extra/cpu/8080/8080.factor

   1 ! Copyright (C) 2006 Chris Double.
   2 ! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
   3 !
   4 USING: kernel math sequences words arrays io
   5        io.files namespaces math.parser kernel.private
   6        assocs quotations parser parser-combinators tools.time
   7        combinators.private ;
   8 IN: cpu.8080
   9
  10 TUPLE: cpu b c d e f h l a pc sp halted? last-interrupt cycles ram ;
  11
  12 GENERIC: reset        ( cpu            -- )
  13 GENERIC: update-video ( value addr cpu -- )
  14 GENERIC: read-port    ( port cpu       -- byte )
  15 GENERIC: write-port   ( value port cpu -- )
  16
  17 M: cpu update-video ( value addr cpu -- )
  18   3drop ;
  19
  20 M: cpu read-port ( port cpu -- byte )
  21   #! Read a byte from the hardware port. 'port' should
  22   #! be an 8-bit value.
  23   2drop 0 ;
  24
  25 M: cpu write-port ( value port cpu -- )
  26   #! Write a byte to the hardware port, where 'port' is
  27   #! an 8-bit value.
  28   3drop ;
  29
  30 : carry-flag        HEX: 01 ; inline
  31 : parity-flag       HEX: 04 ; inline
  32 : half-carry-flag   HEX: 10 ; inline
  33 : interrupt-flag    HEX: 20 ; inline
  34 : zero-flag         HEX: 40 ; inline
  35 : sign-flag         HEX: 80 ; inline
  36
  37 : >word< ( word -- byte byte )
  38   #! Explode a word into its two 8 bit values.
  39   dup HEX: FF bitand swap -8 shift HEX: FF bitand swap ;
  40
  41 : cpu-af ( cpu -- word )
  42   #! Return the 16-bit pseudo register AF.
  43   [ cpu-a 8 shift ] keep cpu-f bitor ;
  44
  45 : set-cpu-af ( value cpu -- )
  46   #! Set the value of the 16-bit pseudo register AF
  47   >r >word< r> tuck set-cpu-f set-cpu-a ;
  48
  49 : cpu-bc ( cpu -- word )
  50   #! Return the 16-bit pseudo register BC.
  51   [ cpu-b 8 shift ] keep cpu-c bitor ;
  52
  53 : set-cpu-bc ( value cpu -- )
  54   #! Set the value of the 16-bit pseudo register BC
  55   >r >word< r> tuck set-cpu-c set-cpu-b ;
  56
  57 : cpu-de ( cpu -- word )
  58   #! Return the 16-bit pseudo register DE.
  59   [ cpu-d 8 shift ] keep cpu-e bitor ;
  60
  61 : set-cpu-de ( value cpu -- )
  62   #! Set the value of the 16-bit pseudo register DE
  63   >r >word< r> tuck set-cpu-e set-cpu-d ;
  64
  65 : cpu-hl ( cpu -- word )
  66   #! Return the 16-bit pseudo register HL.
  67   [ cpu-h 8 shift ] keep cpu-l bitor ;
  68
  69 : set-cpu-hl ( value cpu -- )
  70   #! Set the value of the 16-bit pseudo register HL
  71   >r >word< r> tuck set-cpu-l set-cpu-h ;
  72
  73 : flag-set? ( flag cpu -- bool )
  74   cpu-f bitand 0 = not ;
  75
  76 : flag-clear? ( flag cpu -- bool )
  77   cpu-f bitand 0 = ;
  78
  79 : flag-nz? ( cpu -- bool )
  80   #! Test flag status
  81   cpu-f zero-flag bitand 0 = ;
  82
  83 : flag-z? ( cpu -- bool )
  84   #! Test flag status
  85   cpu-f zero-flag bitand 0 = not ;
  86
  87 : flag-nc? ( cpu -- bool )
  88   #! Test flag status
  89   cpu-f carry-flag bitand 0 = ;
  90
  91 : flag-c? ( cpu -- bool )
  92   #! Test flag status
  93   cpu-f carry-flag bitand 0 = not ;
  94
  95 : flag-po? ( cpu -- bool )
  96   #! Test flag status
  97   cpu-f parity-flag bitand 0 =  ;
  98
  99 : flag-pe? ( cpu -- bool )
 100   #! Test flag status
 101   cpu-f parity-flag bitand 0 = not ;
 102
 103 : flag-p? ( cpu -- bool )
 104   #! Test flag status
 105   cpu-f sign-flag bitand 0 = ;
 106
 107 : flag-m? ( cpu -- bool )
 108   #! Test flag status
 109   cpu-f sign-flag bitand 0 = not ;
 110
 111 : read-byte ( addr cpu -- byte )
 112   #! Read one byte from memory at the specified address.
 113   #! The address is 16-bit, but if a value greater than
 114   #! 0xFFFF is provided then return a default value.
 115   over HEX: FFFF <= [
 116     cpu-ram nth
 117   ] [
 118     2drop HEX: FF
 119   ] if ;
 120
 121 : read-word ( addr cpu -- word )
 122   #! Read a 16-bit word from memory at the specified address.
 123   #! The address is 16-bit, but if a value greater than
 124   #! 0xFFFF is provided then return a default value.
 125   [ read-byte ] 2keep >r 1 + r> read-byte 8 shift bitor ;
 126
 127 : next-byte ( cpu -- byte )
 128   #! Return the value of the byte at PC, and increment PC.
 129   [ cpu-pc ] keep
 130   [ read-byte ] keep
 131   [ cpu-pc 1 + ] keep
 132   set-cpu-pc ;
 133
 134 : next-word ( cpu -- word )
 135   #! Return the value of the word at PC, and increment PC.
 136   [ cpu-pc ] keep
 137   [ read-word ] keep
 138   [ cpu-pc 2 + ] keep
 139   set-cpu-pc ;
 140
 141
 142 : write-byte ( value addr cpu -- )
 143   #! Write a byte to the specified memory address.
 144   over dup HEX: 2000 < swap HEX: FFFF > or [
 145     3drop
 146   ] [
 147     3dup cpu-ram set-nth
 148     update-video
 149   ] if ;
 150
 151
 152 : write-word ( value addr cpu -- )
 153   #! Write a 16-bit word to the specified memory address.
 154   >r >r >word< r> r> [ write-byte ] 2keep >r 1 + r> write-byte ;
 155
 156 : cpu-a-bitand ( quot cpu -- )
 157   #! A &= quot call
 158   [ cpu-a swap call bitand ] keep set-cpu-a ; inline
 159
 160 : cpu-a-bitor ( quot cpu -- )
 161   #! A |= quot call
 162   [ cpu-a swap call bitor ] keep set-cpu-a ; inline
 163
 164 : cpu-a-bitxor ( quot cpu -- )
 165   #! A ^= quot call
 166   [ cpu-a swap call bitxor ] keep set-cpu-a ; inline
 167
 168 : cpu-a-bitxor= ( value cpu -- )
 169   #! cpu-a ^= value
 170   [ cpu-a bitxor ] keep set-cpu-a ;
 171
 172 : cpu-f-bitand ( quot cpu -- )
 173   #! F &= quot call
 174   [ cpu-f swap call bitand ] keep set-cpu-f ; inline
 175
 176 : cpu-f-bitor ( quot cpu -- )
 177   #! F |= quot call
 178   [ cpu-f swap call bitor ] keep set-cpu-f ; inline
 179
 180 : cpu-f-bitxor ( quot cpu -- )
 181   #! F |= quot call
 182   [ cpu-f swap call bitxor ] keep set-cpu-f ; inline
 183
 184 : cpu-f-bitor= ( value cpu -- )
 185   #! cpu-f |= value
 186   [ cpu-f bitor ] keep set-cpu-f ;
 187
 188 : cpu-f-bitand= ( value cpu -- )
 189   #! cpu-f &= value
 190   [ cpu-f bitand ] keep set-cpu-f ;
 191
 192 : cpu-f-bitxor= ( value cpu -- )
 193   #! cpu-f ^= value
 194   [ cpu-f bitxor ] keep set-cpu-f ;
 195
 196 : set-flag ( cpu flag -- )
 197   swap cpu-f-bitor= ;
 198
 199 : clear-flag ( cpu flag -- )
 200    bitnot HEX: FF bitand swap cpu-f-bitand= ;
 201
 202 : update-zero-flag ( result cpu -- )
 203   #! If the result of an instruction has the value 0, this
 204   #! flag is set, otherwise it is reset.
