الأهداف

يسرد sultanc targets أهداف الترجمة المسجلة وعددها 38. وتسجل هذه الصفحة لكل هدف منها الخلفية التي تولد شيفرته، ودعم المكتبة القياسية المتوفر له، وطريقة ربط ملفه التنفيذي، وطريقة التحقق منه. وتصف أيضا مواضع الشيفرة الخاصة بكل هدف في المستودع، للمساهمين الذين يضيفون هدفا أو ينقلون اللغة إلى هدف جديد.

الخلفيات#

للسلطان خلفيتان لتوليد الشيفرة، تُختاران بـ--backend=native أو --backend=llvm.

الخلفية الأصلية هي مولد الشيفرة الخاص بالسلطان، ولا تحتاج مع الروابط (linker) المدمجة إلى أي سلسلة أدوات خارجية. وهي متاحة لأهداف x86_64 وaarch64 في Linux وAndroid وFreeBSD وmacOS وWindows (x86_64-linux وaarch64-linux-gnu وx86_64-android وaarch64-android وx86_64-freebsd وaarch64-freebsd وarm64-darwin وx86_64-darwin وx86_64-windows-msvc وaarch64-windows-msvc)، ولـwasm32-wasi وwasm32-browser. وطلبها لأي هدف آخر يُبلغ عنه بـSULTANC-BACKEND-UNAVAILABLE.

خلفية LLVM متاحة لكل الأهداف، وتتطلب مترجما بُني مع LLVM (./build.sh --enable-llvm). وهي تنتج ملفات كائنات لكل الأهداف. والأهداف التي لا صيغة لملفات الكائنات فيها (NVPTX، XCore) تُترجم بـ--emit=asm، الذي يعمل مع كل الأهداف. وتُسجَّل حالة كل هدف مع خلفية LLVM، وما شُغّل منه وما بُني فقط، في تقدم أهداف LLVM (بالإنجليزية).

يحمل عمود الدعم في مخرجات sultanc targets إحدى ثلاث قيم: مضيف ذاتي (arm64-darwin وx86_64-linux)، وترجمة متقاطعة (كل الأهداف الأخرى)، وتجريبي (لا هدف اليوم). ويترجم المترجم نفسه أيضا على أهداف x86_64 وaarch64 في Android وFreeBSD؛ ويسجل قسم الاستضافة الذاتية على Android وFreeBSD كيف تُحقق من ذلك.

مصفوفة الأهداف#

أهداف أنظمة التشغيل#

لهذه الأهداف المكتبة القياسية كاملة، بما فيها الملفات والعمليات والمقابس والخيوط (إلا حيث يُذكر غير ذلك). وكلها تستعمل استدعاءات النواة الخام أو واجهة النظام في المنصة، ولا تربط أي libc؛ وتسرد صفحة اعتماديات المنصات كل ما يُستورد.

تستعمل أهداف Linux وAndroid الواجهة الثنائية لنواة Linux مباشرة. وتستعمل الأهداف ذات 32 بت (i686-linux-gnu، armv7-linux-gnueabihf، armv7-android) استدعاءات النظام الخاصة بـtime64 وبالملفات الكبيرة. وعلى هذه الأهداف، وعلى كل هدف آخر يفتقر إلى تعليمة قسمة أو إلى قسمة عريضة، توسّع الخلفية القسمة في التمثيل الوسيط (IR) فلا يُربط compiler-rt (انظر ما الذي يقع أين).

تستعمل أهداف FreeBSD استدعاءات النظام الخام بلا libc. وتتطلب FreeBSD 13 أو أحدث (من أجل close_range)، وتُبنى على ترويسات الإصدار 14.2. والملف التنفيذي ساكن (static)، مع ELFOSABI_FREEBSD وملاحظة الواجهة الثنائية .note.tag، التي يحتفظ بها الرابط المدمج ويغطيها برأس PT_NOTE.

الربط#

المترجم هو من يختار الرابط؛ ولا خيار لاختياره.

