Conversion de code Z8000 en 68000

Cette page traite de la conversion de programmes écrits en assembleur Zilog Z8000 vers l'assembleur Motorola 68000. Le Z8000 et le 68000 sont des microprocesseurs 16/32 bits contemporains (tous deux lances en 1979), conçus comme successeurs de processeurs 8 bits (Z80 et 6800/6809 respectivement). Bien qu'ils partagent une philosophie CISC similaire, leurs jeux d'instructions, modes d'adressage et organisations de registres différent sensiblement. Le Z8000 existe en deux variantes : le Z8001 (segmente, 8 Mo) et le Z8002 (non segmente, 64 Ko). Cette section couvre principalement le Z8002 non segmente, plus simple a convertir.

Différences fondamentales entre Z8000 et 68000

Différences clefs pour la conversion :

• Organisation des registres : Le Z8000 possède 16 registres généraux de 16 bits (R0-R15) utilisables indifféremment pour les données ou les adresses. Les registres peuvent être combines en paires de 32 bits (RR0=R0:R1, RR2=R2:R3, ..., RR14=R14:R15) ou en quadruples de 64 bits (RQ0, RQ4, RQ8, RQ12). Le 68000 sépare les registres en 8 registres de données 32 bits (D0-D7) et 8 registres d'adresse 32 bits (A0-A7). Lors de la conversion, il faut décider si chaque registre Z8000 correspond a un registre de données ou d'adresse du 68000 selon son usage.
• Taille native des registres : Les registres Z8000 sont natifs 16 bits. Les opérations 32 bits nécessitent des paires de registres (RRn). Le 68000 a des registres 32 bits natifs. Les paires RRn du Z8000 se convertissent en un seul registre .L du 68000.
• Espace d'adressage : Le Z8002 (non segmente) n'adresse que 64 Ko. Le Z8001 (segmente) adresse 8 Mo via 128 segments de 64 Ko chacun. Le 68000 adresse 16 Mo linéaires (24 bits). La conversion depuis le Z8002 est simple (les adresses 16 bits sont valides sur le 68000). Depuis le Z8001, les adresses segmentées doivent être converties en adresses linéaires.
• Instructions sur blocs : Le Z8000 dispose d'instructions de blocs héritées du Z80 (LDIR, LDDR, CPIR, CPDR, INIR, OTIR) opérant sur des blocs de mémoire avec auto-incrément/décrément et répétition automatique. Le 68000 n'a pas d'équivalents directs; ces opérations doivent être implémentées avec des boucles utilisant DBRA ou des séquences MOVE/CMP avec (An)+ ou -(An).
• Entrées/Sorties : Le Z8000 possède un espace d'entrée/sortie séparé avec des instructions IN et OUT dédiées. Le 68000 utilise exclusivement des entrées/sorties cartographiées en mémoire (memory-mapped I/O). Les instructions IN/OUT du Z8000 doivent être converties en accès mémoire MOVE sur les adresses de périphériques correspondantes.
• Endianness identique : Les deux microprocesseurs sont big-endian. C'est un avantage majeur pour la conversion : les structures de données en mémoire ont le même agencement d'octets, donc aucune conversion d'endianness n'est nécessaire.

Correspondance des registres

Paires de registres (32 bits) :

Notes sur la correspondance :

• R0-R7 → D0-D7 : cartographie naturel des registres de données. Les opérations arithmétiques et logiques Z8000 sur R0-R7 se convertissent directement en opérations sur D0-D7.
• R8-R15 → A0-A7 : les registres utilises comme pointeurs se cartographient sur les registres d'adresse du 68000. Si un registre R8-R13 est utilise exclusivement pour des données (pas d'adressage indirect), il peut être cartographié sur un registre de données libre.
• RR0-RR6 → D0.L-D3.L : une paire Z8000 de 32 bits correspond directement a un registre 32 bits du 68000. C'est un gain majeur car le Z8000 consomme 2 registres pour une valeur 32 bits.
• Les quadruples (RQ0,...) de 64 bits n'ont pas d'équivalent direct. Il faut utiliser deux registres 32 bits du 68000 (exemple RQ0 → D0.L et D1.L).