 205   swap HEX: FF bitand 0 = [ zero-flag set-flag ] [ zero-flag clear-flag ] if ;
 206
 207 : update-sign-flag ( result cpu -- )
 208   #! If the most significant bit of the result
 209   #! has the value 1 then the flag is set, otherwise
 210   #! it is reset.
 211   swap HEX: 80 bitand 0 = [ sign-flag clear-flag ] [ sign-flag set-flag ] if ;
 212
 213 : update-parity-flag ( result cpu -- )
 214   #! If the modulo 2 sum of the bits of the result
 215   #! is 0, (ie. if the result has even parity) this flag
 216   #! is set, otherwise it is reset.
 217   swap HEX: FF bitand 2 mod 0 = [ parity-flag set-flag ] [ parity-flag clear-flag ] if ;
 218
 219 : update-carry-flag ( result cpu -- )
 220   #! If the instruction resulted in a carry (from addition)
 221   #! or a borrow (from subtraction or a comparison) out of the
 222   #! higher order bit, this flag is set, otherwise it is reset.
 223   swap dup HEX: 100 >= swap 0 < or [ carry-flag set-flag ] [ carry-flag clear-flag ] if ;
 224
 225 : update-half-carry-flag ( original change-by result cpu -- )
 226   #! If the instruction caused a carry out of bit 3 and into bit 4 of the
 227   #! resulting value, the half carry flag is set, otherwise it is reset.
 228   #! The 'original' is the original value of the register being changed.
 229   #! 'change-by' is the amount it is being added or decremented by.
 230   #! 'result' is the result of that change.
 231   >r bitxor bitxor HEX: 10 bitand 0 = not r>
 232   swap [ half-carry-flag set-flag ] [ half-carry-flag clear-flag ] if ;
 233
 234 : update-flags ( result cpu -- )
 235   2dup update-carry-flag
 236   2dup update-parity-flag
 237   2dup update-sign-flag
 238   update-zero-flag ;
 239
 240 : update-flags-no-carry ( result cpu -- )
 241   2dup update-parity-flag
 242   2dup update-sign-flag
 243   update-zero-flag ;
 244
 245 : add-byte ( lhs rhs cpu -- result )
 246   #! Add rhs to lhs
 247   >r 2dup + r> ! lhs rhs result cpu
 248   [ update-flags ] 2keep
 249   [ update-half-carry-flag ] 2keep
 250   drop HEX: FF bitand ;
 251
 252 : add-carry ( change-by result cpu -- change-by result )
 253   #! Add the effect of the carry flag to the result
 254   flag-c? [ 1 + >r 1 + r> ] when ;
 255
 256 : add-byte-with-carry ( lhs rhs cpu -- result )
 257   #! Add rhs to lhs plus carry.
 258   >r 2dup + r> ! lhs rhs result cpu
 259   [ add-carry ] keep
 260   [ update-flags ] 2keep
 261   [ update-half-carry-flag ] 2keep
 262   drop HEX: FF bitand ;
 263
 264 : sub-carry ( change-by result cpu -- change-by result )
 265   #! Subtract the effect of the carry flag from the result
 266   flag-c? [ 1 - >r 1 - r>  ] when ;
 267
 268 : sub-byte ( lhs rhs cpu -- result )
 269   #! Subtract rhs from lhs
 270   >r 2dup - r>
 271   [ update-flags ] 2keep
 272   [ update-half-carry-flag ] 2keep
 273   drop HEX: FF bitand ;
 274
 275 : sub-byte-with-carry ( lhs rhs cpu -- result )
 276   #! Subtract rhs from lhs and take carry into account
 277   >r 2dup - r>
 278   [ sub-carry ] keep
 279   [ update-flags ] 2keep
 280   [ update-half-carry-flag ] 2keep
 281   drop HEX: FF bitand ;
 282
 283 : inc-byte ( byte cpu -- result )
 284   #! Increment byte by one. Note that carry flag is not affected
 285   #! by this operation.
 286   >r 1 2dup + r> ! lhs rhs result cpu
 287   [ update-flags-no-carry ] 2keep
 288   [ update-half-carry-flag ] 2keep
 289   drop HEX: FF bitand ;
 290
 291 : dec-byte ( byte cpu -- result )
 292   #! Decrement byte by one. Note that carry flag is not affected
 293   #! by this operation.
 294   >r 1 2dup - r> ! lhs rhs result cpu
 295   [ update-flags-no-carry ] 2keep
 296   [ update-half-carry-flag ] 2keep
 297   drop HEX: FF bitand ;
 298
 299 : inc-word ( w cpu -- w )
 300   #! Increment word by one. Note that no flags are modified.
 301   drop 1 + HEX: FFFF bitand ;
 302
 303 : dec-word ( w cpu -- w )
 304   #! Decrement word by one. Note that no flags are modified.
 305   drop 1 - HEX: FFFF bitand ;
 306
 307 : add-word ( lhs rhs cpu -- result )
 308   #! Add rhs to lhs. Note that only the carry flag is modified
 309   #! and only if there is a carry out of the double precision add.
 310   >r + r> over HEX: FFFF > [ carry-flag set-flag ] [ drop ] if HEX: FFFF bitand ;
 311
 312 : bit3or ( lhs rhs -- 0|1 )
 313   #! bitor bit 3 of the two numbers on the stack
 314   BIN: 00001000 bitand -3 shift >r
 315   BIN: 00001000 bitand -3 shift r>
 316   bitor ;
 317
 318 : and-byte ( lhs rhs cpu -- result )
 319   #! Logically and rhs to lhs. The carry flag is cleared and
 320   #! the half carry is set to the ORing of bits 3 of the operands.
 321   [ drop bit3or ] 3keep ! bit3or lhs rhs cpu
 322   >r bitand r> [ update-flags ] 2keep
 323   [ carry-flag clear-flag ] keep
 324   rot 0 = [ half-carry-flag set-flag ] [ half-carry-flag clear-flag ] if
 325   HEX: FF bitand ;
 326
 327 : xor-byte ( lhs rhs cpu -- result )
 328   #! Logically xor rhs to lhs. The carry and half-carry flags are cleared.
 329   >r bitxor r> [ update-flags ] 2keep
 330   [ half-carry-flag carry-flag bitor clear-flag ] keep
 331   drop HEX: FF bitand ;
 332
 333 : or-byte ( lhs rhs cpu -- result )
 334   #! Logically or rhs to lhs. The carry and half-carry flags are cleared.
 335   >r bitor r> [ update-flags ] 2keep
 336   [ half-carry-flag carry-flag bitor clear-flag ] keep
 337   drop HEX: FF bitand ;
 338
 339 : flags ( seq -- seq )
 340   [ 0 [ execute bitor ] reduce ] map ;
 341
 342 : decrement-sp ( n cpu -- )
 343   #! Decrement the stackpointer by n.
 344   [ cpu-sp ] keep
 345   >r swap - r> set-cpu-sp ;
 346
 347 : save-pc ( cpu -- )
 348   #! Save the value of the PC on the stack.
 349   [ cpu-pc ] keep ! pc cpu
 350   [ cpu-sp ] keep ! pc sp cpu
 351   write-word ;
 352
 353 : push-pc ( cpu -- )
 354   #! Push the value of the PC on the stack.
 355   2 over decrement-sp
 356   save-pc ;
 357
 358 : pop-pc ( cpu -- pc )
 359   #! Pop the value of the PC off the stack.
 360   [ cpu-sp ] keep
 361   [ read-word ] keep
 362   -2 swap decrement-sp ;
 363
 364 : push-sp ( value cpu -- )
 365   [ 2 swap decrement-sp ] keep
 366   [ cpu-sp ] keep
 367   write-word ;
 368
 369 : pop-sp ( cpu -- value )
 370   [ cpu-sp ] keep
 371   [ read-word ] keep
 372   -2 swap decrement-sp ;
 373
 374 : call-sub ( addr cpu -- )
 375   #! Call the address as a subroutine.