لا يُربط هدف ELF نظامي لا يخطط رابط ELF صوره بالأمر ld.lld -static -e _start (compiler/driver/external_linker.sn) إلا إذا سمّت سياسة هدفه ld.lld، ولا هدف يسميه الآن. يُبحث عن ld.lld بهذا الترتيب: $SULTANC_LINKER؛ ثم bin/ld.lld في تثبيت LLVM الذي رُبط المترجم بمكتبته libLLVM (الدليل المجاور لدليل lib/ فيه)؛ ثم ld.lld في PATH.

ويُبلَّغ عن مدخل ربط لا يقرؤه رابط الهدف (ليس كائنا ولا أرشيفا ولا مكتبة ولا سكربت ربط) بالتشخيص SULTANC-LINK-INPUT-UNSUPPORTED مع مساره. وفي macOS وiOS تقوم المكتبة النصية البديلة في حزمة تطوير Apple (.tbd، مثل MacOSX.sdk/usr/lib/libSystem.tbd) مقام المكتبة التي يسميها اسم تثبيتها، كما في ld64: تحمّل الصورة تلك المكتبة وتربط بها الرموز التي تصدّرها المكتبة النصية.

WebAssembly#

الأهداف المستقلة وأهداف المسرعات#

ليس لهذه الأهداف طبقة نظام تشغيل؛ فالبرامج تستعمل نواة اللغة ووحدات std التي لا تعتمد على نظام تشغيل.

لا يستطيع السلطان ربط هذه الأهداف في ملف تنفيذي: فطلب exe يُبلغ عنه بـSULTANC-LINK-OUTPUT-UNSUPPORTED. استعمل -c أو --emit=obj لملفات الكائنات، و--emit=asm لشيفرة التجميع. ويُترجم tests/ar/target/language_core.sn (السجلات والاتحادات الموسومة والأنواع العامة والعمليات الحسابية الصحيحة بكل عرض) لكل منها. أما البرنامج الذي يستعمل خدمة من نظام التشغيل (الطباعة، الملفات) فيُرفض لها عند check بـSULTANC-TARGET-FEATURE-UNSUPPORTED؛ والمترجم نفسه برنامج كهذا، فلا ينجح sultanc check compiler/main.sn إلا للأهداف المستضافة الـ21. وقيم الدوال إغلاقات تخصص بيئة التشغيل بيئتها، ولا مخصص في هذه الأهداف، فيُرفض لها البرنامج الذي يأخذ قيمة دالة (SULTANC-BACKEND-UNSUPPORTED-CONSTRUCT). وليس في BPF قبل الإصدار v4 من مجموعة تعليماته قسمة ذات إشارة؛ فتُقسم المقادير هناك. وليس في eBPF أعداد عائمة، فيرفض LLVM العمليات الحسابية العائمة له.

أهداف Cortex-M#

أهداف Arm ذات الملف M الأربعة أهداف ELF على العتاد مباشرة لخلفية LLVM (فليس في الخلفية الأصلية مولد شيفرة لـArm ذي 32 بت). وشروط الهدف لها الهدف.المعمارية == "arm" مع الهدف.المنصة == "freestanding"، وبيئتها eabi أو eabihf.

تقع هذه الحقائق في compiler/backend/target/target_registry.sn (صنف الملف M هو معالج الهدف، صنف_ذراع_إم في target_model.sn)، وتُمرر إلى LLVM نصوصا للمعالج والميزات (أساس_توليد_ذراع_إم).

