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基本動作復習

 手持ちの「応用CP/M」からスクリプトの雰囲気と
 文法を一瞥しておきます。




 CP/Mでは、i8080を利用したアセンブリ言語で記述された
 はずですが、ここまでできるのかという印象でした。

 Forthインタプリタがスタック操作であるため、メモリ
 消費が少なく、実時間処理に関しては、4MHzのZ80でも
 充分対応できたのでしょう。

 自作したForthのインタプリタでテストした内容を
 入力して、動作を確認。

1 2 + .
4 5 * .
10 1 2 - .
1 2 * 3 4 5 + .
9 2 / .
9 2 % .
100 10 inc .
100 22 dec .
1 dup . .
12 24 + . cr
10 0 < .
10 0 <= .
10 0 > .
10 0 >= .
10 10 == .
10 10 != .
10 0 < if 0 1 + . then
10 11 < if 2 3 + . then
10 0 <= if 0 1 + . else 4 3 * . then
10 0 >= if 0 1 + . else 4 1 - . then
10 0 == if 2 3 + . else 5 1 - . then
3 0 do I inc dec . loop
11 1 do I . loop
1 2 3 4 drop drop . .
3 3 == if 100 . else 0 . then
3 4 == if 100 . else 200 . then
3 4 >= if 100 . else 200 . then
: mul10 10 * ;
: mul3 3 * ;
: mulx 2 * 1 + ;
9 mul3 .
9 mulx .
1 2 3 4 drop drop . .
10 9 8 7 rot . . . .
1 << .
8 << .
15 3 & .
15 16 | .
15 3 ^ .
1 2 3 20 4 max .
10 2 3 20 4 min .
var aa 123 aa ! 321 aa !
aa @ .
0 3 2 -5 min .
0 3 2 -5 max .

 ワード定義や構文の扱い方に違いがあるのかも
 知れないので、次のURLでLPC1114で動作する
 Forthインタプリタの文法を確認。

http://mecrisp.sourceforge.net/glossary.htm

 組込みワードは、以下でした。

2dup 2drop 2swap 2nip 2over 2tuck 2rot 2-rot 2>r 2r> 2r@ 2rdrop d2/ d2*
dshr dshl dabs dnegate d- d+ s>d um* m* ud* udm* */ */mod u*/ u*/mod um/mod
m/mod ud/mod d/mod d/ f* f/ 2!  2@ du< du> d< d> d0< d0= d<> d= sp@ sp!
rp@ rp!  dup drop ?dup swap nip over tuck rot -rot pick depth rdepth >r r>
r@ rdrop rpick true false and bic or xor not clz shr shl ror rol rshift
arshift lshift 0= 0<> 0< >= <= < > u>= u<= u< u> <> = min max umax umin
move fill @ !  +!  h@ h!  h+!  c@ c!  c+!  bis!  bic!  xor!  bit@ hbis!
hbic!  hxor!  hbit@ cbis!  cbic!  cxor!  cbit@ cell+ cells flash-khz
16flash!  eraseflash initflash hflash!  flushflash + - 1- 1+ 2- 2+ negate
abs u/mod /mod mod / * 2* 2/ even base binary decimal hex hook-emit
hook-key hook-emit?  hook-key?  hook-pause emit key emit?  key?  pause
serial-emit serial-key serial-emit?  serial-key?  cexpect accept tib >in
current-source setsource source query compare cr bl space spaces [char]
char ( \ ." c" s" count ctype type hex.  h.s u.s .s words registerliteral,
call, literal, create does> <builds ['] ' postpone inline, ret, exit
recurse state ] [ : ; execute immediate inline compileonly 0-foldable
1-foldable 2-foldable 3-foldable 4-foldable 5-foldable 6-foldable
7-foldable constant 2constant smudge setflags align aligned align4,
align16, h, , ><, string, allot compiletoram?  compiletoram compiletoflash
(create) variable 2variable nvariable buffer: dictionarystart
dictionarynext skipstring find cjump, jump, here flashvar-here then else if
repeat while until again begin k j i leave unloop +loop loop do ?do case
?of of endof endcase token parse digit number .digit hold hold< sign #> f#S
f# #S # <# f.  f.n ud.  d.  u.  .  evaluate interpret hook-quit quit eint?
eint dint ipsr nop unhandled reset irq-systick irq-fault irq-collection
irq-adc irq-i2c irq-uart

