mruby/c 16bit命令案

はじめに

mruby/cは少々効率を犠牲にしても省メモリに振ったユニークな処理系だと思いました。そんな処理系の命令セットがmrubyと同じなんて一貫性が無いので省メモリに振った命令セットを考えました。方針は以下の通りである。

• mrubyのバイトコード列の意味を変えない

• メソッドはあまり複雑なものはない。つまり、ローカル変数なんかは少ないプログラムを想定する

• よく使う命令の組み合わせで命令融合させる。この際、32bitにはこだわらない

• 16bitの命令を用意して出来る限りそれを使うことでプログラムを小さくする。使える16bit命令が無い場合は32bit命令を使うわけだが、この場合はnop命令などを使って32bitにアライメントを合わせる。

• ジャンプ命令は32bit命令列を前提にしているのでジャンプの飛び先は32bitにアライメントする

命令融合

OP_MOVE2

OP_MOVE Rn, Ra
OP_MOVE Rn+1, Rb
を1命令にする。ただし、n >= a, b。a,bの部分に0を入れることで、LOADSELFも融合できる。

ビットパターン

　　　　　 Rb 　　　Ra　　　　n　　　 オペコード(0x50)
オフセット FEDCBA98 76543210 FEDCBA987 6543210
内容　　　 bbbbbbbb aaaaaaaa nnnnnnnnn 1010000


16bit命令

16bit命令にはすべて最後に16が付く

OP_NOP16

ビットパターン

   　　　　　 常に0       オペコード(0x0)
オフセット   FEDCBA987   6543210
内容　　　   000000000   0000000

OP_NOPは32bitでall 0なのでOP_NOP16が2つ並んでいるものとして解釈できる。従来の命令コードの意味を変えた唯一の例である。

OP_LOADLOCAL16

   　　　dst(parameter)　src(local) オペコード(0x50)
オフセット   FEDC　　　  BA987   6543210
内容　　　   0000　　　  00000   1010000

OP_MOV命令と同じ意味だが、local変数領域のレジスタからパラメータ領域のmoveに特化している。

レジスタフィールドを節約するため、local変数領域とパラメータ領域に分ける。local変数領域はR1～R(irep->nlocals - 1)までのローカル変数が割り当てられた領域。パラメータ領域はそのあとのメソッド呼び出しの引数やワーキングで使ういわばスタックとしての領域である。
そして、local変数領域同士、パラメータ領域同士の代入のmove命令は生成されない。そこで、このようなレジスタ指定を行う命令フォーマットは無駄であるため、このように命令を分けた。
また、local変数領域はR1から始まることに注意されたい。R0はselfだが、loadselfという命令があるので、これを割り当てるのは無駄である。

OP_LOADPARM16

   　　　dst(local)　src(parameter) オペコード(0x5)
オフセット   FEDC　　　  BA987       6543210
内容　　　   0000　　　  00000       1010001

OP_MOV命令と同じ意味だが、パラメータ変数領域のレジスタからlocal領域のmoveに特化している。