Вступление

Операционная система Колибри рассчитана в первую очередь на программистов-ассемблерщиков, использующих FASM. Однако на одном FASM'е свет клином не сошёлся, есть и другие ассемблеры и, главное, языки высокого уровня (далее - ЯВУ); на них написано огромное количество программ, некоторые из которых удаётся портировать под Колибри. Эта статья описывает, а как же, собственно, подобное можно сделать (какие идеи при этом используются).

Эта статья показывает использование различных компиляторов на примере простой программы, выводящей "Hello, World!". При этом не описывается, как приводимый код это делает - предполагается, что читатель либо знаком с общими принципами работы Колибри-программ, либо готов разбираться в приводимом коде по ходу дела. Также предполагается, что читатель знаком с языком, про который он читает (разные части статьи, описывающие разные компиляторы, не зависят друг от друга и могут изучаться выборочно). Всё же приведу базовые сведения, необходимые для понимания происходящего:

• Исполняемый файл фактически представляет собой 32-битный двоичный файл с небольшим заголовком, загружаемый, начиная с нулевого адреса. Так что при компиляции требуется таковые файлы создавать. С 32-битностью проблем обычно не бывает, а вот генерация двоичных файлов часто нетривиальна.
• Системные функции описаны в документации, документация входит в дистрибутив. Однако она рассчитана на ассемблерщиков. В случае ЯВУ системные вызовы обычно осуществляются через соответствующую библиотеку, которая содержит обёртки вызовов с интерфейсом для ЯВУ, причём функции и их параметры имеют осмысленные имена. Так что при чтении документации не обращайте внимания на выражения типа "ebx=", а изучайте собственно описания и комментарии.

Поскольку цель этой статьи - продемонстрировать особенности компиляции в разных случаях, то упор делался на понятность кода. Так, для fasm и nasm используются стандартные включаемые файлы и макросы (что для автора вообще-то нетипично). На самом деле получающиеся файлы можно сделать немного меньше, но расплатой станет ухудшение читабельности и усложнение понимания кода.

Примеры к статье находятся тут.

• Ассемблер FASM
• Ассемблер NASM
• Ассемблер MASM
• Среды Visual C++ 6, C++ из Visual Studio .NET/2005
• Компиляторы GCC, G++
• Компилятор Borland C++
• Компилятор Tiny C
• Компилятор Pascal Pro

• Лицензия: бесплатный, OpenSource, доступен на http://flatassembler.net
• Доступные библиотеки для Колибри: дофига (входят в исходники дистрибутива в папку develop), поскольку большинство программистов пишут их под FASM
• Примеры программирования для Колибри: дофига - большинство программ на FASM и написаны
• Генерируемый код: любая смесь 16,32,64-битного кода, переключается директивами use16/use32/use64
• Генерируемые форматы: двоичный и DOS-COM/DOS-SYS, DOS-EXE, COFF/COFF64, PE/PE64, ELF/ELF64
• Средства разработки: командная строка в DOS, Windows и Linux; IDE под Windows; GUI под Kolibri; в Kolibri компиляция через редактор TinyPad и файловый менеджер KFar

include "macros.inc"

MEOS_APP_START

CODE
redraw:
        call    draw_window
wait_event:
        mcall   10
        dec     eax
        jz      redraw
        dec     eax
        jz      key
; button pressed; we have only one button, close
        mcall   -1
key:
; key pressed, read it and ignore
        mcall   2
        jmp     wait_event

draw_window:
        mcall   12, 1           ; start redraw
        mcall   0, <10,150>, <40,50>, 0x33FFFFFF, , header      ; define&draw window
        mcall   4, <30,10>, 0x80000000, string                  ; display string
        mcall   12, 2           ; end redraw
        ret