 スタックを操作するワード、四則演算、シフト処理、論理演算等に
 分けて、基本演算を確認します。


スタック操作ワード  Mecris-Stellarisのページでは、2種に分類して紹介。 Single-Jugglers: depth ( -- +n ) Gives number of single-cell stack items. nip ( x1 x2 -- x2 ) drop ( x -- ) rot ( x1 x2 x3 -- x2 x3 x1 ) -rot ( x1 x2 x3 -- x3 x1 x2 ) swap ( x1 x2 -- x2 x1 ) tuck ( x1 x2 -- x2 x1 x2 ) over ( x1 x2 -- x1 x2 x1 ) ?dup ( x -- 0 | x x ) dup ( x -- x x ) pick ( ... xi+1 xi ... x1 x0 i -- ... x1 x0 xi ) Picks one element from deep below >r ( x -- ) (R: -- x ) r> ( -- x ) (R: x -- ) r@ ( -- x ) (R: x -- x ) rdrop ( -- ) (R: x -- ) rdepth ( -- +n ) Gives number of return stack items. rpick ( i -- xi ) R: ( ... xi ... x0 -- ... xi ... x0 ) Double-Jugglers: They perform the same for double numbers. 2nip ( x1 x2 x3 x4 -- x3 x4 ) 2drop ( x1 x2 -- ) 2rot ( x1 x2 x3 x4 x5 x6 -- x3 x4 x5 x6 x1 x2 ) 2-rot ( x1 x2 x3 x4 x5 x6 -- x5 x6 x1 x2 x3 x4 ) 2swap ( x1 x2 x3 x4 -- x3 x4 x1 x2 ) 2tuck ( x1 x2 x3 x4 -- x3 x4 x1 x2 x3 x4 ) 2over ( x1 x2 x3 x4 -- x1 x2 x3 x4 x1 x2 ) 2dup ( x1 x2 -- x1 x2 x1 x2 ) 2>r ( x1 x2 -- ) (R: -- x1 x2 ) 2r> ( -- x1 x2 ) (R: x1 x2 -- ) 2r@ ( -- x1 x2 ) (R: x1 x2 -- x1 x2 ) 2rdrop ( -- ) (R: x1 x2 -- )   大道芸のジャグリングを思い出すと、スタックに   積まれている数を回しているのがわかります。   数は、LPC1114が32ビットのARMプロセッサであることから   32ビットで扱われることに注意します。   Forthでは、スタック操作の前後で、スタックにある数が   どう入れ替わるのかを、左と右に書いて表現。   ワード rot であれば、以下。 rot ( x1 x2 x3 -- x2 x3 x1 )   スタックを本来の縦にした状態で表現すると、次の   動作になると、わかります。   CPUとForthで利用するスタックポインタの参照と設定も可能。 sp@ ( -- a-addr ) Fetch data stack pointer sp! ( a-addr -- ) Store data stack pointer rp@ ( -- a-addr ) Fetch return stack pointer rp! ( a-addr -- ) Store return stack pointer
四則演算と関連演算  四則演算は、加減乗除ですが、剰余系も扱えます。  さらに、符号なしか符号つきかの指定も可能。 u/mod ( u1 u2 -- u3 u4 ) u1/u2 = u4 rem u3 Division /mod ( n1 n2 -- n3 n4 ) n1 / n2 = n4 rem n3 mod ( n1 n2 -- n3 ) n1 / n2 = remainder n3 / ( n1 n2 -- n3 ) n1 / n2 = n3 * ( u1|n1 u2|n2 -- u3|n3 ) Single Multiplication min ( n1 n2 -- n1|n2 ) Keeps smaller of top two items max ( n1 n2 -- n1|n2 ) Keeps greater of top two items umin ( u1 u2 -- u1|u2 ) Keeps unsigned smaller umax ( u1 u2 -- u1|u2 ) Keeps unsigned greater 2- ( u1|n1 -- u2|n2 ) Subtracts two, optimized 1- ( u1|n1 -- u2|n2 ) Subtracts one, optimized 2+ ( u1|n1 -- u2|n2 ) Adds two, optimized 1+ ( u1|n1 -- u2|n2 ) Adds one, optimized even ( u1|n1 -- u2|n2 ) Makes even. Adds one if uneven. 2* ( n1 -- n2 ) Arithmetric left-shift 2/ ( n1 -- n2 ) Arithmetric right-shift abs ( n -- u ) Absolute value negate ( n1 -- n2 ) Negate - ( u1|n1 u2|n2 -- u3|n3 ) Subtraction + ( u1|n1 u2|n2 -- u3|n3 ) Addition um* ( u1 u2 -- ud ) u1 * u2 = ud udm* ( ud1 ud2 -- ud3-Low ud4-High ) ud1 * ud2 = ud3-Low ud4-High um/mod ( ud u1 -- u2 u3 ) ud / u1 = u3 remainder u2 ud/mod ( ud1 ud2 -- ud3 ud4 ) ud1/ud2 = ud4 rem ud3 m* ( n1 n2 -- d ) n1 * n2 = d m/mod ( d n1 -- n2 n3 ) d / n1 = n3 remainder r2 */ ( n1 n2 n3 -- n4 ) n1 * n2 / n3 = n4 u*/ ( u1 u2 u3 -- u4 ) u1 * u2 / u3 = u4 */mod ( n1 n2 n3 -- n4 n5 ) n1 * n2 / n3 = n5 remainder n4 d2* ( d1 -- d2 ) Arithmetric left-shift d2/ ( d1 -- d2 ) Arithmetric right-shift dshl ( ud1 -- ud2 ) Logical left-shift, same as d2* dshr ( ud1 -- ud2 ) Logical right-shift dabs ( d -- ud ) Absolute value dnegate ( d1 -- d2 ) Negate d- ( ud1|d1 ud2|d2 -- ud3|d3 ) Subtraction d+ ( ud1|d1 ud2|d2 -- ud3|d3 ) Addition s>d ( n -- d ) Makes a signed single number double length  剰余系では、商と余りを一度に計算して、スタックに  積む仕様のワードがあります。また、インクリメント  デクリメントもワードとして組込み済み。  算術、論理シフトに関しては、2で割るか2を掛けることと  等価という判断で、この演算分野に入れてありました。