 376   dup push-pc
 377   >r HEX: FFFF bitand r> set-cpu-pc ;
 378
 379 : ret-from-sub ( cpu -- )
 380   [ pop-pc ] keep set-cpu-pc ;
 381
 382 : interrupt ( number cpu -- )
 383   #! Perform a hardware interrupt
 384 !  "***Interrupt: " write over 16 >base print
 385   dup cpu-f interrupt-flag bitand 0 = not [
 386     dup push-pc
 387     set-cpu-pc
 388   ] [
 389     2drop
 390   ] if ;
 391
 392 : inc-cycles ( n cpu -- )
 393   #! Increment the number of cpu cycles
 394   [ cpu-cycles + ] keep set-cpu-cycles ;
 395
 396 : instruction-cycles ( -- vector )
 397   #! Return a 256 element vector containing the cycles for
 398   #! each opcode in the 8080 instruction set.
 399   {
 400     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 401     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 402     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 403     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 404     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 405     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 406     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 407     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f } ;
 408
 409 : instructions ( -- vector )
 410   #! Return a 256 element vector containing the emulation words for
 411   #! each opcode in the 8080 instruction set.
 412   {
 413     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 414     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 415     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 416     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 417     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 418     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 419     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f
 420     f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f } ;
 421
 422 : not-implemented ( <cpu> -- )
 423   drop ;
 424
 425 instructions length [
 426   dup instructions nth [
 427     drop
 428   ] [
 429     [ not-implemented ] swap instructions set-nth
 430   ] if
 431 ] each
 432
 433 M: cpu reset ( cpu -- )
 434   #! Reset the CPU to its poweron state
 435   [ 0 swap set-cpu-b  ] keep
 436   [ 0 swap set-cpu-c  ] keep
 437   [ 0 swap set-cpu-d  ] keep
 438   [ 0 swap set-cpu-e  ] keep
 439   [ 0 swap set-cpu-h  ] keep
 440   [ 0 swap set-cpu-l  ] keep
 441   [ 0 swap set-cpu-a  ] keep
 442   [ 0 swap set-cpu-f  ] keep
 443   [ 0 swap set-cpu-pc  ] keep
 444   [ HEX: F000 swap set-cpu-sp  ] keep
 445   [ HEX: FFFF 0 <array> swap set-cpu-ram ] keep
 446   [ f swap set-cpu-halted? ] keep
 447   [ HEX: 10 swap set-cpu-last-interrupt ] keep
 448   0 swap set-cpu-cycles ;
 449
 450 : <cpu> ( -- cpu ) cpu construct-empty dup reset ;
 451
 452 : (load-rom) ( n ram -- )
 453   read1 [ ! n ram ch
 454     -rot [ set-nth ] 2keep >r 1 + r> (load-rom)
 455   ] [
 456     2drop
 457   ] if* ;
 458
 459   #! Reads the ROM from stdin and stores it in ROM from
 460   #! offset n.
 461 : load-rom ( filename cpu -- )
 462   #! Load the contents of the file into ROM.
 463   #! (address 0x0000-0x1FFF).
 464   cpu-ram swap <file-reader> [
 465     0 swap (load-rom)
 466   ] with-stream ;
 467
 468 SYMBOL: rom-root
 469
 470 : rom-dir ( -- string )
 471   rom-root get [ home "roms" path+ dup exists? [ drop f ] unless ] unless* ;
 472
 473 : load-rom* ( seq cpu -- )
 474   #! 'seq' is an array of arrays. Each array contains
 475   #! an address and filename of a ROM file. The ROM
 476   #! file will be loaded at the specified address. This
 477   #! file path shoul dbe relative to the '/roms' resource path.
 478   rom-dir [
 479     cpu-ram [
 480       swap first2 rom-dir swap path+ <file-reader> [
 481         swap (load-rom)
 482       ] with-stream
 483     ] curry each
 484   ] [
 485     !
 486     ! the ROM files.
 487     "Set 'rom-root' to the path containing the root of the 8080 ROM files." throw
 488   ] if ;
 489
 490 : read-instruction ( cpu -- word )
 491   #! Read the next instruction from the cpu's program
 492   #! counter, and increment the program counter.
 493   [ cpu-pc ] keep ! pc cpu
 494   [ over 1 + swap set-cpu-pc ] keep
 495   read-byte ;
 496
 497 : get-cycles ( n -- opcode )
 498   #! Returns the cycles for the given instruction value.
 499   #! If the opcode is not defined throw an error.
 500   dup instruction-cycles nth [
 501     nip
 502   ] [
 503     [ "Undefined 8080 opcode: " % number>string % ] "" make throw
 504   ] if* ;
 505
 506 : process-interrupts ( cpu -- )
 507   #! Process any hardware interrupts
 508   [ cpu-cycles ] keep
 509   over 16667 < [
 510     2drop
 511   ] [
 512     [ >r 16667 - r> set-cpu-cycles ] keep
 513     dup cpu-last-interrupt HEX: 10 = [
 514       HEX: 08 over set-cpu-last-interrupt HEX: 08 swap interrupt
 515     ] [
 516       HEX: 10 over set-cpu-last-interrupt HEX: 10 swap interrupt
 517     ] if
 518   ] if ;
 519
 520 : step ( cpu -- )
 521   #! Run a single 8080 instruction
 522   [ read-instruction ] keep ! n cpu
 523   over get-cycles over inc-cycles
 524   [ swap instructions dispatch ] keep
 525   [ cpu-pc HEX: FFFF bitand ] keep
 526   [ set-cpu-pc ] keep
 527   process-interrupts ;
 528
 529 : peek-instruction ( cpu -- word )
 530   #! Return the next instruction from the cpu's program
 531   #! counter, but don't increment the counter.
 532   [ cpu-pc ] keep read-byte instructions nth first ;
 533
 534 : cpu. ( cpu -- )
 535   [ " PC: " write cpu-pc 16 >base 4 CHAR: \s pad-left write ] keep
 536   [ " B: " write cpu-b 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 537   [ " C: " write cpu-c 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 538   [ " D: " write cpu-d 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 539   [ " E: " write cpu-e 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 540   [ " F: " write cpu-f 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 541   [ " H: " write cpu-h 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 542   [ " L: " write cpu-l 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 543   [ " A: " write cpu-a 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 544   [ " SP: " write cpu-sp 16 >base 4 CHAR: \s pad-left write ] keep
 545   [ " cycles: " write cpu-cycles number>string 5 CHAR: \s pad-left write ] keep
 546   [ " " write peek-instruction word-name write " " write ] keep
 547   nl drop ;
 548
 549 : cpu*. ( cpu -- )
 550   [ " PC: " write cpu-pc 16 >base 4 CHAR: \s pad-left write ] keep
 551   [ " B: " write cpu-b 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 552   [ " C: " write cpu-c 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 553   [ " D: " write cpu-d 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 554   [ " E: " write cpu-e 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 555   [ " F: " write cpu-f 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 556   [ " H: " write cpu-h 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 557   [ " L: " write cpu-l 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 558   [ " A: " write cpu-a 16 >base 2 CHAR: \s pad-left write ] keep
 559   [ " SP: " write cpu-sp 16 >base 4 CHAR: \s pad-left write ] keep
 560   [ " cycles: " write cpu-cycles number>string 5 CHAR: \s pad-left write ] keep
 561   nl drop ;
 562
 563 : test-step ( cpu -- cpu )
 564   [ step ] keep dup cpu. ;
 565
 566 : test-cpu ( -- cpu )
 567   <cpu> "invaders.rom" over load-rom dup cpu. ;
 568
 569 : test-n ( n -- )
 570   test-cpu swap [ test-step ] times ;
 571
 572 : run-n ( cpu n -- cpu )
 573   [ dup step ] times ;
 574
 575 : register-lookup ( string -- vector )
 576   #! Given a string containing a register name, return a vector
 577   #! where the 1st item is the getter and the 2nd is the setter
 578   #! for that register.
