VB.NETで仮想CPUを作ろう (10)
- MLU命令の実装とModR/Mについて

VB.NETで学ぶ機械語の基礎 第10回

ModR/Mの実装

　ModR/Mはややこしいことに、Mod、レジスタ／オペコード、R/Mの3つの情報から成り立っています。手を動かしたほうが理解しやすいので、まずはModR/Mを構造体として実装します。

ModRM構造体のソース

Public Structure ModRM

    'ModR/Mの値
    Private m_value As Byte

    'Mod
    Public Property ModValue() As Byte
        Get
            Dim msk As Byte = 192
            Return (Me.m_value And msk) >> 6
        End Get
        Set(ByVal value As Byte)
            If value >= 0 And value < 4 Then
                Dim msk As Byte = 63
                Dim tmp As Byte = Me.m_value And msk
                Me.m_value = tmp + (value << 6)
            Else
                Throw New ArgumentOutOfRangeException("必ず0以上3以下の値を指定して下さい。")
            End If
        End Set
    End Property

    'レジスタ／オペコード
    Public Property RegOrOpeValue() As Byte
        Get
            Dim msk As Byte = 56
            Return (Me.m_value And msk) >> 3
        End Get
        Set(ByVal value As Byte)
            If value >= 0 And value < 8 Then
                Dim msk As Byte = 199
                Dim tmp As Byte = Me.m_value And msk
                Me.m_value = tmp + (value << 3)
            Else
                Throw New ArgumentOutOfRangeException("必ず0以上7以下の値を指定して下さい。")
            End If
        End Set
    End Property

    'R/M
    Public Property RMValue() As Byte
        Get
            Dim msk As Byte = 7
            Return Me.m_value And msk
        End Get
        Set(ByVal value As Byte)
            If value >= 0 And value < 8 Then
                Dim msk As Byte = 248
                Dim tmp As Byte = Me.m_value And msk
                Me.m_value = tmp + value
            Else
                Throw New ArgumentOutOfRangeException("必ず0以上7以下の値を指定して下さい。")
            End If
        End Set
    End Property

    Public ReadOnly Property Binary()
        Get
            Return Me.m_value
        End Get
    End Property

    Sub New(ByVal val As Byte)
        Me.m_value = val
    End Sub

End Structure

　このコードを理解するためには、ModR/Mの構造について理解する必要があります。IA-32 インテル アーキテクチャ•ソフトウェア• デベロッパーズ•マニュアル中巻のページ2－1命令フォーマット図2－1を参照してください。この図に従って、この構造体を実装しました。

　つまり、先頭2ビットはModプロパティ、次の3ビットはRegOrOpeValueプロパティ、最後の3ビットはRMValueプロパティとして実装しています。このModRM構造体も、レジスタ構造体と同じくビットごとの論理積を使用しています。

　分かりやすいように、RegOrOpeValueプロパティの実装を一例として説明します。このプロパティの実装が分かれば、他のプロパティの実装の意味も分かると思います。もし分からない場合は、Windowsの関数電卓を用いて実際に計算してみてください。なお、ビットごとの論理積についての詳しい説明については第2回を参照してください。

実装の説明

　まずGet部分を説明します。1バイトの値から中間の3ビットを取り出すためには、000111000（10進数の56）と現在値でビットごとの論理積を求めます。そうすると中央の3ビットの値だけが取り出せます。

　次にSet部分について説明します。始めに0～7の値しか指定できないようにチェックしています。これは3ビットのとりうる値が0～7だからです。そして、正常値（0～7）であれば、現在のレジスタ／オペコードを0に初期化しています。この方法はGet部分とは反対で、111000111（10進数の199）と現在の値でビットごとの論理積を求めることにより行います。

　最後に指定された値を3ビット分左算術シフトしています。これは、レジスタ／オペコードが3～5ビット目にあるからです。

　これでModR/Mの実装の完了しました。次はMUL命令の実装を進めるためにOpeCode構造体の改良点を説明します。

OpeCode構造体の改良

　今まで説明したように、MUL命令は他の命令とは命令フォーマットが違いますので、命令フォーマットを表すOpeCode構造体も変更しなくてはなりません。最初に改良した部分を提示し、その後で説明します。

OpeCode構造体の改良部分

Public Structure OpeCode
        'このプロパティを追加
        'オペコードの次の情報
        Private m_next As InfoType
        Public Property NextInfo() As InfoType
            Get
                Return Me.m_next
            End Get
            Set(ByVal value As InfoType)
                Me.m_next = value
            End Set
        End Property
End Structure

'オペコードの次の情報
Public Enum InfoType
    Value
    Register
End Enum

　命令フォーマットの項で説明したように、機械語の命令フォーマットは、まずオペコードがあって、次に即値かModR/Mがあります。この「次の情報」を表すためにOpeCode構造体にNextInfoプロパティを追加しました。このプロパティを追加することにより、次の情報が即値なのかModR/Mなのかを判別できるようになります。次の項ではこのModR/Mのバイナリ表現を扱う方法を実装します。