am�liorer avec du
code assembleur �crit � la main (ou par un r�glage diff�rent des
options du compilateur);
* quand c'est le cas, commencer � partir de code automatiquement
engendr� et le modifier plut�t que de repartir de z�ro;
* plus g�n�ralement, utilisez le code produit comme des scions �
greffer, ce qui � tout le moins vous laisse permet d'avoir
gratuitement tout le code d'interfa�age avec le monde ext�rieur.
* rep�rer des bogues �ventuels dus au compilateur lui-m�me
(esp�rons-le tr�s rare, quitte � se restreindre � des versions
``stables'' du compilo).
La mani�re standard d'obtenir le code assembleur g�n�r� est d'appeller
le compilateur avec l'option -S. Cela fonctionne avec la plupart des
compilateur Unix y compris le compilateur GNU C (GCC); mais � vous de
voir dans votre cas. Pour ce qui est de GCC, il produira un code un
peu plus compr�hensible avec l'option -fverbose-asm. Bien sur, si vous
souhaitez obtenir du code assembleur optimis�, n'oubliez pas d'ajouter
les options et indices d'optimisation appropri�es!
3. Assembleurs
3.1 Assembleur en-ligne de GCC
Le c�l�bre GNU C/C++ Compiler (GCC), est un compilateur 32 bits
optimisant situ� au coeur du projet GNU. Il g�re assez bien les
architectures x86 et permet d'ins�rer du code assembleur � l'int�rieur
de programmes C de telle mani�re que les registres puissent �tre soit
sp�cifi�s soit laiss� aux bons soins de GCC. GCC fonctionne sur la
plupart des plates-formes dont Linux, *BSD, VSTa, OS/2, *DOS, Win*,
etc.
O� trouver GCC
Le site principal de GCC est le site FTP du projet GNU:
ftp://prep.ai.mit.edu/pub/gnu/ On y trouve �galement toutes les
applications provenant du projet GNU. Des versions configur�es ou
pr�compil�es pour Linux sont disponibles sur
ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/GCC/. Il existe un grand nombre de
miroirs FTP des deux sites partout de par le monde, aussi bien que des
copies sur CD-ROM.
Le groupe de d�veloppement de GCC s'est r�cemment scind� en deux; pour
plus d'informations sur la version exp�rimentale, egcs, voir
http://www.cygnus.com/egcs/
Les sources adapt�s � votre syst�me d'exploitation pr�f�r� ainsi que
les binaires pr�compil�s peuvent �tre trouv�s sur les sites FTP
courants.
Le portage le plus c�l�bre de GCC pour DOS est DJGPP et il peut �tre
trouv� dans le r�pertoire du m�me nom sur les sites ftp. Voir:
http://www.delorie.com/djgpp/
Il existe �galement un portage de GCC pour OS/2 appel� EMX qui
fonctionne �galement sous DOS et inclut un grand nombre de routines
d'�mulation Unix. Voir les sites
http://www.leo.org/pub/comp/os/os2/gnu/emx+gcc/
http://warp.eecs.berkeley.edu/os2/software/shareware/emx.html
ftp://ftp-os2.cdrom.com/pub/os2/emx09c/
O� trouver de la documentation sur l'assembleur en ligne avec GCC?
La document de GCC inclus les fichiers de documentation au format
texinfo. Vous pouvez les compiler avec TeX et les imprimer, ou les
convertir au format .info et les parcourir interactivement avec emacs,
ou encore les convertir au format HTML, ou en � peu pr�s n'importe
quel format (avec les outils ad�quats). Les fichiers .info sont
g�n�ralement install�s en m�me temps que GCC.
La section � consulter est C Extensions::Extended Asm::
La section Invoking GCC::Submodel Options::i386 Options:: peut
�galement vous aider. En particulier, elle donne les noms de
contraintes pour les registres du i386: abcdSDB correspondent
respectivement � %eax, %ebx, %ecx, %edx, %esi, %edi, %ebp (aucune
lettre pour %esp).
Le site "DJGPP Games resource" (qui n'est pas r�serv� aux seuls
d�veloppeurs de jeux) poss�de une page particuli�re sur l'assembleur:
http://www.rt66.com/~brennan/djgpp/djgpp_asm.html
Enfin, il existe une page de la Toile appel�e "DJGPP Quick ASM
Programming Guide", contenant des URL sur des FAQ, la syntaxe
assembleur AT&T x86, des informations sur l'assembleur en ligne, et la
conversion des fichiers .obj/.lib:
http://remus.rutgers.edu/~avly/djasm.html
GCC soutraite l'assemblage proprement dit � GAS et suit donc sa
syntaxe (voir plus bas), cela implique que l'assembleur en ligne doit
utiliser des caract�res pourcents entre apostrophes pour qu'ils soient
pass�s � GAS. Voir la section d�di�e � GAS.
Vous trouverez un _grand_ nombre d'exemples instructifs dans le
r�pertoire linux/include/asm-i386/ des sources de Linux.
Appeller GCC pour obtenir du code assembleur en ligne correcte?
Assurez-vous d'appeller gcc avec l'option -O (ou -O2, -O3, etc) pour
activer les optimisations et l'assembleur en ligne. Si vous ne le
fa�tes pas, votre code pourra compiler mais ne pas s'ex�cuter
correctement!! En fait (merci � Tim Potter, timbo@moshpit.air.net.au),
il suffit d'utiliser l'option -fasm, faisant partie de toutes les
fonctionnalit�s activ�es par l'option -O. Donc si vous avez des
probl�mes en raison d'optimisations bogu�es dans votre impl�mentation
de gcc, vous pouvez toujours utiliser l'assembleur en ligne. De m�me,
utilisez l'option -fno-asm pour d�sactiver l'assembleur en ligne (on
peut se demander pourquoi?).