 579   H{
 580     { "A"  { cpu-a  set-cpu-a  } }
 581     { "B"  { cpu-b  set-cpu-b  } }
 582     { "C"  { cpu-c  set-cpu-c  } }
 583     { "D"  { cpu-d  set-cpu-d  } }
 584     { "E"  { cpu-e  set-cpu-e  } }
 585     { "H"  { cpu-h  set-cpu-h  } }
 586     { "L"  { cpu-l  set-cpu-l  } }
 587     { "AF" { cpu-af set-cpu-af } }
 588     { "BC" { cpu-bc set-cpu-bc } }
 589     { "DE" { cpu-de set-cpu-de } }
 590     { "HL" { cpu-hl set-cpu-hl } }
 591     { "SP" { cpu-sp set-cpu-sp } }
 592   } at ;
 593
 594
 595 : flag-lookup ( string -- vector )
 596   #! Given a string containing a flag name, return a vector
 597   #! where the 1st item is a word that tests that flag.
 598   H{
 599     { "NZ"  { flag-nz?  } }
 600     { "NC"  { flag-nc?  } }
 601     { "PO"  { flag-po?  } }
 602     { "PE"  { flag-pe?  } }
 603     { "Z"  { flag-z?  } }
 604     { "C"  { flag-c? } }
 605     { "P"  { flag-p?  } }
 606     { "M" { flag-m?  } }
 607   } at ;
 608
 609 SYMBOL: $1
 610 SYMBOL: $2
 611 SYMBOL: $3
 612 SYMBOL: $4
 613
 614 : replace-patterns ( vector tree -- tree )
 615   #! Copy the tree, replacing each occurence of
 616   #! $1, $2, etc with the relevant item from the
 617   #! given index.
 618   dup quotation? over [ ] = not and [ ! vector tree
 619     dup first swap 1 tail ! vector car cdr
 620     >r dupd replace-patterns ! vector v R: cdr
 621     swap r> replace-patterns >r 1quotation r> append
 622   ] [ ! vector value
 623     dup $1 = [ drop 0 over nth  ] when
 624     dup $2 = [ drop 1 over nth  ] when
 625     dup $3 = [ drop 2 over nth  ] when
 626     dup $4 = [ drop 3 over nth  ] when
 627     nip
 628   ] if ;
 629
 630 : test-rp
 631   { 4 5 3 } [ 1 $2 [ $1 4 ] ] replace-patterns ;
 632
 633 : (emulate-RST) ( n cpu -- )
 634   #! RST nn
 635   [ cpu-sp 2 - dup ] keep ! sp sp cpu
 636   [ set-cpu-sp ] keep ! sp cpu
 637   [ cpu-pc ] keep ! sp pc cpu
 638   swapd [ write-word ] keep ! cpu
 639   >r 8 * r> set-cpu-pc ;
 640
 641 : (emulate-CALL) ( cpu -- )
 642   #! 205 - CALL nn
 643   [ next-word HEX: FFFF bitand ] keep ! addr cpu
 644   [ cpu-sp 2 - dup ] keep ! addr sp sp cpu
 645   [ set-cpu-sp ] keep ! addr sp cpu
 646   [ cpu-pc ] keep ! addr sp pc cpu
 647   swapd [ write-word ] keep ! addr cpu
 648   set-cpu-pc ;
 649
 650 : (emulate-RLCA) ( cpu -- )
 651   #! The content of the accumulator is rotated left
 652   #! one position. The low order bit and the carry flag
 653   #! are both set to the value shifd out of the high
 654   #! order bit position. Only the carry flag is affected.
 655   [ cpu-a -7 shift ] keep
 656   over 0 = [ dup carry-flag clear-flag ] [ dup carry-flag set-flag ] if
 657   [ cpu-a 1 shift HEX: FF bitand ] keep
 658   >r bitor r> set-cpu-a ;
 659
 660 : (emulate-RRCA) ( cpu -- )
 661   #! The content of the accumulator is rotated right
 662   #! one position. The high order bit and the carry flag
 663   #! are both set to the value shifd out of the low
 664   #! order bit position. Only the carry flag is affected.
 665   [ cpu-a 1 bitand 7 shift ] keep
 666   over 0 = [ dup carry-flag clear-flag ] [ dup carry-flag set-flag ] if
 667   [ cpu-a 254 bitand -1 shift ] keep
 668   >r bitor r> set-cpu-a ;
 669
 670 : (emulate-RLA) ( cpu -- )
 671   #! The content of the accumulator is rotated left
 672   #! one position through the carry flag. The low
 673   #! order bit is set equal to the carry flag and
 674   #! the carry flag is set to the value shifd out
 675   #! of the high order bit. Only the carry flag is
 676   #! affected.
 677   [ carry-flag swap flag-set? [ 1 ] [ 0 ] if ] keep
 678   [ cpu-a 127 bitand 7 shift ] keep
 679   dup cpu-a 128 bitand 0 = [ dup carry-flag clear-flag ] [ dup carry-flag set-flag ] if
 680   >r bitor r> set-cpu-a ;
 681
 682 : (emulate-RRA) ( cpu -- )
 683   #! The content of the accumulator is rotated right
 684   #! one position through the carry flag. The high order
 685   #! bit is set to the carry flag and the carry flag is
 686   #! set to the value shifd out of the low order bit.
 687   #! Only the carry flag is affected.
 688   [ carry-flag swap flag-set? [ BIN: 10000000 ] [ 0 ] if ] keep
 689   [ cpu-a 254 bitand -1 shift ] keep
 690   dup cpu-a 1 bitand 0 = [ dup carry-flag clear-flag ] [ dup carry-flag set-flag ] if
 691   >r bitor r> set-cpu-a ;
 692
 693 : (emulate-CPL) ( cpu -- )
 694   #! The contents of the accumulator are complemented
 695   #! (zero bits become one, one bits becomes zero).
 696   #! No flags are affected.
 697   HEX: FF swap cpu-a-bitxor= ;
 698
 699 : (emulate-DAA) ( cpu -- )
 700   #! The eight bit number in the accumulator is
 701   #! adjusted to form two four-bit binary-coded-decimal
 702   #! digits.
 703   [
 704     dup half-carry-flag swap flag-set? swap
 705     cpu-a BIN: 1111 bitand 9 > or [ 6 ] [ 0 ] if
 706   ] keep
 707   [ cpu-a + ] keep
 708   [ update-flags ] 2keep
 709   [ swap HEX: FF bitand swap set-cpu-a ] keep
 710   [
 711     dup carry-flag swap flag-set? swap
 712     cpu-a -4 shift BIN: 1111 bitand 9 > or [ 96 ] [ 0 ] if
 713   ] keep
 714   [ cpu-a + ] keep
 715   [ update-flags ] 2keep
 716   swap HEX: FF bitand swap set-cpu-a ;
 717
 718 : patterns ( -- hashtable )
 719   #! table of code quotation patterns for each type of instruction.