• الواجهة الثنائية: AAPCS، وملفات كائنات ELF32 قابلة لإعادة التموضع بترتيب البايت الأصغر أولا، مع سمات بناء Arm (اسم المعالج، وملف المعمارية M، وTag_ABI_align_preserved: محاذاة المكدس 8 بايتات عند كل واجهة عامة). يمرر eabi الأعداد العائمة في السجلات العامة، ويستعمل eabihf الصيغة AAPCS-VFP (s0-s15، d0-d7) التي يختارها LLVM من البيئة.
• لا مكتبة تشغيل. لا يربط السلطان libgcc ولا compiler-rt، فلا يشير أي ملف كائنات لهذه الأهداف إلى روتين __aeabi_*. وتوسَّع القسمة بعرض 64 بت في IR كما في كل هدف ذي 32 بت. وفي ARMv6-M، الذي ليس فيه تعليمة قسمة ولا ضرب 32 × 32 -> 64 ولا إزاحة بعرض 64 بت، توسَّع كذلك القسمة بعرض 32 بت والضرب بعرض 64 بت والإزاحة بعرض 64 بت بمقدار متغير (compiler/backend/provider/llvm/freestanding_routines.sn) بدلا من استدعاء __aeabi_uidiv و__aeabi_lmul و__aeabi_llsl و__aeabi_llsr و__aeabi_lasr.
• الفاصلة العائمة. العملية العائمة التي لا تقدر عليها وحدة الفاصلة العائمة تستدعي روتينا برمجيا (__aeabi_fadd، __aeabi_dmul، __aeabi_f2d...)، فتُرفض بدلا من ذلك بـSULTANC-TARGET-FEATURE-UNSUPPORTED عند الجملة المصدرية التي فيها العملية، مع اسم العملية ونوعها والدالة المصدرية: كل عملية حسابية أو مقارنة أو تحويل عائم في أهداف eabi، وكل عملية على f64 في thumbv7em-none-eabihf، وfrem في كل منها. ويُسمح بتحميل الأعداد العائمة وتخزينها ونقلها، وبالنفي وabs وcopysign. ويشغّل Cortex-M7 شيفرة thumbv7em-none-eabihf؛ أما وحدته FPv5-D16 ذات الدقة المضاعفة فتحتاج إلى اختيار معالج لا يقدمه السجل بعد.
• الذريات. ليس في ARMv6-M وصول حصري (LDREX/STREX)، وهو في ARMv7-M بعرض 32 بت فقط. فتصرّح std.sync.atomic في هذه الأهداف بالتحميل والتخزين الذريين بعرض 32 بت وبالأسيجة (ذرة_ط32، أنشئ_ذرة_ط32، احمل_ط32، اخزن_ط32، سياج_ذاكرة)، وهي LDR/STR مع DMB. أما صيغ 64 بت وذرة_طبيعي وكل عملية قراءة وتعديل وكتابة فمصرح بها لأهداف أخرى فقط (SULTANC-TARGET-FEATURE-UNSUPPORTED للأسماء العربية؛ والمرادفات الإنجليزية تُبلغ عنها بـSULTANC-NAME-UNKNOWN). ولا تميز شروط الهدف التي تحللها مترجمات الإقلاع ARMv6-M من ARMv7-M، فلا تُقدم بعد ذريات القراءة والتعديل والكتابة بعرض 32 بت في ARMv7-M. وترفض الخلفية كل ذرية أعرض مما ينفذه الهدف مباشرة.
• كسائر الأهداف المستقلة، ليس لهذه الأهداف مخصص ذاكرة: فتُرفض النصوص والمتجهات والإغلاقات.

شيفرة البدء والربط

يُصدر المترجم شيفرة البدء في ملف الكائنات لكل برنامج Cortex-M له مدخل، كما يُصدر _start للأهداف المستضافة (compiler/backend/provider/llvm/cortex_m_entry.sn)، فلا حاجة إلى مجمّع ولا إلى سلسلة أدوات C:

• .vector_table: مؤشر المكدس الابتدائي __stack_top، وReset_Handler، والاستثناءات النظامية الأربعة عشر، كل منها اسم ضعيف بديل لـDefault_Handler الذي يدور في مكانه؛
• ينسخ Reset_Handler القسم .data من FLASH إلى RAM، ويصفّر .bss، ويفعّل وحدة الفاصلة العائمة في thumbv7em-none-eabihf (CP10/CP11 في CPACR)، ويشغّل .init_array، ويستدعي main ويمرر الكلمة الدنيا من ناتجها إلى __sultanc_exit، الذي يوقف المعالج افتراضيا في حلقة WFI؛
• __sultanc_semihosting_exit (SYS_EXIT_EXTENDED في الاستضافة شبه الكاملة لـArm) و__sultanc_semihosting_fault (حالة الخروج 132؛ فخ السلطان هو UDF الذي يتصاعد إلى HardFault)، للتشغيل تحت QEMU أو المنقح.

