福野泰介の一日一創

IchigoJam BASICで扱える数は、メモリ節約のため16bitの整数（-32768〜32767）としていますが、CPUは32bitのLPC1114。マシン語を使えば、プラスマイナス約21億まで使った高い精度で高速に計算ができます。

その3では1byte単位のメモリアクセスをやりましたが、Armマシン語には、IchigoJamの変数をマシン語で扱うのに便利な2byte単位や、32bitの大きな数をそのまま読み書きできる4byte単位のメモリアクセスも用意されています。

Armマシン語表（メモリアクセス）

※[]の後のWだと2byte単位、Lだと4byte単位で読み書き。u5/2などの表記は2で割った数を指定という意味
※u5/u8:Wの場合2byte単位、Lの場合4byte単位となる

これを使って、IchigoJamの変数AとBを足した値をCにいれるマシン語プログラムをつくってみます。 （R1：IchigoJam BASIC上の仮想アドレスを実アドレスに変換するオフセット）

R0=8 R0=R0<<8 R0=R0+204 R0=R1+R0 '仮想メモリ #800+204 の変数Aの実アドレス位置を計算 R2=[R0+0]W '変数Aの16bitの数をR2へ入れる R3=[R0+1]W '変数Bの16bitの数をR3へ入れる R2=R2+R3 [R0+2]W=R2 'R2を変数Cへ入れる RET

これを「マシン語表」を見ながらハンドアセンブルして、実行します

[0]=`00100 000 00001000 'R0=8 [1]=`00000 01000 000 000 'R0=R0<<8 [2]=`00110 000<<8 + 204 'R0=R0+204 [3]=`0001100 000 001 000 'R0=R1+R0 '仮想メモリ #800+204 の変数Aの位置 [4]=`10001 00000 000 010 'R2=[R0+0]2 '変数Aの16bitの数をR2へ入れる [5]=`10001 00001 000 011 'R3=[R0+2]2 '変数Bの16bitの数をR3へ入れる [6]=`0001100 011 010 010 'R2=R2+R3 [7]=`10000 00010 000 010 '[R0+4]2=R2 'R2を変数Cへ入れる [8]=#4770 'RET =HEX$(`0100011101110000) A=100 B=555 R=USR(#800,0) ?C 655

うまくいきました！

C言語で作られたシステムから呼び出される場合、ArmのABI（Application Binary Interface = 関数呼び出し規約）に従い、元に戻さず破壊して使って良いレジスタはR0-R3までです。（日本語解説、32ビットへの誘い）

ただ、R0からR3までの4つのレジスタだけではちょっと窮屈です。そんなとき便利なのがスタックです。メモリに書類を積むように一端保存しておき、必要になったら上から順番にレジスタに戻します。積むことをPUSH（プッシュ）、戻すことをPOP（ポップ）と呼びます。

Armマシン語表（スタック操作）

※ひとまず LR、PC には 0 を指定して使ってください

PUSH {R4,R5,R6,R7} と、スタックに保存しておけば、R4からR7までを思う存分に使ってもOK。RETする前に、POP {R4,R5,R6,R7} としましょう。 （R4〜R7を保存しないといけない理由）

[0]=`1011010 0 00010000 'PUSH {R4} [1]=`00100 100 11111111 'R4=255 [2]=`0001100 100 000 000 'R0=R0+R4 [3]=`1011110 0 00010000 'POP {R4} [4]=#4770 'RET ?USR(#800,100) 355

全部PUSHしておいてもいいですが、1レジスタに付き4byteのメモリと約21ナノ秒(48MHzの1周期)の時間が無駄になるので、必要なだけPUSH/POPするようにしましょう。また、重ねてPUSHすることで、どんどん途中の数を保存しておくこともできます。ただし、PUSHした数とPOPした数が合わないと暴走やフリーズの原因になるので注意しましょう。

やってみよう
1. PUSHしてPOPせずにRETするとどうなるかやってみよう
2. A+B*Cを計算してDにいれるマシン語プログラムをつくってみよう
3. A+B*Cを計算して[0]にいれるマシン語プログラムが2度目には動かない原因を探ってみよう
4. A*Bの数をCとDの2つの変数に結果をいれるプログラムをつくってみよう
5. 変数X,Yの場所に4x4のキャラを表示するプログラムをつくり、BASICと速度を比べてみよう

- 連載、IchigoJamではじめる、Armマシン語入門
1. はじめてのマシン語
2. ハンドアセンブルで超速計算！
3. マシン語メモリアクセスで画面超速表示！
4. マシン語でLEDを光らせよう！
5. 楽しさ広がるマルチバイトメモリアクセスとスタック
6. マシン語使いこなしTIPS
7. カジュアルに使うインラインマシン語
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9. マシン語で高速SPI
10. マシン語を制するもの時間を制す
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12. レジスタ不足に上位レジスタとスタック操作
13. コンパイラはじめのいっぽ、EVAL実現法とマシン語生成
14. サイズを取るかスピードを取るか、割り算のアルゴリズムとマシン語実装
15. マシン語化で1万倍速!? セットで学ぶアルゴリズムとコンピューター