 720   H{
 721     { "NOP"          [ drop ]               }
 722     { "RET-NN"          [ ret-from-sub  ]               }
 723     { "RST-0"      [ 0 swap (emulate-RST) ] }
 724     { "RST-8"      [ 8 swap (emulate-RST) ] }
 725     { "RST-10H"      [ HEX: 10 swap (emulate-RST) ] }
 726     { "RST-18H"      [ HEX: 18 swap (emulate-RST) ] }
 727     { "RST-20H"      [ HEX: 20 swap (emulate-RST) ] }
 728     { "RST-28H"      [ HEX: 28 swap (emulate-RST) ] }
 729     { "RST-30H"      [ HEX: 30 swap (emulate-RST) ] }
 730     { "RST-38H"      [ HEX: 38 swap (emulate-RST) ] }
 731     { "RET-F|FF"      [ dup $1 [ 6 over inc-cycles ret-from-sub ] [ drop ] if ] }
 732     { "CP-N"      [ [ cpu-a ] keep [ next-byte ] keep sub-byte drop ] }
 733     { "CP-R"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep sub-byte drop  ] }
 734     { "CP-(RR)"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ read-byte ] keep sub-byte drop ] }
 735     { "OR-N"      [ [ cpu-a ] keep [ next-byte ] keep [ or-byte ] keep set-cpu-a ] }
 736     { "OR-R"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ or-byte ] keep set-cpu-a ] }
 737     { "OR-(RR)"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ read-byte ] keep [ or-byte ] keep set-cpu-a  ] }
 738     { "XOR-N"      [ [ cpu-a ] keep [ next-byte ] keep [ xor-byte ] keep set-cpu-a ] }
 739     { "XOR-R"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ xor-byte ] keep set-cpu-a ] }
 740     { "XOR-(RR)"   [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ read-byte ] keep [ xor-byte ] keep set-cpu-a  ] }
 741     { "AND-N"      [ [ cpu-a ] keep [ next-byte ] keep [ and-byte ] keep set-cpu-a  ] }
 742     { "AND-R"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ and-byte ] keep set-cpu-a ] }
 743     { "AND-(RR)"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ read-byte ] keep [ and-byte ] keep set-cpu-a  ] }
 744     { "ADC-R,N"      [ [ $1 ] keep [ next-byte ] keep [ add-byte-with-carry ] keep $2 ] }
 745     { "ADC-R,R"      [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ add-byte-with-carry ] keep $2 ] }
 746     { "ADC-R,(RR)"      [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ read-byte ] keep [ add-byte-with-carry ] keep $2 ] }
 747     { "ADD-R,N"      [ [ $1 ] keep [ next-byte ] keep [ add-byte ] keep $2 ] }
 748     { "ADD-R,R"      [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ add-byte ] keep $2 ] }
 749     { "ADD-RR,RR"    [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ add-word ] keep $2 ] }
 750     { "ADD-R,(RR)"    [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ read-byte ] keep [ add-byte ] keep $2   ]  }
 751     { "SBC-R,N"      [ [ $1 ] keep [ next-byte ] keep [ sub-byte-with-carry ] keep $2 ] }
 752     { "SBC-R,R"      [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ sub-byte-with-carry ] keep $2 ] }
 753     { "SBC-R,(RR)"      [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ read-byte ] keep [ sub-byte-with-carry ] keep $2 ] }
 754     { "SUB-R"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ sub-byte ] keep set-cpu-a ] }
 755     { "SUB-(RR)"      [ [ cpu-a ] keep [ $1 ] keep [ read-byte ] keep [ sub-byte ] keep set-cpu-a ] }
 756     { "SUB-N"      [ [ cpu-a ] keep [ next-byte ] keep [ sub-byte ] keep set-cpu-a ] }
 757     { "CPL"          [ (emulate-CPL) ]               }
 758     { "DAA"          [ (emulate-DAA) ]               }
 759     { "RLA"          [ (emulate-RLA) ]               }
 760     { "RRA"          [ (emulate-RRA) ]               }
 761     { "CCF"          [ carry-flag swap cpu-f-bitxor= ]               }
 762     { "SCF"          [ carry-flag swap cpu-f-bitor= ]               }
 763     { "RLCA"          [ (emulate-RLCA) ]               }
 764     { "RRCA"          [ (emulate-RRCA) ]               }
 765     { "HALT"          [ drop  ]               }
 766     { "DI"          [ [ 255 interrupt-flag - ] swap cpu-f-bitand  ]               }
 767     { "EI"          [ [ interrupt-flag ] swap cpu-f-bitor  ]  }
 768     { "POP-RR"     [ [ pop-sp ] keep $2 ] }
 769     { "PUSH-RR"     [ [ $1 ] keep push-sp ] }
 770     { "INC-R"     [ [ $1 ] keep [ inc-byte ] keep $2 ] }
 771     { "DEC-R"     [ [ $1 ] keep [ dec-byte ] keep $2 ] }
 772     { "INC-RR"     [ [ $1 ] keep [ inc-word ] keep $2 ] }
 773     { "DEC-RR"     [ [ $1 ] keep [ dec-word ] keep $2 ] }
 774     { "DEC-(RR)"     [ [ $1 ] keep [ read-byte ] keep [ dec-byte ] keep [ $1 ] keep write-byte ] }
 775     { "INC-(RR)" [ [ $1 ] keep [ read-byte ] keep [ inc-byte ] keep  [ $1 ] keep write-byte ] }
 776     { "JP-NN"           [ [ cpu-pc ] keep [ read-word ] keep set-cpu-pc ]               }
 777     { "JP-F|FF,NN"      [ [ $1 ] keep swap [ [ next-word ] keep [ set-cpu-pc ] keep [ cpu-cycles ] keep swap 5 + swap set-cpu-cycles ] [ [ cpu-pc 2 + ] keep set-cpu-pc ] if ] }
 778     { "JP-(RR)"      [ [ $1 ] keep set-cpu-pc ] }
 779     { "CALL-NN"         [ (emulate-CALL) ] }
 780     { "CALL-F|FF,NN"    [ [ $1 ] keep swap [ 7 over inc-cycles (emulate-CALL) ] [ [ cpu-pc 2 + ] keep set-cpu-pc ] if ]   }
 781     { "LD-RR,NN"     [ [ next-word ] keep $2 ] }
 782     { "LD-RR,RR"     [ [ $3 ] keep $2 ] }
 783     { "LD-R,N"     [ [ next-byte ] keep $2 ] }
 784     { "LD-(RR),N"    [ [ next-byte ] keep [ $1 ] keep write-byte ] }
 785     { "LD-(RR),R"    [ [ $3 ] keep [ $1 ] keep write-byte ] }
 786     { "LD-R,R"    [ [ $3 ] keep $2 ] }
 787     { "LD-R,(RR)"    [ [ $3 ] keep [ read-byte ] keep $2  ] }
 788     { "LD-(NN),RR"    [ [ $1 ] keep [ next-word ] keep write-word ] }
 789     { "LD-(NN),R"    [  [ $1 ] keep [ next-word ] keep write-byte ] }
 790     { "LD-RR,(NN)"    [ [ next-word ] keep [ read-word ] keep $2 ]  }
 791     { "LD-R,(NN)"    [ [ next-word ] keep [ read-byte ] keep $2 ] }
 792     { "OUT-(N),R"    [ [ $1 ] keep [ next-byte ] keep write-port ] }
 793     { "IN-R,(N)"    [ [ next-byte ] keep [ read-port ] keep set-cpu-a ] }
 794     { "EX-(RR),RR"  [  [ $1 ] keep [ read-word ] keep [ $3 ] keep [ $1 ] keep [ write-word ] keep $4 ] }
 795     { "EX-RR,RR"    [ [ $1 ] keep [ $3 ] keep [ $2 ] keep $4 ] }
 796   } ;
 797
 798 : 8-bit-registers ( -- parser )
 799   #! A parser for 8-bit registers. On a successfull parse the
 800   #! parse tree contains a vector. The first item in the vector
 801   #! is the getter word for that register with stack effect
 802   #! ( cpu -- value ). The second item is the setter word with
 803   #! stack effect ( value cpu -- ).
 804   "A" token
 805   "B" token  <|>
 806   "C" token  <|>
 807   "D" token  <|>
 808   "E" token  <|>
 809   "H" token  <|>
 810   "L" token  <|> [ register-lookup ] <@ ;
 811
 812 : all-flags
 813   #! A parser for 16-bit flags.
 814   "NZ" token
 815   "NC" token <|>
 816   "PO" token <|>
 817   "PE" token <|>
 818   "Z" token <|>
 819   "C" token <|>
 820   "P" token <|>
 821   "M" token <|> [ flag-lookup ] <@ ;
 822
 823 : 16-bit-registers
 824   #! A parser for 16-bit registers. On a successfull parse the
 825   #! parse tree contains a vector. The first item in the vector
 826   #! is the getter word for that register with stack effect
 827   #! ( cpu -- value ). The second item is the setter word with
 828   #! stack effect ( value cpu -- ).
 829   "AF" token
 830   "BC" token <|>
 831   "DE" token <|>
 832   "HL" token <|>
 833   "SP" token <|> [ register-lookup ] <@ ;
 834
 835 : all-registers ( -- parser )
 836   #! Return a parser that can parse the format
 837   #! for 8 bit or 16 bit registers.