بتعليمات ARMv6-M فقط، فتخدم السلسلة نفسها كل الأصناف. ونصوص الربط في library/std/os/platform/none/arm/cortex_m ملفات بيانات تُعطى للرابط صراحة:

لا يربط السلطان هذه الأهداف: فطلب exe يُبلغ عنه بـSULTANC-LINK-OUTPUT-UNSUPPORTED. فليس في رابط ELF المدمج بعد إزاحات Arm ولا دعم لنصوص الربط. اربط الصورة بـld.lld، مثلا:

./build/sultanc --backend=llvm --target=thumbv7m-none-eabi --emit=obj program.sn -o program.o
D=library/std/os/platform/none/arm/cortex_m
ld.lld -T $D/board_mps2.ld -L $D --gc-sections program.o $D/semihosting.ld -o program.elf
qemu-system-arm -M mps2-an385 -nographic -monitor none -serial none \
  -semihosting-config enable=on,target=native -kernel program.elf; echo $?

ويفعل tools/tests/cortex_m_tests.sh ذلك لكل اختبار في tests/{en,ar}/target يسمي هدف Cortex-M، ويشغّل كل صورة على لوحات QEMU لهدفها.

ما لم يُدعم بعد: ve-linux-gnu#

يُترجم ve-linux-gnu (NEC Vector Engine) إلى ملفات كائنات وشيفرة تجميع، لكن ليس له طبقة نظام تشغيل في المكتبة القياسية. فلا يوجد في VE مصيدة نواة: استدعاء النظام طلب يُرسل إلى خدمة VEOS. يُخزن الرقم والوسائط في منطقة ذاكرة مشتركة خاصة بكل خيط، يضع بدء التشغيل في VEOS وglibc عنوانها في كتلة التحكم بالخيط (tcbhead_t.shm_offset، glibc-ve sysdeps/unix/sysv/linux/ve/sysdep.h)، ثم تُنفذ monc. ويحتاج النقل إلى بروتوكول بدء التشغيل ذاك، وإلى عتاد VE أو محاكٍ للتحقق منه.

ما الذي يقع أين#

لا تحتاج الخلفية الأصلية لمعمارية جديدة إلا إلى الدخول إلى النواة و_start؛ أما طبقة المكتبة القياسية فمشتركة مع خلفية LLVM.

التحقق#

يُتحقق من كل هدف بأقوى مستوى تسمح به بيئته.

يشغّل tools/tests/target_tests.sh الاختبارات في tests/{en,ar}/target على كل هدف يسميه ترويس // أهداف: فيها: check، ثم ملف تنفيذي (أو ملف كائنات أو شيفرة تجميع)، ثم التشغيل حيث يستطيع المضيف تشغيله، مع مقارنة حالة الخروج والخرج القياسي. وعلى مضيف x86_64 Linux فيه qemu-user وwasmtime وnode وWine، يشغّل 192 زوجا من أزواج الاختبار والهدف الـ296، ويبني الأزواج الـ104 الباقية.

ويعطي كل برنامج في examples/en (90 من الملفات الـ93؛ والثلاثة الباقية مساعدا وحدتين، ومثال على استدعاء مكتبة C) المخرجات وحالة الخروج نفسيهما اللتين يعطيهما على x86_64 Linux: تحت qemu-user على كل معمارية من Linux وAndroid، وتحت wasmtime (إلا الأمثلة التي تحتاج إلى العمليات أو بيئة المضيف)، وعلى آلات FreeBSD الافتراضية x86_64 وaarch64 وriscv64 مع اختبارات الأهداف. وتجد الأعداد لكل هدف في تقدم أهداف LLVM. ويشغل tools/tests/freebsd_examples.sh أمثلة x86_64 على مضيف Linux عبر أداة تحويل لاستدعاءات النظام تعتمد على ptrace (tools/tests/freebsd_abi_emulator.c).