Plus g�n�ralement, les bonnes options de compilation � utiliser avec
gcc sur les plates-formes x86 sont
_________________________________________________________________
gcc -O2 -fomit-frame-pointer -m386 -Wall
_________________________________________________________________
-O2 est le bon niveau d'optimisation. Les optimisations sup�rieures
g�n�rent un code un peu plus important, mais tr�s l�g�rement plus
rapide. De telles sur-optimisations peuvent �tre utiles que dans le
cas d'optimisations de boucles que vous pouvez toujours r�aliser en
assembleur. Si vous avez besoin de faire ce genre de choses, ne le
fa�tes que pour les routines qui en ont besoin.
-fomit-frame-pointer permet au code g�n�r� de se passer de la gestion
inutile des pointeurs de fen�tre, ce qui rend le code plus petit plus
rapide et lib�re un registre pour de plus amples optimisations. Cette
option exclue l'utilisation des outils de d�boggage (gdb), mais
lorsque vous les utilisez, la taille et la vitesse importent peu.
-m386 g�n�re un code plus compacte sans ralentissement notable, (moins
de code signifie �galement mois d'entr�es/sorties sur disque et donc
une ex�cution plus rapide). Vous pouvez �galement utiliser l'option
-mpentium sur la version GCC g�rant l'optimisation pour ce processeur.
-Wall active toutes les mises-en-garde (warning) et vous �vite de
nombreuses erreurs stupides et �videntes.
Pour optimiser encore plus, vous pouvez utiliser l'option -mregparm=2
et/ou les attributs de fonctions qui peuvent �tre utilis�s mais ils
peuvent dans certains cas poser de nombreux probl�mes lors de
l'�dition de liens avec du code externe (notamment les biblioth�ques
partag�es)...
Notez que vous pouvez ajoutez ces options aux options utilis�es par
d�faut sur votre syst�me en �ditant le fichier
/usr/lib/gcc-lib/i486-linux/2.7.2.3/specs (cependant, ne rajoutez pas
-Wall � ces options).
3.2 GAS
GAS est l'assembleur GNU, utilis� par gcc.
O� le trouver?
Au m�me endroit o� vous avez trouv� gcc, dans le paquetage binutils.
Qu'est-ce que la syntaxe AT&T
Comme GAS a �t� invent� pour supporter un compilateur 32 bits sous
unix, il utilise la syntaxe standard "AT&T", qui ressemblent assez �
l'assembleur m68k. La syntaxe n'est ni pire, ni meilleur que la
syntaxe "Intel". Elle est juste diff�rente. Lorsque vous aurez
l'habitude de vous en servir, vous la trouverez plus r�guli�re que la
syntaxe Intel, quoique que l�g�rement plus ennuyeuse aussi.
Voici les points les plus importants � propos de la syntaxe de GAS:
* Les noms de registres sont pr�fix�s avec %, de fa�on que les
registres sont %eax, %dl et consorts au lieu de juste eax, dl,
etc. Ceci rend possible l'inclusion directe de noms de symboles
externes C sans risque de confusion, ou de n�cessit� de pr�fixes
_.
* L'ordre des op�randes est source(s) d'abord, destination en
dernier, � l'oppos� de la convention d'intel consistant � mettre
la destination en premier, les source(s) ensuite. Ainsi, ce qui en
syntaxe intel s'�crit mov ax,dx (affecter au registre ax le
contentu du registre dx) s'�crira en syntaxe att mov %dx, %ax.
* La longueur des op�randes est sp�cifi�e comme suffixe du nom
d'instruction. Le suffixe est b pour un octet (8 bit), w pour un
mot (16 bit), et l pour un mot long (32 bit). Par exemple, la
syntaxe correcte pour l'instruction ci-dessus aurait d� �tre movw
%dx,%ax. Toutefois, gas n'est pas trop aussi strict que la syntaxe
att l'exige, et le suffixe est optionel quand la longueur peut
�tre devin�e gr�ce aux op�randes qui sont des registres, la taille
par d�faut �tant 32 bit (avec une mise en garde quand on y fait
appel).
* Les op�randes immediates sont marqu�s d'un pr�fixe $, comme dans
addl $5,%eax (ajouter la valeur longue imm�diate 5 au registre
%eax).
* L'absence de pr�fixe � une op�rande indique une adresse m�moire;
ainsi movl $foo,%eax met l'_adresse_ de la variable foo dans le
registre %eax, tandis que movl foo,%eax met le contenu de la
variable foo dans le registre %eax.
* L'indexation ou l'indirection se fait en mettant entre parenth�ses
le registre d'index ou la case m�moire contenant l'indirection,
comme dans testb $0x80,17(%ebp) (tester le bit de poids fort de
l'octet au d�placement 17 apr�s la case point�e par %ebp).
Un programme existe pour vous aider � convertir des programmes �crits
avec la syntaxe TASM en syntaxe AT&T. Voir
ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/convert/ta2asv08.zip
GAS poss�de une documentation compl�te au format TeXinfo, qui est
distribu�e entre autre avec les sources. Vous pouvez parcourir les
pages .info qui en sont extraites avec Emacs. Il y avait aussi un
fichier nomm� gas.doc ou as.doc disponible autour des sources de GAS,
mais il a �t� fusionn� avec la documentation TeXinfo. Bien s�r, en cas
de doute, l'ultime documentation est constitu�e par les sources
eux-m�mes! Une section qui vous int�ressera particuli�rement est
Machine Dependencies::i386-Dependent::
Les sources de Linux dont un bon exemple: regardez dans le r�pertoire
linux/arch/i386 les fichiers suivants: kernel/*.S,
boot/compressed/*.S, mathemu/*.S
Si vous codez ce genre de chose, un paquetage de thread, etc vous
devriez regarder d'autres langages (OCaml, gforth, etc), ou des
paquetages sur les thread (QuickThreads, pthreads MIT, LinuxThreads,
etc).