DATA
header  db      'HelloWorld test',0
string  db      'Hello, World!',0

UDATA

MEOS_APP_END

fasm hello.asm hello

• Лицензия: бесплатный, OpenSource, доступен на http://nasm.sourceforge.net
• Доступные библиотеки для Колибри: включаемый файл mos.inc
• Примеры программирования для Колибри: приложения aclock и c4, исходники которых включены в исходники дистрибутива (папки programs\Thomas_Mathys\aclock, ...\c4)
• Генерируемый код: любая смесь 16 и 32-битного кода, переключается директивами bits 16/32
• Генерируемые форматы: двоичный и DOS-COM/DOS-SYS, a.out, COFF, PE, ELF
• Средства разработки: командная строка в DOS, Windows и Linux; IDE под DOS

	bits	32
	%include 'mos.inc'
	section .text

	MOS_HEADER01 main,image_end,memory_end,stacktop,0,0

main:
redraw:
	call	draw_window
wait_event:
	MOS_WAITEVENT
	dec	eax
	jz	redraw
	dec	eax
	jz	key
; button pressed; we have only one button, close
	MOS_EXIT
key:
; key pressed, read it and ignore
	mov	eax, MOS_SC_GETKEY
	int	0x40
	jmp	wait_event

draw_window:
	MOS_STARTREDRAW
	xor	eax, eax
	mov	ebx, 10*65536 + 150
	mov	ecx, 40*65536 + 50
	mov	edx, 0x33FFFFFF
	mov	edi, header
	int	0x40		; define&draw window
	mov	eax, MOS_SC_WRITETEXT
	mov	ebx, 30*65536 + 10
	mov	ecx, 0x80000000
	mov	edx, string
	int	0x40		; display string
	MOS_ENDREDRAW
	ret

	section	.data
header	db	'HelloWorld test',0
string	db	'Hello, World!',0
image_end:

	section .bss
alignb	4
stack	resb	1024
stacktop:

memory_end:

nasm hello.asm

nasmw hello.asm

• Лицензия: бесплатный, доступен на http://movsd.com (пакет MASM32) и на http://microsoft.com (собственно компилятор/линковщик/утилиты; воспользуйтесь поиском)
• Доступные библиотеки для Колибри: библиотека LZMA-упаковки lzmapack.lib; можно использовать любой код, не использующий вызовов ОС и компилирующийся в объектные файлы, которые понимает линковщик от Microsoft; макробиблиотек нет, поскольку автор подхода их сильно не уважает, но можно использовать включаемые файлы из пакета MASM32 (их там много), естественно, те из них, которые не опираются на функции Windows
• Примеры программирования для Колибри: mtappack (исходники включены в исходники дистрибутива - папка programs\Diamond\mtappack), аналогичный подход используют kpack и kerpack (исходники примерно там же)
• Генерируемый код: 32-битный и (для последних версий) 64-битный код в зависимости от используемого формата
• Генерируемые форматы: PE и (для последних версий) PE64
• Средства разработки: командная строка в Windows

        .486
        .model  flat

.data
; header
        db      'MENUET01'
        dd      1
        dd      offset _start
        dd      offset bss_start        ; i_end
        dd      offset bss_end          ; memory
        dd      offset stacktop         ; esp
        dd      0, 0                    ; params, icon

header  db      'HelloWorld test',0
string  db      'Hello, World!',0

.data?
bss_start label byte
align 4
        db      1000h dup (?)
stacktop = $
bss_end label byte

.code
_start:
redraw:
        call    draw_window
wait_event:
        mov     eax, 10
        int     40h
        dec     eax
        jz      redraw
        dec     eax
        jz      key
; button pressed; we have only one button, close
        mov     eax, -1
        int     40h
key:
; key pressed, read it and ignore
        mov     eax, 2
        int     40h
        jmp     wait_event

draw_window:
        mov     eax, 12
        mov     ebx, 1
        int     40h             ; start redraw
        xor     eax, eax
        mov     ebx, 10*65536 + 150
        mov     ecx, 40*65536 + 50
        mov     edx, 33FFFFFFh
        mov     edi, offset header
        int     40h             ; define&draw window
        mov     eax, 4
        mov     ebx, 30*65536 + 10
        mov     ecx, 80000000h
        mov     edx, offset string
        int     40h             ; draw string
        mov     eax, 12
        mov     ebx, 2
        int     40h             ; end redraw
        ret

        end     _start

\masm32\bin\ml /nologo /c /coff hello.asm

\masm32\bin\link /fixed /subsystem:native /base:-0x10000 /align:0x10000
		/merge:.data=.text /merge:.rdata=.text /nologo hello.obj

