initial commit, have C logic down
authorkremlin <ian@kremlin.cc>
Fri, 17 Oct 2014 20:57:34 +0000 (16:57 -0400)
committerkremlin <ian@kremlin.cc>
Fri, 17 Oct 2014 20:57:34 +0000 (16:57 -0400)
project_1.txt [new file with mode: 0644]
src/Makefile [new file with mode: 0644]
src/bin/.gitignore [new file with mode: 0644]
src/proto.c [new file with mode: 0644]
src/proto.h [new file with mode: 0644]

diff --git a/project_1.txt b/project_1.txt
new file mode 100644 (file)
index 0000000..b4d0706
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,25 @@
+Ian Sutton
+CSE 381
+Fall 2014
+
+Project 1 - MIPS Matrix Multiplier
+
+       My approach to this project was to use my existing skills with
+relatively higher-architecture operating system/kernel to better
+understand the relatively lower-level CPU operations: 'top-down' rather
+than 'bottom-up'. I started by writing an equivalent program in C along
+with a makefile that specifies a compilation routine that results in a
+rather unoptimized binary, important for later reasons. I compiled on an
+intel i386 single-core 32-bit pentium chip (on an old thinkpad) in order
+to get the least complicated instructions. I stripped the ELF
+headers/footers and translated the sequence of opcodes into readable x86
+ASM. 
+
+This is where I started to get a feel for how this program was working
+on the instruction level. I then changed the compilation options to
+instead cross-compile and target an older Longsoon 32-bit MIPS platform,
+suitable for this course. After adjusting the optimization settings, I
+was able to come up with an instruction file suitable for this
+assignment (specifically, it did not use any MIPS64, multithreaded, or
+pseudo-instructions prohibited by the handout). I then ran it through
+MARS to guarantee operability on the professor's end.
diff --git a/src/Makefile b/src/Makefile
new file mode 100644 (file)
index 0000000..49cb66e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,19 @@
+.PHONY: all
+
+CC=/bin/cc
+CARGS=-Wall -Werror -Wextra -pedantic -std=c99
+SANITY=-Wno-unused-parameter -Wno-unused-variable
+CDBG=-g
+CIO=proto.c -o bin/out.amd64.multi.bin
+
+# optimization is likely to produce confusing output as we are targeting readable MIPS ASM
+COPT=-O0
+
+# HARDCODED_OPERANDS is a boolean, MS (matrix size) is the square size of our matrices
+CDEFS=-D HARDCODED_OPERANDS=1 -D MS=3
+
+all: 
+       $(CC) $(CARGS) $(SANITY) $(CDEFS) $(CIO) $(COPT)
+
+debug:
+       $(CC) $(CARGS) $(SANITY) $(CDEFS) $(CIO) $(COPT) $(CDBG) -D DEBUG=1
diff --git a/src/bin/.gitignore b/src/bin/.gitignore
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5e7d273
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,4 @@
+# Ignore everything in this directory
+*
+# Except this file
+!.gitignore
diff --git a/src/proto.c b/src/proto.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f4a2544
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,187 @@
+/* Copyright (c) 2014, Ian Sutton <ian@kremlin.cc>
+ *
+ * Permission to use, copy, modify, and/or distribute this software for
+ * any purpose with or without fee is hereby granted, provided that the
+ * above copyright notice and this permission notice appear in all
+ * copies.
+ *
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL
+ * WARRANTIES WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED
+ * WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE
+ * AUTHOR BE LIABLE FOR ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL
+ * DAMAGES OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR
+ * PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER
+ * TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR
+ * PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
+ *
+ * This code implements a simple matrix operation in C, to be
+ * cross-compiled into Loongson MIPS 32-bit instructions.