Enfin g�n�rer � partir d'un programme C du code assembleur peut vous
montrer le genre d'instructions que vous voulez. Consultez la section
Avez-vous besoin de l'assembleur? au d�but de ce document.
mode 16 bits limit�
GAS est un assembleur 32 bits, con�u pour assembler le code produit
par un compilateur 32 bits. Il ne reconna�t que d'une mani�re limit�
le mode 16 bits du i386, en ajoutant des pr�fixes 32 bits aux
instructions; vous �crivez donc en r�alit� du code 32 bits, qui
s'ex�cute en mode 16 bits sur un processeur 32 bits. Dans les deux
modes, il g�re les registres 16 bits, mais pas l'adressage 16 bits.
Utilisez les instructions .code16 et .code32 pour basculer d'un mode �
l'autre. Notez que l'instruction assembleur en ligne asm(".code16\n")
autorisera gcc � g�n�rer du code 32 bits qui fonctionnera en mode
r��l!
Le code n�cessaire pour que GAS g�re le mode 16 bits aurait �t� ajout�
par Bryan Ford (� confirmer?). Toutefois, ce code n'est pr�sent dans
aucune distribution de GAS que j'ai essay�e (jusqu'� binutils-2.8.1.x)
... plus d'informations � ce sujet seraient les bienvenues dans ce
HowTo.
Une solution bon march� pour ins�rer quelques instructions 16-bit non
reconnues pas GAS consiste � d�finir des macros (voir plus bas) qui
produisent directement du code binaire (avec .byte), et ce uniquement
pour les rares instructions 16 bits dont vous avez besoin (quasiment
aucunes, si vous utilisez le .code16 pr�c�dement d�crit, et pouvez
vous permettre de supposer que le code fonctionnera sur un processeur
32 bits). Pour obtenir le syst�me de codage correct, vous pouvez vous
inspirer des assembleurs 16 bits.
3.3 GASP
GASP est un pr�processeur pour GAS. Il ajoute des macros et une
syntaxe plus souple � GAS.
O� trouver gasp?
gasp est livr� avec gas dans le paquetage binutils GNU.
Comment il fonctionne?
Cela fonctionne comme un filtre, tout comme cpp et ses variantes. Je
ne connais pas les d�tails, mais il est livr� avec sa propre
documentation texinfo, donc consultez-la, imprimez-la, assimilez-la.
La combinaison GAS/GASP me semble �tre un macro-assembleur standard.
3.4 NASM
Du projet Netwide Assembler est issu encore un autre assembleur, �crit
en C, qui devrait �tre assez modulaire pour supporter toutes les
syntaxes connues et tous les formats objets existants.
O� trouver NASM?
http://www.cryogen.com/Nasm
Les versions binaires se trouvent sur votre miroir sunsite habituel
dans le r�pertoire devel/lang/asm/. Il devrait �galement �tre
disponible sous forme d'archive .rpm ou .deb parmi les contributions �
votre distribution pr�f�r�e RedHat ou Debian.
Son r�le
Au moment de l'�criture de ce HOWTO, NASM en est � la version 0.96.
La syntaxe est � la Intel. Une gestion de macros est int�gr�e.
Les formats objets reconnus sont bin, aout, coff, elf, as86, (DOS)
obj, win32, et rdf (leur propre format).
NASM peut �tre utilis�e comme assembleur pour le compilateur libre
LCC.
Comme NASM �volue rapidement, ce HowTo peut ne pas �tre � jour � son
sujet. A moins que vous n'utilisiez BCC comme compilateur 16 bit (ce
qui d�passe le cadre de ce document), vous devriez utiliser NASM
plut�t que AS86 ou MASM, car c'est un logiciel libre avec un excellent
service apr�s-don, qui tourne sur toutes plateformes logicielles et
mat�rielles.
Note: NASM est �galement livr� avec un d�sassembleur, NDISASM.
Son analyseur "grammatical", �crit � la main, le rend beaucoup plus
rapide que GAS; en contrepartie, il ne reconna�t qu'une architecture,
en comparaison de la pl�thore d'architectures reconnues par GAS. Pour
les plates-formes x86, NASM semble �tre un choix judicieux.
3.5 AS86
AS86 est un assembleur 80x86, � la fois 16 et 32 bits, faisant partie
du compilateur C de Bruce Evans (BCC). Il poss�de une syntaxe � la
Intel.
Where to get AS86
Une version compl�tement d�pass�e de AS86 est diffus�e par HJLu juste
pour compiler le noyau Linux, dans un paquetage du nom de bin86
(actuellement version 0.4) disponible dans le r�pertoire GCC des sites
FTP Linux. Je d�conseille son utilisation pour toute autre chose que
compiler Linux. Cette version ne reconna�t qu'un format de fichiers
minix modifi�, que ne reconnaissent ni les binutils GNU ni aucun autre
produit. Il poss�de de plus certains bogues en mode 32 bits. Ne vous
en servez donc vraiment que pour compiler Linux.