Вот что здесь сказано:

• /nologo - подавляет вывод копирайта, этот ключ можно спокойно опустить
• /merge:.data=.text /merge:.rdata=.text - нам нужно, чтобы в exe-шнике была единственная секция с инициализированными данными, вот мы все такие секции и объединяем
• /base:-0x10000 /align:0x10000 - нам нужно, чтобы эта секция располагалась по нулевому адресу; но по умолчанию exe-шник начинается с PE-заголовка, имеющего наименьший адрес, после которого следуют секции, имеющие большие адреса. Поэтому мы переопределяем базовый адрес, совпадающий с адресом заголовка. Значение выбрано с учётом того, что этот адрес обязан быть выровнен на границу 0x10000, иначе link.exe откажется работать. После этого устанавливаем выравнивание секций так, чтобы первая попала на нулевой адрес. Уф!
• /subsystem:native - надо указать какую-то подсистему (линковщику надо заполнить соответствующее поле в PE-заголовке, а мы его будем игнорировать)
• /fixed - это чтобы линковщик не генерировал секцию .reloc с перемещаемыми элементами, нам она будет только мешать

virtual at 0
file 'hello.exe':3Ch,4
load pehea dword from 0
file 'hello.exe':pehea+0F8h,28h
load physofs dword from 4+14h
load mem dword from 4+8
file 'hello.exe':physofs+16,4
load sz dword from $-4
end virtual
file 'hello.exe':physofs,sz
store dword mem at 14h

fasm doexe.asm hello

• Лицензия: команднострочная версия (Visual C++ Toolkit, компилятор/линковщик, стандартные включаемые файлы и RTL-библиотеки) бесплатна (http://microsoft.com, поиск по сайту), полная версия (IDE, исходники RTL) коммерческая
• Доступные библиотеки для Колибри: библиотека LZMA-упаковки lzmapack.lib; можно использовать любой код, не использующий вызовов ОС и компилирующийся в объектные файлы, которые понимает линковщик от Microsoft (в частности, огромное количество Сишных библиотек). К сожалению, к стандартной RTL (Run-Time Library) это не относится, так что все недостающие функции придётся реализовывать "ручками". Реализация некоторых, впрочем, уже есть.
• Примеры программирования для Колибри: ac97snd, fara, xonix (исходники включены в исходники дистрибутива в папках соответственно programs\Serge\ac97snd, programs\Diamond\fara, programs\Diamond\xonix)
• Генерируемый код: 32-битный и (для последних версий) 64-битный код в зависимости от используемого формата
• Генерируемые форматы: PE и (для последних версий) PE64
• Средства разработки: командная строка в Windows; IDE для Windows

#include "kosSyst.h"
#include "kosFile.h"

const char header[] = "HelloWorld test";
const char string[] = "Hello, World!";

void draw_window(void)
{
	// start redraw
	kos_WindowRedrawStatus(1);
	// define&draw window
	kos_DefineAndDrawWindow(10,40,150,50,
		0x33,0xFFFFFF,0,0,(Dword)header);
	// display string
	kos_WriteTextToWindow(30,10,8,0,(char*)string,0);
	// end redraw
	kos_WindowRedrawStatus(2);
}

void kos_Main()
{
	draw_window();
	for (;;)
	{
		switch (kos_WaitForEvent())
		{
		case 1:
			draw_window();
			break;
		case 2:
			// key pressed, read it and ignore
			Byte keyCode;
			kos_GetKey(keyCode);
			break;
		case 3:
			// button pressed; we have only one button, close
			kos_ExitApp();
		}
	}
}

pe2kos Release\hello.exe hello

cl /c /O2 /nologo hello.cpp kosFile.cpp kosSyst.cpp mcsmemm.cpp
link /nologo /entry:crtStartUp /subsystem:native /base:0 /fixed
	/align:16 /nodefaultlib hello.obj kosFile.obj kosSyst.obj mcsmemm.obj
pe2kos hello.exe hello

cl /c /O2 /nologo /GS- /GR- hello.cpp kosFile.cpp kosSyst.cpp mcsmemm.cpp
link /nologo /manifest:no /entry:crtStartUp /subsystem:native /base:0 /fixed
	/align:16 /nodefaultlib hello.obj kosFile.obj kosSyst.obj mcsmemm.obj
pe2kos hello.exe hello