 838   8-bit-registers 16-bit-registers <|> ;
 839
 840 : indirect ( parser -- parser )
 841   #! Given a parser, return a parser which parses the original
 842   #! wrapped in brackets, representing an indirect reference.
 843   #! eg. BC -> (BC). The value of the original parser is left in
 844   #! the parse tree.
 845   "(" token swap &> ")" token <& ;
 846
 847 : generate-instruction ( vector string -- quot )
 848   #! Generate the quotation for an instruction, given the instruction in
 849   #! the 'string' and a vector containing the arguments for that instruction.
 850   patterns at replace-patterns ;
 851
 852 : simple-instruction ( token -- parser )
 853   #! Return a parser for then instruction identified by the token.
 854   #! The parser return parses the token only and expects no additional
 855   #! arguments to the instruction.
 856   token [ [ { } clone , , \ generate-instruction , ] [ ] make ] <@ ;
 857
 858 : complex-instruction ( type token -- parser )
 859   #! Return a parser for an instruction identified by the token.
 860   #! The instruction is expected to take additional arguments by
 861   #! being combined with other parsers. Then 'type' is used for a lookup
 862   #! in a pattern hashtable to return the instruction quotation pattern.
 863   token swap [ nip [ , \ generate-instruction , ] [ ] make ] curry <@ ;
 864
 865 : NOP-instruction ( -- parser )
 866   "NOP" simple-instruction ;
 867
 868 : RET-NN-instruction ( -- parser )
 869   "RET-NN" "RET" complex-instruction
 870   "nn" token sp <&
 871   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 872
 873 : RST-0-instruction ( -- parser )
 874   "RST-0" "RST" complex-instruction
 875   "0" token sp <&
 876   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 877
 878 : RST-8-instruction ( -- parser )
 879   "RST-8" "RST" complex-instruction
 880   "8" token sp <&
 881   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 882
 883 : RST-10H-instruction ( -- parser )
 884   "RST-10H" "RST" complex-instruction
 885   "10H" token sp <&
 886   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 887
 888 : RST-18H-instruction ( -- parser )
 889   "RST-18H" "RST" complex-instruction
 890   "18H" token sp <&
 891   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 892
 893 : RST-20H-instruction ( -- parser )
 894   "RST-20H" "RST" complex-instruction
 895   "20H" token sp <&
 896   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 897
 898 : RST-28H-instruction ( -- parser )
 899   "RST-28H" "RST" complex-instruction
 900   "28H" token sp <&
 901   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 902
 903 : RST-30H-instruction ( -- parser )
 904   "RST-30H" "RST" complex-instruction
 905   "30H" token sp <&
 906   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 907
 908 : RST-38H-instruction ( -- parser )
 909   "RST-38H" "RST" complex-instruction
 910   "38H" token sp <&
 911   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 912
 913 : JP-NN-instruction ( -- parser )
 914   "JP-NN" "JP" complex-instruction
 915   "nn" token sp <&
 916   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 917
 918 : JP-F|FF,NN-instruction ( -- parser )
 919   "JP-F|FF,NN" "JP" complex-instruction
 920   all-flags sp <&>
 921   ",nn" token <&
 922   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 923
 924 : JP-(RR)-instruction ( -- parser )
 925   "JP-(RR)" "JP" complex-instruction
 926   16-bit-registers indirect sp <&>
 927   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 928
 929 : CALL-NN-instruction ( -- parser )
 930   "CALL-NN" "CALL" complex-instruction
 931   "nn" token sp <&
 932   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
 933
 934 : CALL-F|FF,NN-instruction ( -- parser )
 935   "CALL-F|FF,NN" "CALL" complex-instruction
 936   all-flags sp <&>
 937   ",nn" token <&
 938   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 939
 940 : RLCA-instruction ( -- parser )
 941   "RLCA" simple-instruction ;
 942
 943 : RRCA-instruction ( -- parser )
 944   "RRCA" simple-instruction ;
 945
 946 : HALT-instruction ( -- parser )
 947   "HALT" simple-instruction ;
 948
 949 : DI-instruction ( -- parser )
 950   "DI" simple-instruction ;
 951
 952 : EI-instruction ( -- parser )
 953   "EI" simple-instruction ;
 954
 955 : CPL-instruction ( -- parser )
 956   "CPL" simple-instruction ;
 957
 958 : CCF-instruction ( -- parser )
 959   "CCF" simple-instruction ;
 960
 961 : SCF-instruction ( -- parser )
 962   "SCF" simple-instruction ;
 963
 964 : DAA-instruction ( -- parser )
 965   "DAA" simple-instruction ;
 966
 967 : RLA-instruction ( -- parser )
 968   "RLA" simple-instruction ;
 969
 970 : RRA-instruction ( -- parser )
 971   "RRA" simple-instruction ;
 972
 973 : DEC-R-instruction ( -- parser )
 974   "DEC-R" "DEC" complex-instruction  8-bit-registers sp <&>
 975   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 976
 977 : DEC-RR-instruction ( -- parser )
 978   "DEC-RR" "DEC" complex-instruction  16-bit-registers sp <&>
 979   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 980
 981 : DEC-(RR)-instruction ( -- parser )
 982   "DEC-(RR)" "DEC" complex-instruction
 983   16-bit-registers indirect sp <&>
 984   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 985
 986 : POP-RR-instruction ( -- parser )
 987   "POP-RR" "POP" complex-instruction  all-registers sp <&>
 988   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 989
 990 : PUSH-RR-instruction ( -- parser )
 991   "PUSH-RR" "PUSH" complex-instruction  all-registers sp <&>
 992   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 993
 994 : INC-R-instruction ( -- parser )
 995   "INC-R" "INC" complex-instruction  8-bit-registers sp <&>
 996   just [ first2 swap curry ] <@ ;
 997
 998 : INC-RR-instruction ( -- parser )
 999   "INC-RR" "INC" complex-instruction  16-bit-registers sp <&>
1000   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1001
1002 : INC-(RR)-instruction  ( -- parser )
1003   "INC-(RR)" "INC" complex-instruction
1004   all-registers indirect sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1005
1006 : RET-F|FF-instruction ( -- parser )
1007   "RET-F|FF" "RET" complex-instruction  all-flags sp <&>
1008   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1009
1010 : AND-N-instruction ( -- parser )
1011   "AND-N" "AND" complex-instruction
1012   "n" token sp <&
1013   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
1014
1015 : AND-R-instruction  ( -- parser )
1016   "AND-R" "AND" complex-instruction
1017   8-bit-registers sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1018
1019 : AND-(RR)-instruction  ( -- parser )
1020   "AND-(RR)" "AND" complex-instruction
1021   16-bit-registers indirect sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1022
1023 : XOR-N-instruction ( -- parser )
1024   "XOR-N" "XOR" complex-instruction
1025   "n" token sp <&
1026   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
1027
1028 : XOR-R-instruction  ( -- parser )
1029   "XOR-R" "XOR" complex-instruction
1030   8-bit-registers sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1031
1032 : XOR-(RR)-instruction  ( -- parser )
1033   "XOR-(RR)" "XOR" complex-instruction
1034   16-bit-registers indirect sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1035
1036 : OR-N-instruction ( -- parser )
1037   "OR-N" "OR" complex-instruction
1038   "n" token sp <&
1039   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
1040
1041 : OR-R-instruction  ( -- parser )
1042   "OR-R" "OR" complex-instruction
1043   8-bit-registers sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1044
1045 : OR-(RR)-instruction  ( -- parser )
1046   "OR-(RR)" "OR" complex-instruction
1047   16-bit-registers indirect sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1048
1049 : CP-N-instruction ( -- parser )
1050   "CP-N" "CP" complex-instruction
1051   "n" token sp <&
1052   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
1053
1054 : CP-R-instruction  ( -- parser )
1055   "CP-R" "CP" complex-instruction
1056   8-bit-registers sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1057
1058 : CP-(RR)-instruction  ( -- parser )
1059   "CP-(RR)" "CP" complex-instruction
1060   16-bit-registers indirect sp <&> just [ first2 swap curry ] <@ ;
1061
1062 : ADC-R,N-instruction ( -- parser )
1063   "ADC-R,N" "ADC" complex-instruction
1064   8-bit-registers sp <&>
1065   ",n" token <&