Les versions les plus r�centes de Bruce Evans (bde@zeta.org.au) est
diffus�e avec la distribution FreeBSD. Enfin, elles l'�taient! Je n'ai
pas pu trouver les sources dans la distribution 2.1. Toutefois, vous
pouvez trouver les sources dans
http:///www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/files/bcc-95.3.12.src.tgz
Le projet Linux/8086 (�galement appel� ELKS) s'est d'une certaine
mani�re charg�e de maintenir bcc (mais je ne crois pas qu'ils aient
inclus les patches 32 bits). Voir les sites
http://www.linux.org.uk/Linux8086.html et ftp://linux.mit.edu/.
Entre autres choses, ces versions plus r�centes, � la diff�rence de
celle de HJLu, g�rent le format a.out de Linux; vous pouvez donc
effectuer des �ditions de liens avec des programmes Linux, et/ou
utiliser les outils habituels provenant du paquetage binutils pour
manipuler vos donn�es. Cette version peut co-exister sans probl�me
avec les versions pr�c�dentes (voir la question � ce sujet un peu plus
loin).
La version du 12 mars 1995 de BCC ainsi que les pr�c�dentes a un
probl�me qui provoque la g�n�ration de toutes les op�rations
d'empilement/d�pilement de segments en 16 bits, ce qui est
particuli�rement ennuyant lorsque vous d�veloppez en mode 32 bits. Un
patch est diffus� par le projet Tunes
http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/
� partir du lien suivant: files/tgz/tunes.0.0.0.25.src.tgz ou dans le
r�pertoire LLL/i386/.
Le patch peut �galement �tre directement r�cup�r� sur
http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/files/as86.bcc.patch.gz
Bruce Evans a accept� ce patch, donc si une version plus r�cente de
BCC existe, le patch devrait avoir �t� int�gr�...
Comme appeller l'assembleur?
Voici l'entr�e d'un Makefile GNU pour utiliser bcc pour transformer un
fichier assembleur .s � la fois en un objet a.out GNU .o et un listing
.l:
_________________________________________________________________
%.o %.l: %.s
bcc -3 -G -c -A-d -A-l -A$*.l -o $*.o $<
_________________________________________________________________
Supprimez %.l, -A-l, et -A$*.l, si vous ne voulez pas avoir de
listing. Si vous souhaitez obtenir autre chose que du a.out GNU,
consultez la documentation de bcc concernant les autres formats
reconnus et/ou utilisez le programme objcopy du paquetage binutils.
O� trouver de la documentation
Les documentations se trouvent dans le paquetage bcc. Des pages de
manuel sont �galement disponibles quelque part sur le site de FreeBSD.
Dans le doute, les sources sont assez souvent une bonne documentation:
ce n'est pas tr�s comment� mais le style de programmation est tr�s
simple. Vous pouvez essayer de voir comment as86 est utilis� dans
Tunes 0.0.0.25...
Que faire si je ne peux plus compiler Linux avec cette nouvelleversion
Linus est submerg� par le courrier �lectronique et mon patch pour
compiler Linux avec un as86 a.out n'a pas d� lui parvenir (!). Peu
importe: conservez le as86 provenant du paquetage bin86 dans le
r�pertoire /usr/bin, et laissez bcc installer le bon as86 en tant que
/usr/local/libexec/i386/bcc/as comme que de droit. Vous n'aurez jamais
besoin d'appeler explicitement ce dernier, car bcc se charge tr�s bien
de tout, y compris la conversion en a.out Linux, lorsqu'il est appel�
avec les bonnes options. Assemblez les fichiers uniquement en passant
par bcc, et non pas en appelant as86 directement.
3.6 Autres assembleurs
Il s'agit d'autres possibilit�s, qui sortent de la voie ordinaire,
pour le cas o� les solutions pr�c�dentes ne vous conviennent pas (mais
je voudrais bien savoir pourquoi?), que je ne recommande pas dans les
cas habituels, mais qui peuvent se montrer fort utiles si l'assembleur
doit faire partie int�grante du logiciel que vous concevez (par
exemple un syst�me d'exploitation ou un environnement de
d�veloppement).
L'assembleur de Win32Forth
Win32Forth est un syst�me ANS FORTH 32 bit _libre_ qui fonctionne sous
Win32s, Win95, Win/NT. Il comprend un assembleur 32 bit libre (sous
forme pr�fixe ou postfixe) int�gr�e au langage FORTH. Le traitement
des macro est effectu� en utilisant toute la puissance du langage
r�flexif FORTH. Toutefois, le seul contexte d'entr�e et sortie reconnu
actuellement est Win32For lui-m�me (aucune possibilit� d'obtenir un
fichier objet, mais vous pouvez toujours l'ajouter par vous-m�me, bien
s�r). Vous pouvez trouver Win32For � l'adresse suivante:
ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/win32for/
Terse
Terse est un outil de programmation qui fournit _LA_ syntaxe
assembleur la plus compacte pour la famille des processeur x86! Voir
le site http://www.terse.com. Ce n'est cependant pas un logiciel
libre. Il y aurait eu un clone libre quelque part, abandonn� � la
suite de mensong�res all�gations de droits sur la syntaxe, que je vous
invite � ressusciter si la syntaxe vous int�resse.
Assembleurs non libres et/ou non 32 bits
Vous trouverez un peu plus d'informations sur eux, ainsi que sur les
bases de la programmation assembleur sur x86, dans la FAQ de Raymond
Moon pour le forum comp.lang.asm.x86. Voir
http://www2.dgsys.com/~raymoon/faq/asmfaq.zip
Remarquez que tous les assembleurs DOS devraient fonctionner avec
l'�mulateur DOS de Linux ainsi qu'avec d'autres �mulateurs du m�me
genre. Aussi, si vous en poss�dez un, vous pouvez toujours l'utiliser
� l'int�rieur d'un vrai syst�me d'exploitation. Les assembleurs sous
DOS assez r�cents g�rent �galement les formats de fichiers objets COFF
et/ou des formats g�r�s par la biblioth�que GNU BFD de telle mani�re
que vous pouvez les utiliser en conjonction avec les outils 32 bits
libres, en utilisant le programme GNU objcopy (du paquetage binutils)
comme un filtre de conversion.