比較演算  比較演算は、スタックに1個だけ置いた数値で処理するか  スタックに2個数値を置いて処理するかでワードが異なり  ます。 Single-Comparisions: u<= ( u1 u2 -- flag ) Unsigned comparisions u>= ( u1 u2 -- flag ) u> ( u1 u2 -- flag ) u< ( u1 u2 -- flag ) <= ( n1 n2 -- flag ) Signed comparisions >= ( n1 n2 -- flag ) > ( n1 n2 -- flag ) < ( n1 n2 -- flag ) 0< ( n - flag ) Negative ? 0<> ( x -- flag ) 0= ( x -- flag ) <> ( x1 x2 -- flag ) = ( x1 x2 -- flag ) Double-Comparisions:   They perform the same for double numbers. du> ( ud1 ud2 -- flag ) du< ( ud1 ud2 -- flag ) d> ( d1 d2 -- flag ) d< ( d1 d2 -- flag ) d0< ( d -- flag ) d0= ( d -- flag ) d<> ( d1 d2 -- flag ) d= ( d1 d2 -- flag )
メモリ操作とビット処理  LPC1114には、内部SRAMが4kバイト(0.5kワード)ありますが  その中に、スタックやシステム関係の数値を確保するので、ガベージ  コレクションのような操作をしたい場合も出てきます。  そんな場合に利用するワードが「move」。 move ( c-addr1 c-addr2 u -- ) Moves u Bytes in Memory  内部SRAMに画像を展開しておくような場合、背景を黒や白としたいことが  あります。そんな場合に利用するワードが「fill」。 fill ( c-addr u c ) Fill u Bytes of Memory with value c  レジスタの数値をバイトあるいはワードで見て、指定ビットの  論理値をテストし、判定結果をスタックに入れる。 cbit@ ( mask c-addr -- flag ) Test BIts in byte-location bit@ ( mask a-addr -- flag ) Test BIts in word-location  レジスタの数値をバイトあるいはワードで見て、排他的論理和を  求めて、結果をレジスタに代入。 cxor! ( mask c-addr -- ) Toggle bits in byte-location xor! ( mask a-addr -- ) Toggle bits in word-location  レジスタの数値をバイトあるいはワードで見て、指定ビットを0にし  結果をレジスタに代入。 cbic! ( mask c-addr -- ) Clear BIts in byte-location bic! ( mask a-addr -- ) Clear BIts in word-location  レジスタの数値をバイトあるいはワードで見て、指定ビットを1にし  結果をレジスタに代入。 cbis! ( mask c-addr -- ) Set BIts in byte-location bis! ( mask a-addr -- ) Set BIts in word-location  レジスタにラベルをつける。 2constant name ( ud|d -- ) Makes a double constant. constant name ( u|n -- ) Makes a single constant. 2variable name ( ud|d -- ) Makes an initialized double variable variable name ( n|n -- ) Makes an initialized single variable nvariable name ( n1*u|n n1 -- ) Makes an initialized variable with specified size of n1 words Maximum is 15 words  メモリエリアのエントリアドレスに、ラベルをつける。 buffer: name ( u -- ) Creates a buffer in RAM with u bytes length  メモリから2ワードの数値を取り出す。 2@ ( a-addr -- ud|d ) Fetches double number from memory  メモリへ2ワードの数値を格納。 2! ( ud|d a-addr -- ) Stores double number in memory  メモリから1ワードの数値を取り出す。 @ ( a-addr -- u|n ) Fetches single number from memory  メモリへ1ワードの数値を格納。 ! ( u|n a-addr -- ) Stores single number in memory  メモリアドレスにワード単位で+1して格納。 +! ( u|n a-addr -- ) Add to memory location  メモリから1バイトの数値を取り出す。 c@ ( c-addr -- char ) Fetches byte from memory  メモリへ1バイトの数値を格納。 c! ( char c-addr ) Stores byte in memory  メモリアドレスにバイト単位で+1して格納。 c+! ( u|n a-addr -- ) Add to byte memory location
