Implement UEFI functionality in Forth
[rrq/jonasforth.git] / main.asm
index a670b343e99c1a1f0154f0eab083ef6eb1e6cc1a..5f63d849b92f156a1a66e0e3b7fa1819c35280ac 100644 (file)
--- a/main.asm
+++ b/main.asm
@@ -1,34 +1,20 @@
-;; vim: syntax=fasm
-
-format ELF64 executable
-
-;; "Syscalls" {{{
-
-;; [NOTE] Volatile registers Linux (syscalls) vs UEFI
+;; The UEFI module defines the following functions. Each of these functions
+;; preserve the value of RSI and RSP. They may use other registers as they like.
 ;;
-;;   Linux syscalls: RAX, RCX, R11
-;;   UEFI:           RAX, RCX, R11, RDX, R8, R9, R10
-
-;; We are in the process of replacing our dependency on Linux with a dependency
-;; on UEFI. The following macros attempt to isolate what would be syscalls in
-;; Linux; thus, we will be able to replace these with UEFI-based implementations,
-;; and in theory we should expect the program to work.
-
-;; Print a string of a given length.
+;; os_initialize
+;;   Called at initialization.
 ;;
-;; Input:
-;; - RCX = Pointer to buffer
-;; - RDX = Buffer length
+;; os_print_string
+;;   Takes a string buffer in RCX and the length in RDX, and prints the string
+;;   to the console.
 ;;
-;; Clobbers: RAX, RCX, R11, RDI, RSI
-macro sys_print_string {
-  mov rax, 1
-  mov rdi, 1
-  mov rsi, rcx
-  syscall
-}
-
-;; }}}
+;; os_read_char
+;;   Wait for the user to type a key, and then put the corresponding ASCII byte
+;;   into RAX.
+;;
+;; os_terminate
+;;   Shut down the system, returning the error code given in RAX.
+include 'os/uefi.asm'
 
 ;; The code in this macro is placed at the end of each Forth word. When we are
 ;; executing a definition, this code is what causes execution to resume at the
@@ -87,9 +73,7 @@ macro forth_asm label, name, immediate {
 .start:
 }
 
-segment readable executable
-
-entry main
+section '.text' code readable executable
 
 include "impl.asm"      ; Misc. subroutines
 include "bootstrap.asm" ; Forth words encoded in Assembly
@@ -98,6 +82,8 @@ main:
   cld                        ; Clear direction flag so LODSQ does the right thing.
   mov rbp, return_stack_top  ; Initialize return stack
 
+  call os_initialize
+
   mov rax, MAIN
   jmp qword [rax]
 
@@ -124,6 +110,17 @@ forth_asm LIT, 'LIT'
   push rax
   next
 
+;; When LITSTRING is encountered while executing a word, it instead reads a
+;; string from the definition of that word, and places that string on the stack
+;; as (buffer, length).
+forth_asm LITSTRING, 'LITSTRING'
+  lodsb
+  push rsi ; Buffer
+  movzx rax, al
+  push rax ; Length
+  add rsi, rax ; Skip over string before resuming execution
+  next
+
 ;; Given a string (a pointer following by a size), return the location of the
 ;; dictionary entry for that word. If no such word exists, return 0.
 forth_asm FIND, 'FIND'
@@ -188,45 +185,79 @@ forth_asm EMIT, 'EMIT'
 
   lea rcx, [rsp]
   mov rdx, 1
-  sys_print_string
+  call os_print_string
 
   add rsp, 8
   popr rax
   popr rsi
   next
 
-;; Read a word and push it onto the stack as a pointer and a size. The pointer
-;; is valid until the next call to READ_WORD.
-forth_asm READ_WORD, 'READ-WORD'
+;; Read a single character from the current input stream. Usually, this will wait
+;; for the user to press a key, and then return the corresponding character. When
+;; reading from a special buffer, it will instead return the next characater from
+;; that buffer.
+;;
+;; The ASCII character code is placed on the stack.
+forth_asm KEY, 'KEY'
+  call .impl
+  push rax
+  next
+
+;; Result in RAX
+.impl:
   ;; Are we reading from user input or from the input buffer?
   cmp [input_buffer], 0
   jne .from_buffer
 
   ;; Reading user input
-  mov [.rsi], rsi
-
-  call read_word
-  push rdi                      ; Buffer
-  push rdx                      ; Length
-
-  mov rsi, [.rsi]
-  next
+  call os_read_char
+  ret
 
 .from_buffer:
   ;; Reading from buffer
-  mov [.rsi], rsi
+  mov rax, [input_buffer]
+  movzx rax, byte [rax]
+
+  inc [input_buffer]
+  dec [input_buffer_length]
+  ret
 
-  mov rsi, [input_buffer]
-  mov rcx, [input_buffer_length]
+;; Read a word and push it onto the stack as a pointer and a size. The pointer
+;; is valid until the next call to READ_WORD.
+forth_asm READ_WORD, 'READ-WORD'
+  push rsi
+.skip_whitespace:
+  ;; Read characters until one of them is not whitespace.
+  call KEY.impl
+  ;; We consider newlines and spaces to be whitespace.
+  cmp al, ' '
+  je .skip_whitespace
+  cmp al, $A
+  je .skip_whitespace
+
+  ;; We got a character that wasn't whitespace. Now read the actual word.
+  mov [.length], 0
 