4. M�ta-programmation/macro-traitement
La programmation en assembleur est particuli�rement p�nible si ce
n'est pour certaines parties critiques des programmes.
Pour travail donn�, il faut l'outil appropri�; ne choisissez donc pas
l'assembleur lorsqu'il ne correspond pas au probl�me � r�soudre: C,
OCAML, perl, Scheme peuvent �tre un meilleur choix dans la plupart des
cas.
Toutefois, il y a certains cas o� ces outils n'ont pas un contr�le
suffisamment fin sur la machine, et o� l'assembleur est utile ou
n�cessaire. Dans ces cas, vous appr�cierez un syst�me de programmation
par macros, ou un syst�me de m�ta-programmation, qui permet aux motifs
r�p�titifs d'�tre factoris�s chacun en une seule d�finition
ind�finiment r�utilisable. Cela permet une programmation plus s�re,
une propagation automatique des modifications desdits motifs, etc. Un
assembleur de base souvent ne suffit pas, m�me pour n'�crire que de
petites routines � lier � du code C.
4.1 Description
Oui, je sais que cette partie peut manquer d'informations utiles �
jour. Vous �tes libres de me faire part des d�couvertes que vous
auriez d� faire � la dure...
GCC
GCC vous permet (et vous oblige) de sp�cifier les contraintes entre
registres assembleurs et objets C, pour que le compilateur puisse
interfacer le code assembleur avec le code produit par l'optimiseur.
Le code assembleur en ligne est donc constitu� de motifs, et pas
forc�ment de code exact.
Et puis, vous pouvez mettre du code assembleur dans des
macro-d�finitions de CPP ou des fonctions "en-ligne" (inline), de
telle mani�re que tout le monde puisse les utiliser comme n'importe
quelle fonction ou macro C. Les fonctions en ligne ressemblent
�norm�ment aux macros mais sont parfois plus propres � utiliser.
M�fiez-vous car dans tous ces cas, le code sera dupliqu�, et donc
seules les �tiquettes locales (comme 1:) devraient �tre d�finies dans
ce code assembleur. Toutefois, une macro devrait permettre de passer
en param�tre le nom �ventuellement n�cessaire d'une �tiquette d�finie
non localement (ou sinon, utilisez des m�thodes suppl�mentaires de
m�ta-programmation). Notez �galement que propager du code assembleur
en-ligne r�pandra les bogues potentiels qu'il contiendrait, aussi,
faites doublement attention � donner � GCC des contraintes correctes.
Enfin, le langage C lui-m�me peut �tre consid�r� comme �tant une bonne
abstraction de la programmation assembleur, qui devrait vous �viter la
plupart des difficult�s de la programmation assembleur.
M�fiez-vous des optimisations consistant � passer les arguments en
utilisant les registres: cela interdit aux fonctions concern�es d'�tre
appel�es par des routines exterieurs (en particulier celles �crites �
la main en assembleur) d'une mani�re standard; l'attribut asmlinkage
devrait emp�cher des routines donn�es d'�tre concern�es par de telles
options d'optimisation. Voir les sources du noyau Linux pour avoir des
exemples.
GAS
GAS a quelques menues fonctionnalit� pour les macro, d�taill�es dans
la documentation TeXinfo. De plus
J'ai entendu dire que les versions r�centes en seront dot�es... voir
les fichiers TeXinfo). De plus, tandis que GCC reconna�t les fichiers
en .s comme de l'assembleur � envoyer dans GAS, il reconna�t aussi les
fichiers en .S comme devant �tre filtrer � travers CPP avant d'�tre
envoyer � GAS. Au risque de me r�p�ter, je vous convie � consulter les
sources du noyau Linux.
GASP
Il ajoute toutes les fonctionnalit�s habituelles de macro � GAS. Voir
sa documentation sous forme texinfo.
NASM
NASM poss�de aussi son syst�me de macros. Consultez sa documentation.
Si vous avez quelqu'id�e lumineuse, contactez les auteurs, �tant donn�
qu'ils sont en train de d�velopper NASM activement. Pendant ce m�me
temps, lisez la partie sur les filtres externes un peu plus loin.
AS86
Il poss�de un syst�me simple de macros, mais je n'ai pas pu trouver de
documentation. Cependant, les sources sont d'une approche
particuli�rement ais�e, donc si vous �tes int�ress� pour en savoir
plus, vous devriez pouvoir les comprendre sans probl�me. Si vous avez
besoin d'un peu plus que des bases, vous devriez utiliser un filtre
externe (voir un peu plus loin).
Autres assembleurs
* Win32FORTH: CODE et END-CODE sont des macros qui ne basculent pas
du mode interpr�tation au mode compilation; vous aurez donc acc�s
� toute la puissance du FORTH lors de l'assemblage.
* Tunes: cela ne fonctionne pas encore, mais le langage Scheme est
un langage de tr�s haut niveau qui permet une m�ta-programmation
arbitraire.
4.2 Filtres externes
Quelque soit la gestion des macros de votre assembleur, ou quelque
soit le langage que vous utilisez (m�me le C), si le langage n'est pas
assez expressif pour vous, vous pouvez faire passer vos fichier �
travers un filtre externe gr�ce � une r�gle comme suit dans votre
Makefile:
_________________________________________________________________
%.s: %.S autres_d�pendances
$(FILTER) $(FILTER_OPTIONS) < $< > $@
_________________________________________________________________
CPP
CPP n'est vraiment pas tr�s expressif, mais il suffit pour les choses
faciles, et il est appel� d'une mani�re transparente par GCC.
