如何在Flash ROM上實現直譯語言4: MCU需求修改

原先的LbForth是在DOS-Box上執行，在RAM上執行且記憶體空間完全獨立。

有數個功能要修改：

1 . 記憶體從矩陣改成指標，這樣才能做MCU內的配置。包括生成字典的地方才可以控制。

2 . 記憶體空間管理，因為寫回的記憶體若是Flash區，要轉去Flash燒寫函式去執行。其他讀寫一樣。

3 . 屬性標記修改，因為NOR Flash清空時是0xFF，一般RAM清空是0，且Flash只能單向設定(1轉0)，所以內容要反過來，判定程式也要反過來。

實作時前二項修改很容易。

再來是屬性，它有二個flag在用，各佔一個bit，剩下的bit則是數值，標示名字字串長度，用於尋找字。

一個flag是immediate，它是編譯模式下特權標記，標記設定後的字在編譯模式下是執行，而非媥譯，用來形成控制結構用的。

一個flag是hide，它是將此字標記為廢字，不執行也不會進查找。這個設計很奇怪的和Flash寫入程序很合。因為編譯時沒有做全文章分析，有可能會出現程式中有錯，但寫了一大堆的字進入Flash內，但它不完全，所以不可以執行及查找，故需要這個flag去標記。用在Flash上面可以先留下1(設定)，在新字確定完成時再回來清除(設成0)。

又剛好STM32L系列及STM32F系列其Flash動作相反。故要修改成可以設定反相又可以運作的程式。

改完後放入MCU，不會動。因為Flash Erase是有規則的，可以Erase大塊，不能Erase單元，但Write可以寫入一個單元。變成又要加入Flash邊界檢知，在字典長到下一個sector時，發動Erase。

然後，還是不行。發現Flash不能只改一個bit，這個和個人認知有出入。測試一下動作，發現對Flash寫入單元可以做的只有二個動作: 寫入資料，寫入0(全清)。

這下頭大了，屬性欄位要改，若是要可以用，immediate及hide要分出來不能和字串長度放一起。

這下動到字典管理了。要符合，變成用資料的值來做為flag應用。變成Erase後的值是hide，若是沒改，新字就是廢字。若要是有用字就要寫入值(非清除)，若是為immediate設定，則再加寫0(只能加寫成全清)。

改完後，還有一些Flash上小問題，再以程式解決。然後總算看到去執行字典生成的高階字編譯。又出問題了。

高階字的空值預設是0，但Nor-Flash不是，所以要去改高階指令。這下又要去理解Forth編譯的細節，硬著頭皮上了。

改完後，真的弄清楚了整個Forth語言系統。

總算在STM32F系列上執行了。不過事情沒有完，移去STM32L系列又掛掉。因為它的Flash除了是0寫成0xFF外，又不能亂寫有ECC在，二次寫入是不行的。看來只能改用在QSPI Flash上看可不可以。

如何在Flash ROM上實現直譯語言3: Forth系統分析

LBForth和一般Forth不同，因為它不用從CPU指令來建造，所以沒有基本指令再堆積成高階功能的問題。

因為由C建造，所以它只要專心應付語言實現問題。這使得系統簡單不少。

所以只要看幾個大的函式，弄清其功能，就可以知道如何動作。

但在解析前，有一個必須解決的問題，它的字典資料結構要先弄清楚。

因為這個是Forth運行最重要的結構。

字典的主要內容：

1.字名(函式名): 輸入的文字代表

2.內容(執行欄): op code或是指標，op code是基本執行功能。高階字以指標表代，遇到指標會跳去對應的記憶體內容再解析，直到執行op code。

3 .結構串接: 以link-list串起來

4. 屬性及標記，後面用到時再分析

實際排列：有固定長度的放在前面，所以link-list為第一個word，第二個是屬性，和名字共用32個byte(佔4個word)，接下來是執行欄，長度不定。

字典在程式碼內是看不到的，因為它是在執行才生成，這個動作有利於Flash的寫入，也是可以利用未用的程式Flash的原因。個人覺得這個設計解決MCU上可以動態增加函式的方法。