• Лицензия: бесплатные, OpenSource
• Доступные библиотеки для Колибри: портированные RTL (Run-Time Library, стандартная Си-библиотека), SDL (Simple DirectMedia Layer, на ней основаны куча программ); можно использовать любой код, не использующий вызовов ОС и компилирующийся в объектные файлы, которые понимает гнусный линковщик (это не ругательство, а констатация факта принадлежности к клану GNUтых программ :-) ) (в частности, огромное количество Сишных библиотек).
• Примеры программирования для Колибри: dosbox, sdlfire, sdlquake, pig
• Генерируемый код: 32-битный, возможно, 16-битный
• Генерируемые форматы: разнообразные
• Средства разработки: MinGW - командная строка в Windows (http://www.mingw.org); GCC/G++ - стандартные компиляторы, входящие во все пакеты Linux и cygwin (http://www.cygwin.com)

#include <menuet/os.h>

const char header[] = "HelloWorld test";
const char string[] = "Hello, World!";

void draw_window(void)
{
	// start redraw
	__menuet__window_redraw(1);
	// define&draw window
	__menuet__define_window(10,40,150,50,
		0x33FFFFFF,0,(__u32)header);
        // display string
        __menuet__write_text(30,10,0x80000000,string,0);
        // end redraw
        __menuet__window_redraw(2);
}

void app_main(void)
{
	draw_window();
	for (;;)
	{
		switch (__menuet__wait_for_event())
		{
		case 1:
			draw_window();
			break;
		case 2:
			// key pressed, read it and ignore
			__menuet__getkey();
			break;
		case 3:
			// button pressed; we have only one button, close
			return;
		}
	}
}

make

OUTFILE = hello
OBJS = hello.o
include $(MENUETDEV)/makefiles/Makefile_for_program

• Перед компиляцией всего компилируются утилиты mgcc,mgpp,mld,mmkdep в каталоге linuxtools. Они всего лишь вызывают соответственно стандартные gcc,g++,ld,mkdep, добавляя определённые ключи командной строки. Полный список добавляемых опций смотрите в исходниках, а жизненно важны для процесса компиляции опции

  -nostdinc -I$(MENUETDEV)/include

  у gcc/g++ и

  -nostdlib -L$(MENUETDEV)/lib -T$(MENUETDEV)/include/scripts/menuetos_app_v01.ld
  	$(MENUETDEV)/stub/crt0.o

  у mld. В дальнейшем вместо стандартных используются именно эти скомпилированные утилиты.
• Компилятор всего лишь генерирует код. Собрать этот код в единый бинарник - задача линковщика. Желание собрать двоичный файл выражается в скрипте menuetos_app_v01.ld (аргумент опции -T). Фактически этот скрипт приказывает создавать определённые секции в определённом порядке, группируя существующие секции. При этом первая секция помещается по адресу 0, дальнейшие - последовательно друг за другом. Кроме того, скрипт узнаёт начало/конец кода/данных/программы, в дальнейшем они пригодятся.
• На полученный после линковки файл натравливается утилита objcopy, которая превращает его в бинарник.
• Важную роль играет заглушка stub/crt0.o. Именно там создаётся заголовок с основными параметрами программы. Некоторые параметры объявлены как extrn, их заполнит линковщик значениями, полученными скриптом.