Comme exemple de limitation, vous ne pouvez pas d�clarer d'objet de
fa�on � ce qu'un destructeur soit automatiquement appel� � la fin du
bloc ayant d�clar� l'objet. Vous n'avez pas de diversions ou de
gestion de port�e des variables, etc.
CPP est livr� avec tout compilateur C. Si vous pouvez faire sans,
n'allez pas chercher CPP (bien que je me demande comment vous pouvez
faire).
M4
M4 vous donne la pleine puissance du macro-traitement, avec un langage
Turing-�quivalent, r�cursivit�, expressions r�guli�res, etc. Vous
pouvez faire avec tout ce que cpp ne peut faire.
Voir macro4th/This4th que l'on trouve sur
ftp://ftp.forth.org/pub/Forth/ dans Reviewed/ ANS/ (?), ou les sources
de Tunes 0.0.0.25 comme exemple de programmation avanc�e en utilisant
m4.
Toutefois, le syst�me de citation est tr�s p�nible � utiliser et vous
oblige � utiliser un style de programmation par fonctions r�cursives
avec passage explicite de continuation (CPS) pour toute programmation
_avanc�e_ (ce qui n'est pas sans rappeler � TeX -- au fait quelqu'un
a-t-il d�j� essay� d'utiliser TeX comme macro-processeur pour autre
chose que de la mise-en-page?). Toutefois, ce n'est pas pire que cpp
qui ne permet ni citation ni r�cursivit�.
La bonne version de m4 � r�cup�rer est GNU m4 1.4 (ou ult�rieure si
elle existe). C'est celle qui contient le plus de fonctionnalit� et le
moins de bogues ou de limitations. m4 est con�u pour �tre
intrins�quement lent pour toute utilisation sauf la plus simple; cela
suffit sans aucun doute pour la plupart des programmes en assembleur
(vous n'allez quand m�me pas �crire des millions de lignes en
assembleur, si?).
Macro-traitement avec votre propre filtre
Vous pouvez �crire votre propre programme d'expansion de macro avec
les outils courants comme perl, awk, sed, etc. C'est assez rapide �
faire et vous pouvez tout contr�ler. Mais bien toute puissance dans le
macro-traitement doit se gagner � la dure.
M�ta-programmation
Plut�t que d'utiliser un filtre externe qui effectue l'expansion des
macros, une mani�re de r�aliser cela est d'�crire des programmes qui
�crivent d'autres programmes, en partie ou en totalit�.
Par exemple, vous pourriez utiliser un programme g�n�rant du code
source
* pour cr�er des tables de sinus/cosinus (ou autre),
* pour d�compiler un fichier binaire en source annot� annot�,
* pour compiler vos bitmaps en des routines d'affichage rapides,
* pour extraire de la documentation, du code d'initilisation ou
finalisation, des tables de descriptions, aussi bien que du code
normal depuis les m�mes fichiers sources;
* pour utiliser une technique sp�cifique de production de code,
produite avec un script perl/shell/scheme
* pour propager des donn�es d�finies en une seule fois dans de
nombreux morceaux de code ou tables avec r�f�rences crois�es.
* etc.
Pensez-y!
Backends provenant de compilateur existants
Des compilateurs comme SML/NJ, Objective CAML, MIT-Scheme, etc, ont
leur propre g�n�rateur de code assembleur, que vous pouvez ou non
utiliser, si vous souhaitez g�n�rer du code semi-automatiquement
depuis les langages correspondants.
Le New-Jersey Machine-Code Toolkit
Il s'agit projet utilisant le langage de programmation Icon pour b�tir
une base de code de manipulation d'assembleur. Voir
http://www.cs.virginia.edu/~nr/toolkit/
Tunes
Le projet de syst�me d'exploitation OS d�veloppe son propre assembleur
comme �tant une extension du langage Scheme. Il ne fonctionne pas
encore totalement, de l'aide est bienvenue.
L'assembleur manipule des arbres de syntaxes symboliques, de telle
mani�re qu'il puisse servir comme base d'un traducteur de syntaxe
assembleur, un d�sassembleur, l'assembleur d'un compilateur, etc. Le
fait qu'il utile un vrai langage de programmation puissant comme
Scheme le rend imbatable pour le macro-traitement et pour la
m�ta-programmation.
http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/
5. Conventions d'appel
5.1 Linux
Edition de liens avec GCC
C'est la solution la plus pratique. Consultez la documentation de gcc
et prenez exemple sur les sources du noyau Linux (fichiers .S qui sont
utilis�s avec gas, non pas as86).
Les arguments 32 bits sont empil�s dans la pile vers le bas dans
l'ordre inverse de l'ordre syntaxique (c'est-�-dire qu'on acc�de aux
arguments ou les d�pile dans l'ordre syntaxique), au-dessus de
l'adresse de retour 32 bits. %ebp, %esi, %edi, %ebx doivent �tre
conserv�s par l'appel�, les autres registres peuvent �tre d�truits;
%eax doit contenir le r�sultat, ou %edx:%eax pour des r�sultats sur 64
bits.
Pile virgule flottante: je ne suis pas s�r, mais je pense que le
r�sultat se trouve dans st(0), la pile �tant � la discr�tion de
l'appel�.
Notez que GCC poss�de certaines options pour modifier les conventions
d'appel en r�servant certains registres, en mettant les arguments dans
des registres, en supposant que l'on ne poss�de pas de FPU, etc.
Consultez les pages .info concernant le i386.
