X-Git-Url: http://matita.cs.unibo.it/gitweb/?a=blobdiff_plain;ds=sidebyside;f=helm%2Fsoftware%2Fmatita%2Flibrary%2Fassembly%2Fassembly.ma;h=c7ecd595b21f5ceef69cc4848118ef1c37541a23;hb=016036e00c941eeeea7a3301d11c363dd888248e;hp=875e6da8d4b0cb4c6ad5ad22245fabaf55a06406;hpb=f1a376f6a60e9b65d8e7a82458ab217de23e5214;p=helm.git diff --git a/helm/software/matita/library/assembly/assembly.ma b/helm/software/matita/library/assembly/assembly.ma index 875e6da8d..c7ecd595b 100644 --- a/helm/software/matita/library/assembly/assembly.ma +++ b/helm/software/matita/library/assembly/assembly.ma @@ -15,193 +15,8 @@ set "baseuri" "cic:/matita/assembly/". include "nat/div_and_mod.ma". -(*include "nat/compare.ma".*) include "list/list.ma". -inductive exadecimal : Type ≝ - x0: exadecimal - | x1: exadecimal - | x2: exadecimal - | x3: exadecimal - | x4: exadecimal - | x5: exadecimal - | x6: exadecimal - | x7: exadecimal - | x8: exadecimal - | x9: exadecimal - | xA: exadecimal - | xB: exadecimal - | xC: 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bool x2 true + | x4 ⇒ couple exadecimal bool x3 true + | x5 ⇒ couple exadecimal bool x4 true + | x6 ⇒ couple exadecimal bool x5 true + | x7 ⇒ couple exadecimal bool x6 true + | x8 ⇒ couple exadecimal bool x7 true + | x9 ⇒ couple exadecimal bool x8 true + | xA ⇒ couple exadecimal bool x9 true + | xB ⇒ couple exadecimal bool xA true + | xC ⇒ couple exadecimal bool xB true + | xD ⇒ couple exadecimal bool xC true + | xE ⇒ couple exadecimal bool xD true + | xF ⇒ couple exadecimal bool xE true ] + ] + ] +. + +definition plusbyte ≝ + λb1,b2,c. + match plusex (bl b1) (bl b2) c with + [ couple l c' ⇒ + match plusex (bh b1) (bh b2) c' with + [ couple h c'' ⇒ couple ? ? (mk_byte h l) c'' ]]. + +alias num (instance 0) = "natural number". +definition nat_of_exadecimal ≝ + λb. + match b with + [ x0 ⇒ 0 + | x1 ⇒ 1 + | x2 ⇒ 2 + | x3 ⇒ 3 + | x4 ⇒ 4 + | x5 ⇒ 5 + | x6 ⇒ 6 + | x7 ⇒ 7 + | x8 ⇒ 8 + | x9 ⇒ 9 + | xA ⇒ 10 + | xB ⇒ 11 + | xC ⇒ 12 + | xD ⇒ 13 + | xE ⇒ 14 + | xF ⇒ 15 + ]. + +coercion cic:/matita/assembly/nat_of_exadecimal.con. + +definition nat_of_byte ≝ λb:byte. 16*(bh b) + (bl b). + +coercion cic:/matita/assembly/nat_of_byte.con. + +let rec exadecimal_of_nat b ≝ + match b with [ O ⇒ x0 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x1 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x2 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x3 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x4 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x5 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x6 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x7 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x8 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ x9 | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ xA | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ xB | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ xC | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ xD | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ xE | S b ⇒ + match b with [ O ⇒ xF | S b ⇒ exadecimal_of_nat b ]]]]]]]]]]]]]]]]. + +definition byte_of_nat ≝ + λn. mk_byte (exadecimal_of_nat (n / 16)) (exadecimal_of_nat n). + +lemma byte_of_nat_nat_of_byte: ∀b. byte_of_nat (nat_of_byte b) = b. + intros; + elim b; + elim e; + elim e1; + reflexivity. +qed. + +axiom nat_of_byte_byte_of_nat: ∀n. n < 256 → nat_of_byte (byte_of_nat n) = n. +(* intros; + unfold byte_of_nat; +*) + +definition nat_of_bool ≝ + λb. match b with [ true ⇒ 1 | false ⇒ 0 ]. + +(* Way too slow. Handles 2^32 goals! +lemma plusbyte_ok: + ∀b1,b2,c. + match plusbyte b1 b2 c