• Лицензия: утилиты командной строки бесплатны ( www.borland.com/bcppbuilder/freecompiler или поиск "Command-Line tools" по сайту), IDE коммерческая
• Доступные библиотеки для Колибри: базовая, необходимая для работы (включает работу с многопоточностью, обёртки системных вызовов, работу с кучей, работу с файлами, но RTL нет).
• Примеры программирования для Колибри: checkers, life2 (исходники включены в исходники дистрибутива - папки programs\Diamond\checkers и ...\life2)
• Генерируемый код: 32-битный
• Генерируемые форматы: PE
• Средства разработки: командная строка в Windows; IDE для Windows

#include <menuet.h>
#include <me_heap.h>
#include <me_file.h>

using namespace Menuet;

const char header[] = "HelloWorld test";
const char string[] = "Hello, World!";

bool MenuetOnStart(TStartData &me_start, TThreadData /*th*/)
{
	me_start.Left = 10;
	me_start.Top = 40;
	me_start.Width = 150;
	me_start.Height = 30;
	me_start.WinData.Title = header;
	return true;
}

void MenuetOnDraw(void)
{
	DrawString(30,10,0,string);
}

bool MenuetOnClose(TThreadData /*th*/)
{return true;}
int MenuetOnIdle(TThreadData /*th*/)
{return -1;}
void MenuetOnSize(int /*window_rect*/[], TThreadData /*th*/)
{}
void MenuetOnKeyPress(TThreadData /*th*/)
{GetKey();}
void MenuetOnMouse(TThreadData /*th*/)
{}

bcc32 -S -v- -R- -6 -a4 -O2 -Og -Oi -Ov -OS -k- -D__MENUET__ -Iinclude hello.cpp
echo include "me_make.inc" > f_hello.asm
t2fasm < hello.asm >> f_hello.asm
fasm f_hello.asm hello

• Лицензия: бесплатный, OpenSource
• Доступные библиотеки для Колибри: солидная часть RTL (Run-Time Library, стандартная Си-библиотека)
• Примеры программирования для Колибри: spektr
• Генерируемый код: 32-битный
• Генерируемые форматы: COFF, ELF, PE, Kolibri
• Средства разработки: командная строка в Windows

gcc tcc.c -o tcc.exe

#include "mesys.h"

const char header[] = "HelloWorld test";
const char string[] = "Hello, World!";

void draw_window(void)
{
	// start redraw
	_msys_window_redraw(1);
	// define&draw window
	_msys_draw_window(10,40,150,50,0xFFFFFF,0x33,0,0,(int)header);
	// display string
	_msys_write_text(30,10,0x80000000,string,0);
	// end redraw
	_msys_window_redraw(2);
}

int main(int argc, char** argv[])
{
	draw_window();
	for (;;)
	{
		switch (_msys_wait_for_event_infinite())
		{
		case 1:
			draw_window();
			break;
		case 2:
			// key pressed, read it and ignore
			_msys_get_key();
			break;
		case 3:
			// button pressed; we have only one button, close
			return 0;
		}
	}
}

tcc hello.c start.o melibc.a -o hello

• Лицензия: бесплатный
• Доступные библиотеки для Колибри: загрузка файлов PE-формата (с определёнными ограничениями)
• Примеры программирования для Колибри: пока нет
• Генерируемый код: 16-битный или 32-битный
• Генерируемые форматы: Kolibri и некоторые другие
• Средства разработки: командная строка в DOS и Windows

Program hello;
Uses kolibri;

var k:TKolibri;
const
	header:string='HelloWorld test'#0;
	str:string='Hello, World!';

procedure draw_window;
begin
	{start redraw}
	k.BeginDraw;
	{define&draw window}
	k.DefineWindow(10,40,150,50,$33FFFFFF,0,integer(@header[1]));
	{display string}
	k.WriteText(30,10,0,0,str);
	{end redraw}
	k.EndDraw;
end;

var key:DWord;
begin
	draw_window;
	while true do
	begin
		case k.WaitForEvent of
		1:draw_window;
		2:k.GetKey(key);{key pressed, read it and ignore}
		3:break;	{button pressed; we have only one button, close}
		end;
	end;
end.

ppro hello