Il faut prendre garde � d�clarer l'attribut cdecl pour une fonction
qui suit la convention standard GCC (je ne sais pas exactement ce que
cela produit avec des conventions modifi�es). Consultez la
documentation GCC dans la section: C Extensions::Extended Asm::
Probl�mes ELF et a.out
Certains compilateurs C ajoutent un underscore avant tout symbole,
alors que d'autres ne le font pas.
En particulier, la version GCC a.out effectue ce genre d'ajouts, alors
que la version ELF ne le fait pas.
Si vous �tes confront� � ce probl�me, regardez comment des paquetages
existants traitent le probl�mes. Par exemple, r�cup�rer une ancienne
arborescence des sources de Linux, Elk, les qthreads ou OCAML...
Vous pouvez �galement red�finir le renommage implicite de C en
assembleur en ajoutant les instructions suivantes:
_________________________________________________________________
void truc asm("machin") (void);
_________________________________________________________________
pour s'assurer que la fonction C truc sera r�ellement appel�e machin
en assembleur.
Remarquez que l'outil objcopy, du paquetage binutils, devrait vous
permettre de transformer vos fichiers objets a.out en objets ELF et
peut-�tre inversement dans certains cas. D'une mani�re plus g�n�rale,
il vous permet d'effectuer de nombreuses conversions de formats de
fichiers.
Appels syst�mes directs
Il n'est absolument pas recommand� d'effectuer de tels appels par ce
que leurs conventions peuvent changer de temps en temps, ou d'un type
de noyau � un autre (cf L4Linux), de plus, ce n'est pas portable,
difficile � �crire, redondant avec l'effort entrepris par libc, et
enfin, cela emp�che les corrections et les extensions effectu�es �
travers la libc, comme par exemple avec le programme zlibc qui r�alise
une d�compression � la vol�e de fichiers compress�s avec gzip. La
mani�re standard et recommend�e d'effectuer des appels syst�mes est et
restera de passer par la libc.
Les objets partag�s devraient r�duire l'occupation m�moire des
programmes, et si vous souhaitez absolument avoir de petits
ex�cutables, utilisez #! avec un interpr�teur qui contiendra tout ce
que vous ne voulez pas mettre dans vos binaires.
Maintenant, si pour certaines raisons, vous ne souhaitez pas effectuer
une �dition des liens avec la libc, r�cup�rez-la et essayez de
comprendre comment elle fonctionne! Apr�s tout, vous pr�tendez bien la
remplacer non?
Vous pouvez aussi regarder comment eforth 1.0c le fait.
Les sources de Linux sont fort utiles, en particulier le fichier
d'en-t�te asm/unistd.h qui d�crit comment sont effectu�s les appels
syst�me...
Le principe g�n�ral est d'utiliser l'instruction int $0x80 avec le
num�ro de l'appel syst�me __NR_machin (regarder dans asm/unistd.h)
dans %eax, et les param�tres (jusqu'� cinq) dans %ebx, %ecx, %edx,
%esi, %edi. Le r�sultat est renvoy� dans %eax avec un r�sultat n�gatif
�tant l'erreur dont l'oppos� est tranf�r� par la libc dans errno. La
pile utilisateur n'est pas modific�e donc n'avez pas besoin d'en avoir
une correcte lors de l'appel.
Entr�es/sorties sous Linux
Si vous souhaitez effectuer des entr�es/sorties directement sous
Linux, soit il s'agit de quelque chose de tr�s simple qui n'a pas
besoin de sp�cificit�s du syst�me et dans ce cas l�, consultez le
mini-HOWTO IO-Port-Programming, ou alors vous devez cr�er un nouveau
gestionnaire de p�riph�rique et vous devriez alors lire quelques
documents sur les m�andres du noyau, le d�veloppement de gestionnaires
de p�riph�riques, les modules du noyau, etc. Vous trouverez
d'excellents HOWTO ou autres documents du projet LDP.
Plus particuli�rement, si vous souhaitez r�aliser des programmes
graphiques, rejoignez le projet GGI: http://synergy.caltech.edu/~ggi/
http://sunserver1.rz.uni-duesseldorf.de/~becka/doc/scrdrv.html
Dans tous les cas, vous devriez plut�t utiliser l'assembleur en ligne
de GCC avec les macros provenant des fichiers linux/asm/*.h que
d'�crire des sources en assembleur pur.
Acc�der aux gestionnaires 16 bits avec Linux/i386
De telles choses sont th�oriquement possibles (preuve: voir comment
DOSEMU permet � des programmes d'acc�der au port s�rie), et j'ai
entendu des rumeurs que certaines personnes le font (avec le
gestionnaire PCI? Acc�s aux cartes VESA? PnP ISA? Je ne sais pas). Si
vous avez de plus amples pr�cisions � ce sujet, soyez les bienvenus.
Le bon endroit � regarder est les sources du noyau, les sources de
DOSEMU (et des autres programmes se trouvant dans le r�pertoire
DOSEMU), ainsi que les sources d'autres programmes bas niveaux
(peut-�tre GGI s'il g�re les cartes VESA).
En fait, vous devez utiliser soit le mode prot�g� 16 bits, soit le
mode vm86.
Le premier est plus simple � configurer mais il ne fonctionne qu'avec
du code ayant un comportement propre qui n'effectue pas d'arithm�tique
de segments ou d'adressage absolu de segment (en particulier pour
l'adressage du segment 0), � moins que par chance tous les segments
utilis�s peuvent �tre configur� � l'avance dans le LDT.
La seconde possiblit� permet d'�tre plus "compatibles" avec les
environnements 16 bits mais il n�cessite une gestion bien plus
compliqu�e.