with + [ couple r c' ⇒ b1 + b2 + nat_of_bool c = nat_of_byte r + nat_of_bool c' + ]. + intros; + elim c; + elim b1; + elim e; + elim e1; + elim b2; + elim e2; + elim e3; + reflexivity. +qed. +*) (* lemma sign_ok: ∀ n:nat. nat_of_byte (byte_of_nat n) = n \mod 256. @@ -542,7 +1168,7 @@ definition bpred ≝ | false ⇒ mk_byte (bh b) (xpred (bl b)) ]. -(* way too slow! +(* Way too slow and subsumed by previous theorem lemma bpred_pred: ∀b. match eqbyte b (mk_byte x0 x0) with @@ -552,7 +1178,6 @@ lemma bpred_pred: elim b; elim e; elim e1; - whd; reflexivity. qed. *) @@ -581,9 +1206,6 @@ let rec cycles_of_opcode op : nat ≝ | STAd ⇒ 3 ]. -inductive cartesian_product (A,B: Type) : Type ≝ - couple: ∀a:A.∀b:B. cartesian_product A B. - definition opcodemap ≝ [ couple ? ? ADDd (mk_byte xA xB); couple ? ? BEQ (mk_byte x3 x7); @@ -653,58 +1275,60 @@ definition update ≝ [ true ⇒ v | false ⇒ f x ]. +definition mmod16 ≝ λn. nat_of_byte (byte_of_nat n). + definition tick ≝ - λs:status. - (* fetch *) - let opc ≝ opcode_of_byte (mem s (pc s)) in - let op1 ≝ mem s (S (pc s)) in + λs:status. match s with [ mk_status acc pc spc zf cf mem clk ⇒ + let opc ≝ opcode_of_byte (mem pc) in + let op1 ≝ mem (S pc) in let clk' ≝ cycles_of_opcode opc in - match eqb (S (clk s)) clk' with + match eqb (S clk) clk' with [ true ⇒ match opc with [ ADDd ⇒ - let x ≝ nat_of_byte (mem s op1) in - let acc' ≝ x + acc s in (* signed!!! *) - mk_status (byte_of_nat acc') (2 + pc s) (spc s) - (eqb O acc') (cf s) (mem s) 0 + let res ≝ plusbyte acc (mem op1) false in (* verify carrier! *) + let acc' ≝ match res with [ couple acc' _ ⇒ acc' ] in + let c' ≝ match res with [ couple _ c' ⇒ c'] in + mk_status acc' (2 + pc) spc + (eqb O (nat_of_byte acc')) c' mem 0 (* verify carrier! *) | BEQ ⇒ mk_status - (acc s) - (match zf s with - [ true ⇒ 2 + op1 + pc s (* signed!!! *) - | false ⇒ 2 + pc s + acc + (match zf with + [ true ⇒ mmod16 (2 + op1 + pc) (*\mod 256*) (* signed!!! *) + | false ⇒ 2 + pc ]) - (spc s) - (zf s) - (cf s) - (mem s) + spc + zf + cf + mem 0 | BRA ⇒ mk_status - (acc s) (2 + op1 + pc s) (* signed!!! *) - (spc s) - (zf s) - (cf s) - (mem s) + acc (mmod16 (2 + op1 + pc) (*\mod 256*)) (* signed!!! *) + spc + zf + cf + mem 0 | DECd ⇒ - let x ≝ bpred (mem s op1) in (* signed!!! *) - let mem' ≝ update (mem s) op1 x in - mk_status (acc s) (2 + pc s) (spc s) - (eqb O x) (cf s) mem' 0 (* check zb!!! *) + let x ≝ bpred (mem op1) in (* signed!!! *) + let mem' ≝ update mem op1 x in + mk_status acc (2 + pc) spc + (eqb O x) cf mem' 0 (* check zb!!! *) | LDAi ⇒ - mk_status op1 (2 + pc s) (spc s) (eqb O op1) (cf s) (mem s) 0 + mk_status op1 (2 + pc) spc (eqb O op1) cf mem 0 | LDAd ⇒ - let x ≝ mem s op1 in - mk_status x (2 + pc s) (spc s) (eqb O x) (cf s) (mem s) 0 + let x ≝ mem op1 in + mk_status x (2 + pc) spc (eqb O x) cf mem 0 | STAd ⇒ - mk_status (acc s) (2 + pc s) (spc s) (zf s) (cf s) - (update (mem s) op1 (acc s)) 0 + mk_status acc (2 + pc) spc zf cf + (update mem op1 acc) 0 ] | false ⇒ mk_status - (acc s) (pc s) (spc s) (zf s) (cf s) (mem s) (S (clk s)) - ]. + acc pc spc zf cf mem (S clk) + ]]. let rec execute s n on n ≝ match n with @@ -712,8 +1336,15 @@ let rec execute s n on n ≝ | S n' ⇒ execute (tick s) n' ]. -lemma foo: ∀s,n. execute s (S n) = execute (tick s) n. - intros; reflexivity. +lemma breakpoint: + ∀s,n1,n2. execute s (n1 + n2) = execute (execute s n1) n2. + intros; + generalize in match s; clear s; + elim n1; + [ reflexivity + | simplify; + apply H; + ] qed. notation "hvbox(# break a)" @@ -723,22 +1354,19 @@ interpretation "byte_of_opcode" 'byte_of_opcode a = (cic:/matita/assembly/byte_of_opcode.con a). definition