التحقق المتقاطع من هدف Linux#

./build/sultanc --backend=llvm --target=riscv64-linux-gnu examples/ar/fs/files.sn -o files
qemu-riscv64 ./files

إعادة توليد جداول FreeBSD#

لا تقرأ المولدات إلا ترويسات sys/ وinclude/ من شجرة مصدر FreeBSD.

git clone --depth 1 -b releng/14.2 https://github.com/freebsd/freebsd-src
python3 tools/generate/generate_freebsd_syscalls.py --src freebsd-src
python3 tools/generate/generate_freebsd_uapi.py --src freebsd-src

تشغيل FreeBSD تحت qemu#

تعمل صور الآلات الافتراضية الرسمية تحت محاكاة النظام في qemu (TCG؛ ولا حاجة إلى KVM). وعلى Ubuntu 24.04 الحزم هي qemu-system-arm qemu-system-misc qemu-efi-aarch64 u-boot-qemu opensbi. والصور موجودة في https://download.freebsd.org/releases/VM-IMAGES/14.5-RELEASE/{aarch64,riscv64}/Latest/: FreeBSD-14.5-RELEASE-arm64-aarch64-ufs.qcow2.xz و FreeBSD-14.5-RELEASE-riscv-riscv64-ufs.qcow2.xz. تحقق منها مقابل CHECKSUM.SHA256. ولم يعد الإصدار 14.2 موجودا على المرآة؛ والإصدار 14.5 يشغل الملفات التنفيذية المبنية على ترويسات 14.2. وتحويل الصورة بـ qemu-img convert -c -O qcow2 يخفض حجمها إلى النصف.

# aarch64: برنامج UEFI الثابت، وأجهزة virtio PCI، وSSH على المنفذ 2223 في المضيف
qemu-system-aarch64 -M virt -cpu cortex-a72 -smp 4 -m 2048 -display none \
  -bios /usr/share/qemu-efi-aarch64/QEMU_EFI.fd \
  -drive file=arm64-aarch64.qcow2,if=none,id=hd0,format=qcow2 -device virtio-blk-pci,drive=hd0 \
  -netdev user,id=n0,hostfwd=tcp:127.0.0.1:2223-:22 -device virtio-net-pci,netdev=n0 \
  -serial unix:ser-aarch64.sock,server,nowait -monitor none

# riscv64: يبدأ OpenSBI، ثم U-Boot (في النمط S)، الذي يُقلع محمّل EFI في الصورة؛ وSSH على المنفذ 2224
qemu-system-riscv64 -M virt -smp 4 -m 2048 -display none \
  -bios /usr/lib/riscv64-linux-gnu/opensbi/generic/fw_jump.bin \
  -kernel /usr/lib/u-boot/qemu-riscv64_smode/u-boot.bin \
  -drive file=riscv-riscv64.qcow2,if=none,id=hd0,format=qcow2 -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
  -netdev user,id=n0,hostfwd=tcp:127.0.0.1:2224-:22 -device virtio-net-device,netdev=n0 \
  -serial unix:ser-riscv64.sock,server,nowait -monitor none

تُدخل الصور المستخدم root في وحدة التحكم التسلسلية بلا كلمة مرور. وعبر مقبس وحدة التحكم، ثبّت مفتاحا في /root/.ssh/authorized_keys، وأضف PermitRootLogin prohibit-password إلى /etc/ssh/sshd_config، ثم شغّل sysrc sshd_enable=YES; service sshd keygen; service sshd start (فـsshd معطل في الصور، وتوليد مفاتيح المضيف يستغرق عدة دقائق على riscv64 تحت TCG). انسخ البرنامج بـscp -P 2223 (أو 2224) وشغّله عبر ssh. وتحت TCG على مضيف رباعي النوى، تُقلع الآلة الافتراضية aarch64 في نحو 3 دقائق والآلة riscv64 في نحو 10، وتعمل برامج riscv64 أبطأ بنحو عشر مرات من برامج aarch64.

لا تطبع صورة amd64 إلا على شاشة الفيديو. ومع ذلك يمكن قيادة التشغيل من المضيف دون شبكة: يكتب الأمر sendkey في شاشة مراقبة QEMU على الطرفية (root، ثم سطر أوامر)، ويعرض screendump الشاشة، ويكتب الضيف نتائجه إلى المنفذ التسلسلي (... > /dev/cuau0) الذي يسلمه -serial unix:... إلى المضيف. وتصل البرامج إلى الضيف على صورة ISO (genisoimage -R) تُركب بـmount_cd9660 (بـ-cdrom على amd64، وvirtio-scsi على aarch64، وvirtio-blk-device للقراءة فقط على riscv64، حيث تكون /dev/vtbd1).

