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