1066   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1067
1068 : ADC-R,R-instruction ( -- parser )
1069   "ADC-R,R" "ADC" complex-instruction
1070   8-bit-registers sp <&>
1071   "," token <&
1072   8-bit-registers <&>
1073   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1074
1075 : ADC-R,(RR)-instruction ( -- parser )
1076   "ADC-R,(RR)" "ADC" complex-instruction
1077   8-bit-registers sp <&>
1078   "," token <&
1079   16-bit-registers indirect <&>
1080   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1081
1082 : SBC-R,N-instruction ( -- parser )
1083   "SBC-R,N" "SBC" complex-instruction
1084   8-bit-registers sp <&>
1085   ",n" token <&
1086   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1087
1088 : SBC-R,R-instruction ( -- parser )
1089   "SBC-R,R" "SBC" complex-instruction
1090   8-bit-registers sp <&>
1091   "," token <&
1092   8-bit-registers <&>
1093   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry  ] <@ ;
1094
1095 : SBC-R,(RR)-instruction ( -- parser )
1096   "SBC-R,(RR)" "SBC" complex-instruction
1097   8-bit-registers sp <&>
1098   "," token <&
1099   16-bit-registers indirect  <&>
1100   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry  ] <@ ;
1101
1102 : SUB-R-instruction ( -- parser )
1103   "SUB-R" "SUB" complex-instruction
1104   8-bit-registers sp <&>
1105   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1106
1107 : SUB-(RR)-instruction ( -- parser )
1108   "SUB-(RR)" "SUB" complex-instruction
1109   16-bit-registers indirect sp <&>
1110   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1111
1112 : SUB-N-instruction ( -- parser )
1113   "SUB-N" "SUB" complex-instruction
1114   "n" token sp <&
1115   just [ { } clone swap curry  ] <@ ;
1116
1117 : ADD-R,N-instruction ( -- parser )
1118   "ADD-R,N" "ADD" complex-instruction
1119   8-bit-registers sp <&>
1120   ",n" token <&
1121   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1122
1123 : ADD-R,R-instruction ( -- parser )
1124   "ADD-R,R" "ADD" complex-instruction
1125   8-bit-registers sp <&>
1126   "," token <&
1127   8-bit-registers <&>
1128   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1129
1130 : ADD-RR,RR-instruction ( -- parser )
1131   "ADD-RR,RR" "ADD" complex-instruction
1132   16-bit-registers sp <&>
1133   "," token <&
1134   16-bit-registers <&>
1135   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1136
1137 : ADD-R,(RR)-instruction ( -- parser )
1138   "ADD-R,(RR)" "ADD" complex-instruction
1139   8-bit-registers sp <&>
1140   "," token <&
1141   16-bit-registers indirect <&>
1142   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1143
1144 : LD-RR,NN-instruction
1145   #! LD BC,nn
1146   "LD-RR,NN" "LD" complex-instruction
1147   16-bit-registers sp <&>
1148   ",nn" token <&
1149   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1150
1151 : LD-R,N-instruction
1152   #! LD B,n
1153   "LD-R,N" "LD" complex-instruction
1154   8-bit-registers sp <&>
1155   ",n" token <&
1156   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1157
1158 : LD-(RR),N-instruction
1159   "LD-(RR),N" "LD" complex-instruction
1160   16-bit-registers indirect sp <&>
1161   ",n" token <&
1162   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1163
1164 : LD-(RR),R-instruction
1165   #! LD (BC),A
1166   "LD-(RR),R" "LD" complex-instruction
1167   16-bit-registers indirect sp <&>
1168   "," token <&
1169   8-bit-registers <&>
1170   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1171
1172 : LD-R,R-instruction
1173   "LD-R,R" "LD" complex-instruction
1174   8-bit-registers sp <&>
1175   "," token <&
1176   8-bit-registers <&>
1177   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1178
1179 : LD-RR,RR-instruction
1180   "LD-RR,RR" "LD" complex-instruction
1181   16-bit-registers sp <&>
1182   "," token <&
1183   16-bit-registers <&>
1184   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1185
1186 : LD-R,(RR)-instruction
1187   "LD-R,(RR)" "LD" complex-instruction
1188   8-bit-registers sp <&>
1189   "," token <&
1190   16-bit-registers indirect <&>
1191   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1192
1193 : LD-(NN),RR-instruction
1194   "LD-(NN),RR" "LD" complex-instruction
1195   "nn" token indirect sp <&
1196   "," token <&
1197   16-bit-registers <&>
1198   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1199
1200 : LD-(NN),R-instruction
1201   "LD-(NN),R" "LD" complex-instruction
1202   "nn" token indirect sp <&
1203   "," token <&
1204   8-bit-registers <&>
1205   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1206
1207 : LD-RR,(NN)-instruction
1208   "LD-RR,(NN)" "LD" complex-instruction
1209   16-bit-registers sp <&>
1210   "," token <&
1211   "nn" token indirect <&
1212   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1213
1214 : LD-R,(NN)-instruction
1215   "LD-R,(NN)" "LD" complex-instruction
1216   8-bit-registers sp <&>
1217   "," token <&
1218   "nn" token indirect <&
1219   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1220
1221 : OUT-(N),R-instruction
1222   "OUT-(N),R" "OUT" complex-instruction
1223   "n" token indirect sp <&
1224   "," token <&
1225   8-bit-registers <&>
1226   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1227
1228 : IN-R,(N)-instruction
1229   "IN-R,(N)" "IN" complex-instruction
1230   8-bit-registers sp <&>
1231   "," token <&
1232   "n" token indirect <&
1233   just [ first2 swap curry ] <@ ;
1234
1235 : EX-(RR),RR-instruction
1236   "EX-(RR),RR" "EX" complex-instruction
1237   16-bit-registers indirect sp <&>
1238   "," token <&
1239   16-bit-registers <&>
1240   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1241
1242 : EX-RR,RR-instruction
1243   "EX-RR,RR" "EX" complex-instruction
1244   16-bit-registers sp <&>
1245   "," token <&
1246   16-bit-registers <&>
1247   just [ first2 swap first2 swap >r swap append r> curry ] <@ ;
1248
1249 : 8080-generator-parser
1250   NOP-instruction
1251   RST-0-instruction <|>
1252   RST-8-instruction <|>
1253   RST-10H-instruction <|>
1254   RST-18H-instruction <|>
1255   RST-20H-instruction <|>
1256   RST-28H-instruction <|>
1257   RST-30H-instruction <|>
1258   RST-38H-instruction <|>
1259   JP-F|FF,NN-instruction <|>
1260   JP-NN-instruction <|>
1261   JP-(RR)-instruction <|>
1262   CALL-F|FF,NN-instruction <|>
1263   CALL-NN-instruction <|>
1264   CPL-instruction <|>
1265   CCF-instruction <|>
1266   SCF-instruction <|>
1267   DAA-instruction <|>
1268   RLA-instruction <|>
1269   RRA-instruction <|>
1270   RLCA-instruction <|>
1271   RRCA-instruction <|>
1272   HALT-instruction <|>
1273   DI-instruction <|>
1274   EI-instruction <|>
1275   AND-N-instruction <|>
1276   AND-R-instruction <|>
1277   AND-(RR)-instruction <|>
1278   XOR-N-instruction <|>
1279   XOR-R-instruction <|>
1280   XOR-(RR)-instruction <|>
1281   OR-N-instruction <|>
1282   OR-R-instruction <|>
1283   OR-(RR)-instruction <|>
1284   CP-N-instruction <|>
1285   CP-R-instruction <|>
1286   CP-(RR)-instruction <|>
1287   DEC-RR-instruction <|>
1288   DEC-R-instruction <|>
1289   DEC-(RR)-instruction <|>
1290   POP-RR-instruction <|>
1291   PUSH-RR-instruction <|>
1292   INC-RR-instruction <|>
1293   INC-R-instruction <|>
1294   INC-(RR)-instruction <|>
1295   LD-RR,NN-instruction <|>
1296   LD-R,N-instruction <|>
1297   LD-R,R-instruction <|>
1298   LD-RR,RR-instruction <|>
1299   LD-(RR),N-instruction <|>
1300   LD-(RR),R-instruction <|>
1301   LD-R,(RR)-instruction <|>
1302   LD-(NN),RR-instruction <|>
1303   LD-(NN),R-instruction <|>
1304   LD-RR,(NN)-instruction <|>
1305   LD-R,(NN)-instruction <|>
1306   ADC-R,N-instruction <|>
1307   ADC-R,R-instruction <|>
1308   ADC-R,(RR)-instruction <|>
1309   ADD-R,N-instruction <|>
1310   ADD-R,R-instruction <|>
1311   ADD-RR,RR-instruction <|>
1312   ADD-R,(RR)-instruction <|>
1313   SBC-R,N-instruction <|>
1314   SBC-R,R-instruction <|>
1315   SBC-R,(RR)-instruction <|>
1316   SUB-R-instruction <|>
1317   SUB-(RR)-instruction <|>
1318   SUB-N-instruction <|>
1319   RET-F|FF-instruction <|>
1320   RET-NN-instruction <|>
1321   OUT-(N),R-instruction <|>
1322   IN-R,(N)-instruction <|>
1323   EX-(RR),RR-instruction <|>
1324   EX-RR,RR-instruction <|>
1325   just ;
1326
1327 : instruction-quotations ( string -- emulate-quot )
1328   #! Given an instruction string, return the emulation quotation for
1329   #! it. This will later be expanded to produce the disassembly and
1330   #! assembly quotations.