الاستضافة الذاتية على Android وFreeBSD#

المترجم المبني لـx86_64-android أو aarch64-android أو x86_64-freebsd أو aarch64-freebsd يعمل هناك، ويترجم البرامج لمنصته افتراضيا، ويترجم نفسه. ابنه من مضيف x86_64 Linux بالخلفية الأصلية (ومصدر الوحدة أدناه يستبعد مزود LLVM كما يفعل ./build.sh للمترجم المبني بلا LLVM):

./build/sultanc --target=x86_64-freebsd \
  --module-source=compiler.backend.provider.llvm.llvm_codegen=compiler/backend/provider/llvm/unavailable.sn \
  compiler/main.sn -o sultanc

وعلى الهدف، شغّله من دليل فيه compiler/ وlibrary/ (أو اضبط SULTANC_STD). ويعرف المترجم أين يعمل من هوية بيئة المضيف في compiler/runtime/host_environment_model.sn، وفي رموز منصاتها Android (6) وFreeBSD (7)؛ ويربطها compiler/backend/target/target_registry.sn بالأهداف المسجلة، فيبني sultanc program.sn بلا --target للمنصة التي يعمل عليها.

يسجل المترجم المسارات المطلقة لمصادره، فلا يتطابق بناءان إلا إذا ترجما من الدليل نفسه.

على هذه الأهداف (وعلى Linux وWindows) تستعمل شيفرة aarch64 العمليات الذرية من ARMv8.0، أي حلقات LDAXR/STLXR، في الخلفية الأصلية وفي خلفية LLVM (انظر التزامن)، فتعمل الملفات التنفيذية على أنوية ARMv8.0 مثل Cortex-A53 وA57 وA72 (Raspberry Pi 3 و4) وعلى ما بعدها: يتحقق مترجم aarch64-linux-gnu من compiler/main.sn ويترجم برنامج التحية تحت qemu-aarch64 -cpu cortex-a57. ولا يستعمل عمليات LSE الذرية من ARMv8.1 (LDADDAL وCASAL وغيرهما) إلا arm64-darwin، إذ تملكها كل أنوية Apple Silicon. ولا يتاح sultanc run على هذه المضيفات: فجسر نواة المضيف في المفسر موجود لـLinux وحده، ويُبلغ التشغيل عن SULTANC-INTERPRETER-UNSUPPORTED-MACHINE-PRIMITIVE. ترجم البرنامج وشغّل ملفه التنفيذي بدلا من ذلك.

القيود#

• تغطي الخلفية الأصلية أهداف أنظمة التشغيل على x86_64 وaarch64 وwasm32؛ وكل هدف آخر يحتاج إلى خلفية LLVM.
• لا يتاح sultanc run على مضيفات Android وFreeBSD.
• ليس لـve-linux-gnu طبقة نظام تشغيل في المكتبة القياسية.
• لا تنتج الأهداف المستقلة وأهداف المسرعات إلا ملفات كائنات أو شيفرة تجميع؛ وتُربط صور Cortex-M بـld.lld خارج المترجم.
• Cortex-M: لا روتينات فاصلة عائمة برمجية (تُرفض العمليات العائمة التي لا تدعمها وحدة الفاصلة العائمة)، ولا اختيار لوحدة الدقة المضاعفة في Cortex-M7، ولا في std إلا التحميل والتخزين الذريان بعرض 32 بت والأسيجة.
• يُبنى x86_64-darwin وaarch64-windows-msvc لكنهما لا يُشغلان.
• لا ينتج wasm64-unknown-unknown إلا ملفات كائنات.
• لا ينجح sultanc check compiler/main.sn إلا للأهداف المستضافة: فالمترجم يستعمل الملفات والعمليات.
• ليس في wasm32-wasi عمليات ولا خيوط ولا أقفال ملفات، ومقابسه مقصورة على المفتوحة مسبقا.

انظر أيضا#

• اعتماديات المنصات: كل واجهة نظام تستوردها المكتبة القياسية، لكل منصة.
• التزامن: دعم الخيوط في كل نظام تشغيل.
• MSIR وتوليد الشيفرة: كيف تتكامل الخلفيات والروابط.
• الإقلاع الذاتي: بناء المترجم مع LLVM أو بدونه.