-  call pop_word
+.read_alpha:
+  movzx rbx, [.length]
+  mov rsi, .buffer
+  add rsi, rbx
+  mov [rsi], al
+  inc [.length]
 
-  mov [input_buffer], rsi        ; Updated buffer
-  mov [input_buffer_length], rcx ; Length of updated buffer
-  push rdi                       ; Word buffer
-  push rdx                       ; Length of word buffer
+  call KEY.impl
+
+  cmp al, ' '
+  je .end
+  cmp al, $A
+  jne .read_alpha
+
+.end:
+  pop rsi
+  push .buffer
+  movzx rax, [.length]
+  push rax
 
-  mov rsi, [.rsi]
   next
 
 ;; Takes a string on the stack and replaces it with the decimal number that the
@@ -250,7 +281,7 @@ forth_asm TELL, 'TELL'
 
   pop rdx ; Length
   pop rcx ; Buffer
-  sys_print_string
+  call os_print_string
 
   popr rsi
   popr rax
@@ -258,9 +289,8 @@ forth_asm TELL, 'TELL'
 
 ;; Exit the program cleanly.
 forth_asm TERMINATE, 'TERMINATE'
-  mov rax, $3C
-  mov rdi, 0
-  syscall
+  mov rax, 0
+  call os_terminate
 
 ;; Duplicate a pair of elements.
 forth_asm PAIRDUP, '2DUP'
@@ -349,7 +379,7 @@ forth_asm DOTU, '.U'
   ;; Print the buffer
   mov rcx, .buffer
   mov rdx, [.printed_length]
-  sys_print_string
+  call os_print_string
 
   ;; Restore RSI and continue execution
   pop rsi
@@ -422,13 +452,7 @@ forth_asm READ_STRING, 'S"'
   mov [.length], 0
 
 .read_char:
-  mov rax, 0
-  mov rdi, 0
-  mov rsi, .char_buffer
-  mov rdx, 1
-  syscall
-
-  mov al, [.char_buffer]
+  call os_read_char
   cmp al, '"'
   je .done
 
@@ -553,6 +577,69 @@ forth MAIN, 'MAIN'
   dq BRANCH, -8 * 2
   dq TERMINATE
 
+;; EFI:
+
+forth EFI_SYSTEM_TABLE_CONSTANT, 'SystemTable'
+  dq LIT, system_table, GET
+  dq EXIT
+
+forth_asm EFICALL2, 'EFICALL2'
+  pop rax ; function pointer
+  pop rdx ; 2nd argument
+  pop rcx ; 1st argument
+
+  sub rsp, 32
+  call rax
+  add rsp, 32
+
+  next
+
+forth_asm EFICALL3, 'EFICALL3'
+  pop rax ; function pointer
+  pop r8  ; 3rd argument
+  pop rdx ; 2nd argument
+  pop rcx ; 1st argument
+
+  sub rsp, 32
+  call rax
+  add rsp, 32
+
+  push rax
+
+  next
+
+forth_asm EFICALL10, 'EFICALL10'
+  pop rax ; function pointer
+
+  mov rcx, [rsp + 8 * 9]
+  mov rdx, [rsp + 8 * 8]
+  mov r8, [rsp + 8 * 7]
+  mov r9, [rsp + 8 * 6]
+
+  ;; Reverse order of stack arguments
+  mov r10, [rsp + 8 * 5]
+  mov r11, [rsp + 8 * 0]
+  mov [rsp + 8 * 5], r11
+  mov [rsp + 8 * 0], r10
+
+  mov r10, [rsp + 8 * 4]
+  mov r11, [rsp + 8 * 1]
+  mov [rsp + 8 * 4], r11
+  mov [rsp + 8 * 1], r10
+
+  mov r10, [rsp + 8 * 3]
+  mov r11, [rsp + 8 * 2]
+  mov [rsp + 8 * 3], r11
+  mov [rsp + 8 * 2], r10
+
+  sub rsp, 32
+  call rax
+  add rsp, 32 + 8 * 10
+
+  push rax
+
+  next
+
 ;; Built-in variables:
 
 forth STATE, 'STATE'
@@ -580,7 +667,7 @@ forth INPUT_LENGTH, 'INPUT-LENGTH'
   dq LIT, input_buffer_length
   dq EXIT
 
-segment readable writable
+section '.data' readable writable
 
 ;; The LATEST variable holds a pointer to the word that was last added to the
 ;; dictionary. This pointer is updated as new words are added, and its value is
@@ -612,6 +699,11 @@ DOTU.rbuffer rq 16
 DOTU.length dq ?
 DOTU.printed_length dq ?
 
+KEY.buffer dq ?
+
+READ_WORD.buffer rb $FF
+READ_WORD.length db ?
+
 ;; Reserve space for compiled words, accessed through HERE.
 here dq here_top
 here_top rq $4000
@@ -620,11 +712,11 @@ here_top rq $4000
 rq $2000
 return_stack_top:
 
-segment readable
-
 ;; We store some Forth code in sys.f that defined common words that the user
 ;; would expect to have available at startup. To execute these words, we just
 ;; include the file directly in the binary, and then interpret it at startup.
-sysf file 'sys.f'
+sysf:
+file 'sys.f'
+file 'uefi.f'
 sysf.len = $ - sysf