Correspondance des drapeaux :

Conversion des instructions de transfert

Le Z8000 dispose d'instructions de transfert avec des tailles d'opérandes variées : octet (B), mot (W = 16 bits) et long (L = 32 bits via paires RRn). Le 68000 supporte les mêmes tailles via les suffixes .B, .W et .L sur l'instruction MOVE.

Exemples de conversion détaillés :

Conversion des instructions arithmétiques

Le Z8000 supporte les opérations arithmétiques sur 8, 16 et 32 bits. Le 68000 supporte également ces trois tailles. La principale différence est que le Z8000 utilise des paires de registres pour le 32 bits, tandis que le 68000 opère directement en 32 bits.

Multiplication et division :

Note sur MULT : Le Z8000 MULT multiplie deux mots 16 bits et place le résultat 32 bits dans une paire RRd. Le 68000 MULU fait de même (Ds.W * Dd.W → Dd.L). La correspondance est directe.

Note sur DIV : Le Z8000 DIV divise un long 32 bits (RRd) par un mot 16 bits (Rs) et place le quotient et le reste dans la paire. Le 68000 DIVU divise Dd.L par Ds.W et place le quotient dans le mot bas et le reste dans le mot haut de Dd. Le format du résultat diffère, mais la fonctionnalité est équivalente.

Exemples :

Conversion des instructions logiques et de décalage

Les instructions logiques du Z8000 et du 68000 sont très similaires. Les deux processeurs supportent AND, OR, XOR sur 8 et 16 bits. Le Z8000 ajoute des opérations 32 bits via les paires de registres.

Instructions logiques :

Instructions de décalage et rotation :

Note sur SDA/SDL : Le Z8000 utilise le signe du registre source pour déterminer la direction du décalage (positif = gauche, négatif = droite). Le 68000 a des instructions séparées pour chaque direction. Il faut donc tester le signe et brancher.

Conversion des instructions de branchement

Le Z8000 et le 68000 possèdent tous deux des branchements conditionnels bases sur les drapeaux de condition. Les codes de condition sont largement équivalents.

Codes de condition :

Instructions d'appel et retour :

Note sur RET cc : Le Z8000 permet un retour conditionnel (RET NZ, RET Z, etc.). Le 68000 n'a pas de RTS conditionnel. Il faut convertir en branchement conditionnel + RTS :

Note sur DJNZ : L'instruction DJNZ du Z8000 décrémente un registre et saute si non zéro, exactement comme DBRA du 68000. La différence est que DJNZ est 16 bits tandis que DBRA ne décrémente que le mot bas (16 bits) du registre de données. La correspondance est donc directe.

Note : DBRA décrémente et saute si le résultat n'est pas -1, donc le compteur initial doit être décrémenté de 1 par rapport a DJNZ.

Conversion des modes d'adressage

Le Z8000 et le 68000 ont des modes d'adressage assez similaires, ce qui facilite grandement la conversion.

Mode indexe : Le Z8000 supporte l'adressage indexe via la syntaxe addr(Rd). Le 68000 offre un mode similaire via d(An) et d(An,Dn.W) ou d(An,Dn.L). L'adressage indexe Z8000 est limité à un déplacement 16 bits, tandis que le 68000 supporte un déplacement 8 bits avec index ou 16 bits sans index.

Mode relatif au PC : Le Z8000 et le 68000 supportent tous les deux l'adressage relatif au PC. Le Z8000 utilise les sauts relatifs (JR) et l'adressage relatif dans certaines instructions de chargement. Le 68000 supporte le mode d(PC) explicitement.

Conversion des instructions de pile et d'appels

Le Z8000 et le 68000 utilisent tous deux une pile décroissante. Le Z8000 utilise par convention R15 comme pointeur de pile, tandis que A7 est le pointeur de pile dédié du 68000.

Convention d'appel (prologue/épilogue) :

Le 68000 simplifie considérablement le prologue/épilogue grâce aux instructions LINK et UNLK. Trois instructions Z8000 (PUSH + LD + SUB) sont remplacées par un seul LINK. De même, deux instructions (LD + POP) sont remplacées par UNLK.