+ */
+
+#ifdef DEBUG
+#include <stdio.h>
+#endif
+
+#include "proto.h"
+
+int main(int argc, char *argv[]) {
+
+       #ifdef HARDCODED_OPERANDS
+
+       /* volatile, otherwise GCC optimizations muddy things up. 'a' and
+     * 'b' are our starting matricies */
+       volatile int a[MS][MS] = {
+                                                               { 1, 2, 3},
+                                                               { 4, 5, 6},
+                                                               { 7, 8, 9}
+                                                        };
+
+       volatile int b[MS][MS] = {
+                                                               { 1, 4, 7},
+                                                               { 2, 5, 8},
+                                                               { 3, 6, 9}
+                                                        };
+       #endif
+
+       /* 'd' and 'c' are matricies that store the result of the
+        * combinations of 'a' and 'b' prior to multiplication */
+       volatile int c[MS][MS], d[MS][MS];
+
+       /* where our resultant matrix is stored */
+       volatile int result[MS][MS];
+
+       /* zero-out our result buffers */
+       matrix_init0(c);
+       matrix_init0(d);
+       matrix_init0(result);
+
+       /* first we combine A + B and store it in C */
+       matrix_add(a, b, c);
+
+       /* then we subtract A - B and store it in D */
+       matrix_sub(a, b, d);
+
+       /* finally, we multiply A * B and store it in result */
+       matrix_mult(a, b, result);
+
+       #ifdef DEBUG
+
+       printf("Matrix A:\n");
+       matrix_print(a);
+
+       printf("\nMatrix B:\n");
+       matrix_print(b);
+
+       printf("\nAdded Matrix (A + B) -> C:\n");
+       matrix_print(c);
+
+       printf("\nSubtracted Matrix (A - B) -> D:\n");  
+       matrix_print(d);
+
+       printf("\nMultiplied Matrix (C * D) -> Result:\n");
+       matrix_print(result);
+
+       #endif
+
+       return 0;
+}
+
+static void matrix_add(volatile int op1[MS][MS], volatile int op2[MS][MS], volatile int result_buf[MS][MS]) {
+
+       int i, j;
+
+       i = 0;
+       j = 0;
+
+       for(; i < MS; i++) {
+
+               j = 0;
+
+               for(; j < MS; j++)
+                       result_buf[i][j] = op1[i][j] + op2[i][j];
+       }
+}
+
+static void matrix_sub(volatile int op1[MS][MS], volatile int op2[MS][MS], volatile int result_buf[MS][MS]) {
+
+       int i, j;
+
+       i = 0;
+       j = 0;
+
+       for(; i < MS; i++) {
+
+               j = 0;
+
+               for(; j < MS; j++)
+                       result_buf[i][j] = op1[i][j] - op2[i][j];
+       }
+}
+
+static void matrix_mult(volatile int op1[MS][MS], volatile int op2[MS][MS], volatile int result_buf[MS][MS]) {
+       
+       int i, j, k;
+
+       i = 0;
+       j = 0;
+       k = 0;
+
+       for(; i < MS; i++) {
+
+               j = 0;
+
+               for(; j < MS; j++) {
+
+                       k = 0;
+
+                       for(; k < MS; k++)
+                               result_buf[i][j] += op1[i][k] * op2[k][j];
+               }
+       }
+}
+
+static void matrix_init0(volatile int matrix[MS][MS]) {
+
+       int i, j;
+
+       i = 0;
+       j = 0;
+
+       for(; i < MS; i++) {
+
+               j = 0;
+
+               for(; j < MS; j++)
+                       matrix[i][j] = 0;
+       }
+}
+
+#ifdef DEBUG
+static void matrix_print(volatile int matrix[MS][MS]) {
+
+       int i,j; 
+
+       i = 0;
+       j = 0;
+
+       printf("\t┌────────────┐\n");
+
+       for(; i < MS; i++) {
+
+               printf("\t│");
+               j = 0;
+
+               for(; j < MS; j++) {
+
+                       printf("%3d", matrix[i][j]);
+
+                       if(j + 1 != MS)
+                               printf(" ");
+               }
+
+               printf(" │\n");
+       }
+
+       printf("\t└────────────┘\n");
+}
+#endif
diff --git a/src/proto.h b/src/proto.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..2466737
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,33 @@
+/* Copyright (c) 2014, Ian Sutton <ian@kremlin.cc>
+ *
+ * Permission to use, copy, modify, and/or distribute this software for
+ * any purpose with or without fee is hereby granted, provided that the
+ * above copyright notice and this permission notice appear in all
+ * copies.
+ *
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL
+ * WARRANTIES WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED
+ * WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE
+ * AUTHOR BE LIABLE FOR ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL
+ * DAMAGES OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR
+ * PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER
+ * TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR
+ * PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
+ *
+ * This code implements a simple matrix operation in C, to be
+ * cross-compiled volatile into Loongson MIPS 32-bit instructions.
+ *
+ * (Header file)
+ */
+
+static void matrix_add(volatile int op1[MS][MS], volatile int op2[MS][MS], volatile int result_buf[MS][MS]);
+
+static void matrix_sub(volatile int op1[MS][MS], volatile int op2[MS][MS], volatile int result_buf[MS][MS]);
+
+static void matrix_mult(volatile int op1[MS][MS], volatile int op2[MS][MS], volatile int result_buf[MS][MS]);
+
+#ifdef DEBUG
+static void matrix_print(volatile int matrix[MS][MS]);
+#endif
+
+static void matrix_init0(volatile int matrix[MS][MS]);