1331   8080-generator-parser some parse call ;
1332
1333 SYMBOL: last-instruction
1334 SYMBOL: last-opcode
1335
1336 : parse-instructions ( list -- emulate-quot )
1337   #! Process the list of strings, which should make
1338   #! up an 8080 instruction, and output a quotation
1339   #! that would implement that instruction.
1340   dup " " join instruction-quotations
1341   >r "_" join [ "emulate-" % % ] "" make create-in dup last-instruction global set-at
1342   r> define-compound ;
1343
1344 : INSTRUCTION: ";" parse-tokens parse-instructions ; parsing
1345
1346 : cycles ( -- )
1347   #! Set the number of cycles for the last instruction that was defined.
1348   scan string>number last-opcode global at instruction-cycles set-nth ; parsing
1349
1350 : opcode ( -- )
1351   #! Set the opcode number for the last instruction that was defined.
1352   last-instruction global at 1quotation scan 16 base>
1353   dup last-opcode global set-at instructions set-nth ; parsing
1354
1355 INSTRUCTION: NOP          ; opcode 00 cycles 04
1356 INSTRUCTION: LD   BC,nn   ; opcode 01 cycles 10
1357 INSTRUCTION: LD   (BC),A  ; opcode 02 cycles 07
1358 INSTRUCTION: INC  BC      ; opcode 03 cycles 06
1359 INSTRUCTION: INC  B       ; opcode 04 cycles 05
1360 INSTRUCTION: DEC  B       ; opcode 05 cycles 05
1361 INSTRUCTION: LD   B,n     ; opcode 06 cycles 07
1362 INSTRUCTION: RLCA         ; opcode 07 cycles 04
1363 ! INSTRUCTION: NOP          ; opcode 08 cycles 04
1364 INSTRUCTION: ADD  HL,BC   ; opcode 09 cycles 11
1365 INSTRUCTION: LD   A,(BC)  ; opcode 0A cycles 07
1366 INSTRUCTION: DEC  BC      ; opcode 0B cycles 06
1367 INSTRUCTION: INC  C       ; opcode 0C cycles 05
1368 INSTRUCTION: DEC  C       ; opcode 0D cycles 05
1369 INSTRUCTION: LD   C,n     ; opcode 0E cycles 07
1370 INSTRUCTION: RRCA         ; opcode 0F cycles 04
1371 INSTRUCTION: LD   DE,nn   ; opcode 11 cycles 10
1372 INSTRUCTION: LD   (DE),A  ; opcode 12 cycles 07
1373 INSTRUCTION: INC  DE      ; opcode 13 cycles 06
1374 INSTRUCTION: INC  D       ; opcode 14 cycles 05
1375 INSTRUCTION: DEC  D       ; opcode 15 cycles 05
1376 INSTRUCTION: LD   D,n     ; opcode 16 cycles 07
1377 INSTRUCTION: RLA          ; opcode 17 cycles 04
1378 INSTRUCTION: ADD  HL,DE   ; opcode 19 cycles 11
1379 INSTRUCTION: LD   A,(DE)  ; opcode 1A cycles 07
1380 INSTRUCTION: DEC  DE      ; opcode 1B cycles 06
1381 INSTRUCTION: INC  E       ; opcode 1C cycles 05
1382 INSTRUCTION: DEC  E       ; opcode 1D cycles 05
1383 INSTRUCTION: LD   E,n     ; opcode 1E cycles 07
1384 INSTRUCTION: RRA          ; opcode 1F cycles 04
1385 INSTRUCTION: LD   HL,nn   ; opcode 21 cycles 10
1386 INSTRUCTION: LD   (nn),HL ; opcode 22 cycles 16
1387 INSTRUCTION: INC  HL      ; opcode 23 cycles 06
1388 INSTRUCTION: INC  H       ; opcode 24 cycles 05
1389 INSTRUCTION: DEC  H       ; opcode 25 cycles 05
1390 INSTRUCTION: LD   H,n     ; opcode 26 cycles 07
1391 INSTRUCTION: DAA          ; opcode 27 cycles 04
1392 INSTRUCTION: ADD  HL,HL   ; opcode 29 cycles 11
1393 INSTRUCTION: LD   HL,(nn) ; opcode 2A cycles 16
1394 INSTRUCTION: DEC  HL      ; opcode 2B cycles 06
1395 INSTRUCTION: INC  L       ; opcode 2C cycles 05
1396 INSTRUCTION: DEC  L       ; opcode 2D cycles 05
1397 INSTRUCTION: LD   L,n     ; opcode 2E cycles 07
1398 INSTRUCTION: CPL          ; opcode 2F cycles 04
1399 INSTRUCTION: LD   SP,nn   ; opcode 31 cycles 10
1400 INSTRUCTION: LD   (nn),A  ; opcode 32 cycles 13
1401 INSTRUCTION: INC  SP      ; opcode 33 cycles 06
1402 INSTRUCTION: INC  (HL)    ; opcode 34 cycles 10
1403 INSTRUCTION: DEC  (HL)    ; opcode 35 cycles 10
1404 INSTRUCTION: LD   (HL),n  ; opcode 36 cycles 10
1405 INSTRUCTION: SCF          ; opcode 37 cycles 04
1406 INSTRUCTION: ADD  HL,SP   ; opcode 39 cycles 11
1407 INSTRUCTION: LD   A,(nn)  ; opcode 3A cycles 13
1408 INSTRUCTION: DEC  SP      ; opcode 3B cycles 06
1409 INSTRUCTION: INC  A       ; opcode 3C cycles 05
1410 INSTRUCTION: DEC  A       ; opcode 3D cycles 05
1411 INSTRUCTION: LD   A,n     ; opcode 3E cycles 07
1412 INSTRUCTION: CCF          ; opcode 3F cycles 04
1413 INSTRUCTION: LD   B,B     ; opcode 40 cycles 05
1414 INSTRUCTION: LD   B,C     ; opcode 41 cycles 05
1415 INSTRUCTION: LD   B,D     ; opcode 42 cycles 05
1416 INSTRUCTION: LD   B,E     ; opcode 43 cycles 05
1417 INSTRUCTION: LD   B,H     ; opcode 44 cycles 05
1418 INSTRUCTION: LD   B,L     ; opcode 45 cycles 05
1419 INSTRUCTION: LD   B,(HL)  ; opcode 46 cycles 07
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