Sauvegarde de registres multiples :

Le Z8000 n'a pas d'instruction de sauvegarde multiple de registres. Il faut empiler les registres un par un. Le 68000 dispose de MOVEM sauvegardeant/restaurant plusieurs registres en une seule instruction.

Conversion des instructions spécifiques au Z8000

Le Z8000 possède certaines instructions sans équivalent direct sur le 68000.

a) Instructions d'entrées/sorties :

Les adresses de ports doivent être converties en adresses mémoire correspondantes dans l'espace d'adressage du 68000. La correspondance exacte dépend du matériel cible.

b) Instructions multi-registres :

c) Instructions de gestion système :

d) Ajustement décimal :

L'instruction DAB (Decimal Adjust Byte) du Z8000 ajuste le résultat d'une addition BCD. Le 68000 utilise ABCD pour l'addition BCD et SBCD pour la soustraction BCD, effectuant l'ajustement automatiquement pendant l'opération. Il faut donc réorganiser le code pour utiliser ABCD/SBCD au lieu de ADD+DAB.

Conversion des opérations sur blocs et chaînes

Le Z8000 hérite du Z80 des instructions puissantes de manipulation de blocs mémoire. Le 68000 n'a pas d'équivalents directs et nécessite des boucles explicites.

a) Transfert de blocs :

b) Comparaison de blocs :

c) Transferts de blocs d'entrée/sortie :

d) Translation (table de correspondance) :

Exemples complets de conversion Z8000 vers 68000

Exemple 1 : Calcul de la longueur d'une chaîne (strlen)

Exemple 2 : Copie de mémoire (memcpy)

Exemple 3 : Recherche d'un caractère dans une chaîne

Exemple 4 : Tri à bulles (bubble sort)

Exemple 5 : Routine d'interruption

Tableau récapitulatif Z8000 vers 68000

Résumé

La conversion de code Z8000 vers 68000 est facilitée par plusieurs facteurs :

• Même endianness : Les deux microprocesseurs sont big-endian, donc les structures de données en mémoire sont compatibles sans modification.
• Même organisation de pile : Les deux utilisent une pile décroissante avec des mécanismes similaires pour les appels et retours de sous-routines.
• Modes d'adressage similaires : La plupart des modes du Z8000 ont des équivalents directs sur le 68000 (indirect, indexe, post-increment, pre-decrement).
• Registres 32 bits natifs : Le 68000 possède des registres 32 bits natifs, ce qui simplifie la conversion des opérations sur paires de registres (RRn) du Z8000. Une paire Z8000 (2 registres 16 bits) se convertit en un seul registre .L du 68000.
• Instructions de manipulation de bits : Le Z8000 (BIT, SET, RES) et le 68000 (BTST, BSET, BCLR) ont des instructions de manipulation de bits très similaires.
• LINK/UNLK simplifient les cadres d'appel : Le prologue et l'épilogue de fonctions du Z8000 (3 instructions chacun) se réduisent a une seule instruction LINK ou UNLK.
• MOVEM remplace les empilements multiples : Les séquences de PUSH/POP individuels du Z8000 se remplacent par un seul MOVEM, rendant le code plus compact et rapide.

Les principaux points d'attention sont :

• Instructions de blocs : LDIR, CPIR et les autres instructions de blocs du Z8000 doivent être converties en boucles explicites avec DBRA sur le 68000. Le code est plus long mais reste équivalent fonctionnellement.
• Entrée/Sortie : Le passage d'un espace d'entrée/sortie séparé (IN/OUT) à des entrées/sorties cartographiées en mémoire nécessite une reorganisation complète du code d'accès aux périphériques avec les adresses mémoire appropriées pour la plateforme cible.
• Espace d'adressage : Le passage de 64 Ko (Z8002) a 16 Mo (68000) nécessite potentiellement une révision des tailles de pointeurs et des conventions d'allocation mémoire, mais n'est généralement pas problématique car le 68000 est plus permissif.