再來是Forth的執行結構，它和CPU設計有相關，所以很像硬體的方式。

主要有二個堆疊，一個是資料堆，所以資料及參數全部放在此運算。

另外是一個返回堆，主要是呼叫返回堆疊及一些控制結構變數也放在內。

二個堆疊各有一個管理指標暫存器。

另外在執行上，有一個指令指標暫存器(IP)用來標記目前執行位址。

使用二個堆疊原因：

資料處理全部在資料堆疊上，故使用者要去做堆疊內容管理，這個在高階電腦語言是沒有的。因為此動作沒有執行效果，但可以限定RAM的使用只在資料堆疊上。這也是為何Forth使用RAM很少就可以運作。

MCU一向RAM就是不多，其他語言都有RAM需求問題，若是RAM大，MCU就不用寫得辛苦了。

實際上執行，有分成直譯模式及編譯模式。

平時在直譯模式下，輸入一個字串結束(空白字元出現)，就去字典查找這個字，有找到，就依執行欄內容再進一步查找或是執行。

若是直譯失敗，再來是進行數字解析，因為這個字串有可能是數字字串，解析成功，就放入資料堆。

若再次直譯失敗，就沒法了，就執行錯誤處理(顯示輸入錯誤)。

有多字輸入下，會一個一個去執行，直到沒有新的輸入。

但有個直譯指令是不一樣的，它會進入編譯模式。

編譯模式下一樣有找字和轉換數字字串的動作，但再下去的動作不同，它不執行而是寫入Flash，生成新的字進入字典內。

在編譯模式下，一樣找字，找到字就將其執行欄位址寫入新字的內容，然後找下一個字。遇到數字時有點不一樣，會先寫入一個lit指令碼再寫入資料值。執行到lit指令碼會將下一欄的內容吐回資料堆疊。這樣就完成固定值的編譯。

了解Forth的運作後，才能做下一步的修改。

如何在Flash ROM上實現直譯語言2: 規劃及找材料

MCU上實現一個語言，在8位元時代就有，8051 Forth是我第一個看到的作品。

全部組合語言寫出來，以機器碼寫回。但有條件，RAM也是Code space，這個要在硬體上動手腳。

有興趣的人可以看一下CamelForth51，因為實用性不好，程式碼看了沒在用。

不過CamelForth的作者有另一個作品MSP430 Forth，它可以寫回Flash，無需佔用RAM做程式儲存。

可惜沒有用到大一點的MSP430，沒有機會用，也沒有機會看原始碼。但粗看和8051一樣用組合語言寫的。

二個Forth看完原始碼，皆打破我對Compile的觀念，原來字彙分析就可以集成語言。但它有一些基本模型在。

像是雙堆疊，有一個資料堆以及一個返迴堆。一般語言像C，只有一個堆疊，資料及返迴一起堆進Stack。

這個相當"硬體"的設計。

另外一個是直譯，沒有main函式。輸入字全部都可以執行。

再來是32位元時代，Forth仍用組合語言寫出來，這個完全沒有引起我的興趣。

因為這個時代，原廠都是給C函式庫，像USB如此複雜的裝置，要用別的語言再寫一次，那有時間?

要用，也用C寫的，但eLua有點大，它可以拆分將VM放入MCU內。用起來還是有點麻煩。

然後找到STM32Forth，看來可以了。且證明可以完全在Flash ROM上作業。不過它也有點問題。

加功能進去不是很容易，因為C的語法限制，不像組合語言一樣好寫，維護肯定不好用。先放著。

再來有一天找到LBForth，一看就是我要的。它有幾個特性：

1. 它不使用機器碼，改用OP Code為基本單元。這個可以避免執行平台問題。

       2. 指令實現的C Source Code是集成的，不是分散的，這個易維護。但看來是動用到一些巨集技巧。

不過它在X86上執行，且為區域變數空間上。要在STM32上執行仍要改，順便修改時看看它是如何實作一個Forth。