机器指令翻译成 JavaScript —— No.7 过渡语言
上一篇，我们决定使用 LLVM 来优化程序，并打算用 C 作为输入语言。现在我们来研究一下，将 6502 指令转换成 C 的可行性。
跳转支持
翻译成 C 语言，可比 JS 容易多了。因为 C 支持 goto，跳转可轻松实现。例如：
$0600 LDA #$01
$0602 STA $02
$0604 JMP $0600
就能翻译成如下 C 代码：
L_0600: A = 0x01; ...
L_0602: write(A, 0x02);
L_0604: goto L_0600;
我们把指令所在的位置，标记成对应的 label 名。例如 $0600 变成 L_0600:。
这样 JMP $0600 即可翻译成 goto L_0600。很简单，完全符合 C 语法。
只要跳转是以指令为粒度的，都可以翻译成 goto。（跳到指令中间、指令区外，另当别论）
转换工具
现在，我们需要一个 6502 指令转 C 的工具。
本着不造轮子的原则，我们直接用现成的反汇编工具，生成上述那种的汇编代码。
但是，这不符合 C 语法啊 —— 没事，可以用脚本简单处理一下。例如：
-
把每行开头的 $nnnn 替换成 L_nnnn:
-
把 $ 替换成 0x
-
补上括号、分号
几个正则一上，于是就变成这样：
L_0600: LDA(0x01);
L_0602: STA(0x02);
L_0604: JMP(0600);
这不就符合 C 语法了！
我们把每个指令定义成宏，让编译器自己去展开。调试时，就像调汇编一样，一步一个指令，不会进入逻辑细节。
当然，指令有很多种寻址模式。比如 LDA 指令，就有立即数、零页、零页偏移、绝对地址等模式。
因此，我们再增加一个后缀，以分区它们。例如 LDA $01 翻译成 LDA_ZP(0x01)。
类似还有 _ZP_X、_ZP_Y、_ABS 等等。所以，最终 C 代码是这样的：
L_0600: LDA_ZP(0x01)
L_0602: STA_ZP(0x02)
L_0604: JMP_ABS(0600)
翻译跳转
现在换成 C 语言，跳转又该如何实现？
静态跳转很简单，只是包了一个语法糖：
#define JMP_ABS(addr) goto L_##addr;
但是动态跳转，就需要斟酌一番了。
因为现在是用 goto 流程控制，没有将指令切割成 block_xxx 函数块，所以不能用之前那种查表的方式。
但是，可以用类似的方案。我们把已知的跳转点，事先都准备好：
jump_map:
switch (pc) {
case 0x0600: goto L_0600;
case 0x0608: goto L_0608;
case 0x0620: goto L_0620;
...
default: enter_interpret_mode()
}
动态跳转时，先 goto jump_map，然后根据 pc 的值，跳到相应的位置；如果没有符合的，则进入解释器模式。
这样，就实现了 C 版的动态跳转！
跳转点优化
当然，已知的跳转点会有很多，其实可以再精简一下。
动态跳转，绝大多数时候都是 RTS 指令，返回之前 JSR 的位置。所以，我们可以只列出 JSR 所在的位置。
相当于只提供 call/return 的跳转。其他小概率情况，反正可以用解释模式。
我们把这个跳转表（或者称作返回表），用宏包装一下，看起来变成这样：
RET_BEGIN
RET_ADDR(0600)
RET_ADDR(0604)
RET_ADDR(0620)
RET_END
这样，非常方便工具输出。
事实上精简这个跳转表，不只是为了减少代码量，更多是为了优化。如果每一行都有被 goto 的可能，那么 inline 就很难做了。
时钟模拟
现在，讨论时钟相关的问题。我们还是用一个变量，模拟剩余的周期数：
int cycle_remain = 20000;
然后每执行一条指令，扣除相应的数量。我们可以在宏里面定义，例如：
#define CYCLE(V) cycle_remain -= V;
#define _ST(R, M) write(M, R);
#define STA_ZP(v) CYCLE(3); _ST(A, v);
#define STA_ABS(v) CYCLE(4); _ST(A, v);
#define STA_ABS_X(v) CYCLE(5); _ST(A, v + X);
之前我们讨论的，是在跳转时统一扣除；现在，每个指令都要减一次，会不会浪费性能？
其实不用担心，这些都是常量计算，编译器会优化合并的。
接着就是频率控制。因为这是 C 语言，我们先尝试编译成本地程序，所以暂时无需考虑线程问题。如果 cycle_remain 用尽了，sleep 一下就可以。
演示
最后，就是将所有 6502 指令实现成宏。好在数量不算太多，而且很多都有规律。
上周末花了大半天时间，把这唯一的体力活完成了，大致是这样的：6502.h。
现在，我们尝试一个案例 —— 贪吃蛇。
这是它的原始机器码：
0600: 20 06 06 20 38 06 20 0d 06 20 2a 06 60 a9 02 85
0610: 02 a9 04 85 03 a9 11 85 10 a9 10 85 12 a9 0f 85
0620: 14 a9 04 85 11 85 13 85 15 60 a5 fe 85 00 a5 fe
....
0730: ea ca d0 fb 60
用现有的工具反汇编：
$0600 20 06 06 JSR $0606
$0603 20 38 06 JSR $0638
$0606 20 0d 06 JSR $060d
$0609 20 2a 06 JSR $062a
$060c 60 RTS
$060d a9 02 LDA #$02
....
$0731 ca DEX
$0732 d0 fb BNE $072f
$0734 60 RTS
然后，经过我们的脚本加工，变成 C 代码：
L_0600: JSR(0606, 0600)
L_0603: JSR(0638, 0603)
L_0606: JSR(060d, 0606)
L_0609: JSR(062a, 0609)
L_060c: RTS()
L_060d: LDA_IMM(0x02)
....
L_0731: DEX()
L_0732: BNE(072f)
L_0734: RTS()
以及一个用来支持动态跳转的表：
RET_BEGIN
RET_ADDR(0603)
RET_ADDR(0606)
RET_ADDR(0609)
RET_ADDR(060c)
....
RET_END
此外，还约定了几个特殊地址：
-
[0x0200, 0x0600) 屏幕输出 - 32*32 像素，8 位
-
0xfe 随机数
-
0xff 最后按下的键
考虑到屏幕很小，不如直接 print 出来吧。为了简单演示，先不实现颜色。
我们将其编译成本地程序，运行：
（由于字体原因，看起来变成了长方形，所以把图片高度缩小了一半）
虽然效果很差，但至少逻辑上是没问题的！
结尾
将 6502 指令翻译成 C 代码，其实还是非常容易的。不过，我们目标可是 JavaScript。
下一篇，我们将尝试终极挑战。