印字  Forthは端末を利用してプログラムするので、端末での表示に  関係するワードが多数用意されています。 String routines: type ( c-addr length -- ) Prints a counted string. s" Hello" Compiles a string and ( -- c-addr length ) gives back its address and length when executed. ." Hello" Compiles a string and ( -- ) prints it when executed. cr ( -- ) Emits line feed bl ( -- 32 ) ASCII code for Space space ( -- ) Emits space spaces ( n -- ) Emits n spaces if n is positive compare ( caddr-1 len-1 c-addr-2 len-2 -- flag ) Compares two strings accept ( c-addr maxlength -- length ) Read input into a string. Counted string routines: ctype ( cstr-addr -- ) Prints a counted string. c" Hello" Compiles a counted string and ( -- cstr-addr ) gives back its address when executed. cexpect ( cstr-addr maxlength -- ) Read input into a counted string. count ( cstr-addr -- c-addr length ) Convert counted string into addr-length string skipstring ( cstr-addr -- a-addr ) Increases the pointer to the aligned end of the string. Pictured numerical output: .digit ( u -- char ) Converts a digit to a char digit ( char -- u true | false ) Converts a char to a digit [char] * Compiles code of following char ( -- char ) when executed char * ( -- char ) gives code of following char hold ( char -- ) Adds character to pictured number output buffer from the front. sign ( n -- ) Add a minus sign to pictured number output buffer, if n is negative #S ( ud1|d1 -- 0 0 ) Add all remaining digits from the double length number to output buffer # ( ud1|d1 -- ud2|d2 ) Add one digit from the double length number to output buffer #> ( ud|d -- c-addr len ) Drops double-length number and finishes pictured numeric output ready for type <# ( -- ) Prepare pictured number output buffer u. ( u -- ) Print unsigned single number . ( n -- ) Print single number ud. ( ud -- ) Print unsigned double number d. ( d -- ) Print double number Deep insights: words ( -- ) Prints list of defined words. .s ( many -- many ) Prints stack contents, signed u.s ( many -- many ) Prints stack contents, unsigned h.s ( many -- many ) Prints stack contents, unsigned, hex hex. ( u -- ) Prints unsigned single number in hex base, needs emit only. This is independent of number subsystem.
シフト処理  算術シフト、論理シフトに加えて、回転に関係するワードがあります。  シフトでは、シフト量と方向を指定可能なワードと1ビット限定のシフト  があります。  回転は1ビットに固定。 arshift ( x1 u -- x2 ) Arithmetric right-shift of u bit-places rshift ( x1 u -- x2 ) Logical right-shift of u bit-places lshift ( x1 u -- x2 ) Logical left-shift of u bit-places shr ( x1 -- x2 ) Logical right-shift of one bit-place shl ( x1 -- x2 ) Logical left-shift of one bit-place ror ( x1 -- x2 ) Logical right-rotation of one bit-place rol ( x1 -- x2 ) Logical left-rotation of one bit-place
論理演算  論理演算は、否定、排他的論理和、論理和、論理積が用意  されています。否定は、32ビットすべてに適用されますが  排他的論理和、論理和、論理積では、ビットごと。 not ( x1 -- x2 ) Invert all bits xor ( x1 x2 -- x3 ) Bitwise Exclusive-OR or ( x1 x2 -- x3 ) Bitwise OR and ( x1 x2 -- x3 ) Bitwise AND
制御  If文の記述フォーマット指定。 Decisions: flag if ... then flag if ... else ... then then ( -- ) This is the common else ( -- ) flag if ... [else ...] then if ( flag -- ) structure.  Case文の記述フォーマット指定。 Case: n case m1 of ... endof m2 .. ... ..... flag ?of ... endof all others endcase case ( n -- n ) Begins case structure of ( m -- ) Compares m with n, choose this if n=m ?of ( flag -- ) Flag-of, for custom comparisions endof ( -- ) End of one possibility endcase ( n -- ) Ends case structure, discards n  無限回の繰返しの記述フォーマット指定。 