Dans les deux cas, avant de sauter sur le code 16 bits, vous devez:
* mmapper toute adresse absolue utilis�e dans le code 16 bits (comme
la ROM, les tampons vid�o, les adresses DMA et les entr�es/sorties
passant des zones de m�moires mapp�es) � partir de /dev/mem dans
votre espace d'adressage de votre processus.
* configurer le LDT et/ou le moniteur en mode vm86.
* demander au noyau les droits d'acc�s n�cessaires pour les
entr�es/sorties (voir plus haut).
Encore une fois, lisez attentivement les codes sources situ�s dans le
r�pertoire de DOSEMU et consorts, en particulier ces mini-�mulateurs
permettant de faire tourner des programmes ELKS et/ou des .COM assez
simples sous Linux/i386.
5.2 DOS
La plupart des �mulateurs DOS sont livr�s avec certaines interfaces
d'acc�s aux services DOS. Lisez leur documentation � ce sujet, mais
bien souvent, ils ne font que simuler int $0x21 et ainsi de suite,
donc c'est comme si vous �tiez en mode r�el (je doute qu'ils aient de
possibilit�s de fonctionner avec des op�randes 32 bits: ils ne font
que r�fl�chir l'interruption dans le mode r�el ou dans le gestionnaire
vm86).
Certaines documentations concernant DPMI (ou ses variantes peuvent)
�tre trouv�es sur ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/
DJGPP est livr� avec son propre sous-ensemble, d�riv�, ou remplacement
(limit�) de la glibc.
Il est possible d'effectuer une compilation crois�e de Linux vers DOS.
Consultez le r�pertoire devel/msdos/ de votre miroir FTP de
sunsite.unc.edu. Voir �galement le dos-extender MOSS du projet Flux
d'utah.
D'autres documentations et FAQ sont plus consacr�s � DOS. Nous
d�conseillons le d�veloppement sous DOS.
5.3 Windauberies...
Heu, ce document ne traite que de libre logiciel. T�l�phonez-moi
lorsque Windaube le deviendra ou du moins ses outils de d�veloppement!
En fait, apr�s tout, cela existe: Cygnus Solutions a d�velopp� la
biblioth�que cygwin32.dll pour que les programmes GNU puissent
fonctionner sur les machines MicroMerdiques. Donc, vous pouvez
utiliser GCC, GAS et tous les outils GNU ainsi que bon nombre
d'applications Unix. Consultez leur site Web. Je (Far�) ne souhaite
pas m'�tendre sur la programmation sous Windaube, mais je suis s�r que
vous trouverez tout un tas d'informations partout...
5.4 Votre propre syst�me d'exploitation
Le contr�le sur le syst�me �tant ce qui attire de nombreux
programmeurs vers l'assembleur, une pr�misse ou un corollaire naturel
de son utilisation est la volont� de d�velopper son propre syst�me
d'exploitation. Remarquons tout d'abord que tout syst�me permettant
son auto-d�veloppement pourrait �tre qualifi� de syst�me
d'exploitation, combien m�me tournerait-il au-dessus d'un autre
syst�me sur lequel il se d�chargerait de la gestion du multit�che
(Linux sur Mach) ou des entr�es/sorties (OpenGenera sur Digital Unix),
etc. Donc, pour simplifier le d�bogage, vous pouvez souhaiter
d�velopper votre syst�me d'exploitation comme �tant un processus
fonctionnant sous Linux (au prix d'un certain ralentissement), puis,
utiliser le Flux OS kit (qui permet l'utilisation des drivers Linux et
BSD dans votre propre syst�me d'exploitation) pour le rendre
ind�pendant. Lorsque votre syst�me est stable, il est toujours temps
d'�crire vos propres gestionnaires de mat�riels si c'est vraiment
votre passion.
Ce HowTo ne couvrira pas des sujets comme le code de chargement du
syst�me, le passage en mode 32 bits, la gestion des interruptions, les
bases concernant les horreurs des processeurs Intel (mode prot�g�,
V86/R86), la d�finition de votre format d'objets ou de vos conventions
d'appel. L'endroit o� vous pourrez trouver le plus d'informations
concernant tous ces sujets est le code source de syst�me d�j�
existants.
Un grand nombre de pointeurs se trouvent dans la page:
http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/Review/OSes.html
6. A faire et pointeurs
* compl�ter les sections incompl�tes;
* ajouter des pointeurs sur des programmes et des documentations;
* ajouter des exemples de tous les jours pour illustrer la syntaxe,
la puissance et les limitation de chacune des solutions propos�es;
* demander aux gens de me donner un coup de main;
* trouver quelqu'un qui a assez de temps pour prendre en charge la
maintenance de ce HOWTO;
* peut-�tre dire quelques mots sur l'assembleur d'autres
plates-formes?
* Quelques pointeurs (en plus de ceux qui se trouvent dans ce
document)
+ pages de manuel pour pentium
+ hornet.eng.ufl.edu pour les codages assembleurs
+ ftp.luth.se
+ PM FAQ
+ Page Assembleur 80x86
+ Courseware
+ programmation de jeux
+ experiences de programmation sous Linux exclusivement en
assembleur
* Et bien sur, utilisez vos outils habituels de recherche sur
Internet pour trouver les informations. Merci de m'envoyer tout ce
que vous trouvez d'interessant.
Signature de l'auteur:
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-- Fare -- rideau@clipper.ens.fr -- Francois-Rene Rideau -- +)ang-Vu Ban --
-- ' / . --
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TUNES is a Useful, Not Expedient System
WWW page at URL: http://www.eleves.ens.fr:8080/home/rideau/Tunes/