Indefinite Loops: begin ... again begin ... flag until begin ... flag while ... repeat repeat ( -- ) Finish of a middle-flag-checking loop. while ( flag -- ) Check a flag in the middle of a loop until ( flag -- ) begin ... flag until loops as long flag is true again ( -- ) begin ... again is an endless loop begin ( -- )  有限回の繰返しの記述フォーマット指定。 Definite Loops: limit index do ... [one or more leave(s)] ... loop ?do ... [one or more leave(s)] ... loop do ... [one or more leave(s)] ... n +loop ?do ... [one or more leave(s)] ... n +loop k ( -- u|n ) Gives third loop index j ( -- u|n ) Gives second loop index i ( -- u|n ) Gives innermost loop index unloop (R: old-limit old-index -- ) Drops innermost loop structure, pops back old loop structures to loop registers exit ( -- ) Returns from current definition. Compiles a ret opcode. leave ( -- ) (R: old-limit old-index -- ) Leaves current innermost loop promptly +loop ( u|n -- ) (R: unchanged | old-limit old-index -- ) Adds number to current loop index register and checks whether to continue or not loop ( -- ) (R: unchanged | old-limit old-index -- ) Increments current loop index register by one and checks whether to continue or not. ?do ( Limit Index -- ) (R: unchanged | -- old-limit old-index ) Begins a loop if limit and index are not equal do ( Limit Index -- ) (R: -- old-limit old-index ) Begins a loop
端末操作  端末への送信キャラクタが有るか否かの問い合わせ。 emit? ( -- Flag ) Ready to send a character ?  端末から受信キャラクタが有ったか否かの問い合わせ。 key? ( -- Flag ) Checks if a key is waiting  端末から受信があるまで待ち、受信キャラクタ取得。 key ( -- Char ) Waits for and fetches the pressed key  端末への送信。 emit ( Char -- ) Emits a character.  上記4ワードのフック付き処理。 hook-emit? ( -- a-addr ) Hooks for redirecting hook-key? ( -- a-addr ) terminal IO hook-key ( -- a-addr ) on the fly hook-emit ( -- a-addr )  ループ内でのemit?、key?、key、emitの処理。 serial-emit? ( -- Flag ) Serial interface serial-key? ( -- Flag ) terminal routines serial-key ( -- Char ) as default communications serial-emit ( Char -- )  フックの一時停止。 hook-pause ( -- a-addr ) Hook for a multitasker  一時停止。 pause ( -- ) Task switch, none for default
その他 Fixpoint numbers are stored ( n-comma n-whole ) and can be handled like signed double numbers. f/ ( df1 df2 -- df3 ) Division of two fixpoint numbers f* ( df1 df2 -- df3 ) Multiplication hold< ( char -- ) Adds character to pictured number output buffer from behind. f#S ( n-comma1 -- n-comma2 ) Adds all comma-digits to number output f# ( n-comma1 -- n-comma2 ) Adds one comma-digit to number output f. ( df -- ) Prints a fixpoint number with all fractional digits f.n ( df n -- ) Prints a fixpoint number with n fractional digits number ( c-addr length -- 0 ) -- n 1 ) -- n-low n-high 2 ) Tries to convert a string to a number. bic ( x1 x2 -- x3 ) Bit clear, identical to "not and" false ( -- 0 ) False-Flag true ( -- -1 ) True-Flag clz ( x1 -- u ) Count leading zeros
ハードウエア処理  ハードウエアリセット(定義ワードを消失)。 reset ( -- ) Reset on hardware level  割込み禁止。 dint ( -- ) Disables Interrupts  割込み許可。 eint ( -- ) Enables Interrupts  割込み許可チェック。 eint? ( -- ) Are Interrupts enabled ?  No operation(フック時にハンドラなしで利用)。 nop ( -- ) No Operation. Hook for unused handlers !

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