mult_source : list byte ≝ - [#LDAi; mk_byte x0 x0; - #STAd; mk_byte x2 x0; (* 18 = locazione $12 *) - #LDAd; mk_byte x1 xF; (* 17 = locazione $11 *) - #BEQ; mk_byte x0 xC; - #LDAd; mk_byte x1 x2; - #DECd; mk_byte x1 xF; - #ADDd; mk_byte x1 xE; (* 16 = locazione $10 *) - #STAd; mk_byte x2 x0; - #LDAd; mk_byte x1 xF; - #BRA; mk_byte xF x2; (* 242 = -14 *) - #LDAd; mk_byte x2 x0]. + [#LDAi; mk_byte x0 x0; (* A := 0 *) + #STAd; mk_byte x2 x0; (* Z := A *) + #LDAd; mk_byte x1 xF; (* (l1) A := Y *) + #BEQ; mk_byte x0 xA; (* if A == 0 then goto l2 *) + #LDAd; mk_byte x2 x0; (* A := Z *) + #DECd; mk_byte x1 xF; (* Y := Y - 1 *) + #ADDd; mk_byte x1 xE; (* A += X *) + #STAd; mk_byte x2 x0; (* Z := A *) + #BRA; mk_byte xF x2; (* goto l1 *) + #LDAd; mk_byte x2 x0].(* (l2) *) -definition mult_status ≝ - λx,y. - mk_status (mk_byte x0 x0) 0 0 false false - (λa:addr. +definition mult_memory ≝ + λx,y.λa:addr. match leb a 29 with [ true ⇒ nth ? mult_source (mk_byte x0 x0) a | false ⇒ @@ -746,45 +1374,241 @@ definition mult_status ≝ [ true ⇒ x | false ⇒ y ] - ]) 0. - -(* -lemma foobar: + ]. + +definition mult_status ≝ + λx,y. + mk_status (mk_byte x0 x0) 0 0 false false (mult_memory x y) 0. + +lemma plusbyte_O_x: + ∀b. plusbyte (mk_byte x0 x0) b false = couple ? ? b false. + intros; + elim b; + elim e; + elim e1; + reflexivity. +qed. + +definition plusbytenc ≝ + λx,y. + match plusbyte x y false with + [couple res _ ⇒ res]. + +lemma plusbytenc_O_x: + ∀x. plusbytenc (mk_byte x0 x0) x = x. + intros; + unfold plusbytenc; + rewrite > plusbyte_O_x; + reflexivity. +qed. + +lemma test_O_O: + let i ≝ 14 in + let s ≝ execute (mult_status (mk_byte x0 x0) (mk_byte x0 x0)) i in + pc s = 20 ∧ mem s 32 = byte_of_nat 0. + normalize; + split; + reflexivity. +qed. + + +lemma test_0_2: + let x ≝ mk_byte x0 x0 in + let y ≝ mk_byte x0 x2 in + let i ≝ 14 + 23 * nat_of_byte y in + let s ≝ execute (mult_status x y) i in + pc s = 20 ∧ mem s 32 = plusbytenc x x. + intros; + split; + reflexivity. +qed. + +lemma test_x_1: ∀x. - (λi. - let s ≝ execute (mult_status x (mk_byte x0 x0)) i in - (* pc s = 22 ∧*) mem s 32 = byte_of_nat 0) 14. + let y ≝ mk_byte x0 x1 in + let i ≝ 14 + 23 * nat_of_byte y in + let s ≝ execute (mult_status x y) i in + pc s = 20 ∧ mem s 32 = x. intros; - letin foo ≝ (execute (mult_status x (mk_byte x0 x0)) 8); - whd in foo; -reduce in foo:(? ? ? ? ? ? ? ?); - whd in foo; - - xxx. - change with - (let s ≝ execute (mult_status x (mk_byte x0 x0)) 14 in - (* pc s = 22 ∧*) eq ? (mem s 32) (byte_of_nat 0)). - xxxxxxxxx - whd in ⊢ ((\lambda i:?.(let s \def ? in ? ? % %)) ?). - - reduce; - (* split; *) - reflexivity; + split; + [ reflexivity + | change in ⊢ (? ? % ?) with (plusbytenc (mk_byte x0 x0) x); + rewrite > plusbytenc_O_x; + reflexivity + ]. qed. -lemma goo1: +lemma test_x_2: ∀x. - let i ≝ 14 in - let s ≝ execute (mult_status x (mk_byte x0 x0)) i in - pc s = 22 ∧ mem s 32 = byte_of_nat 0. + let y ≝ mk_byte x0 x2 in + let i ≝ 14 + 23 * nat_of_byte y in + let s ≝ execute (mult_status x y) i in + pc s = 20 ∧ mem s 32 = plusbytenc x x. intros; split; - [ reduce; - - | + [ reflexivity + | change in ⊢ (? ? % ?) with + (plusbytenc (plusbytenc (mk_byte x0 x0) x) x); + rewrite > plusbytenc_O_x; + reflexivity ]. qed. +axiom byte_elim: + ∀P:byte → Prop. + (P (mk_byte x0 x0)) → + (∀i:nat. i < 255 → P (byte_of_nat i) → P (byte_of_nat (S i))) → + ∀b:byte. P b. +(* Tedious proof, easy to automate but not trivial + intros; + elim b; + elim e; + [ elim e1; + [ assumption + | apply (H1 0); + [ apply lt_O_S + | assumption + ] + | apply (H1 1); + [ alias id "lt_S_S" = "cic:/matita/algebra/finite_groups/lt_S_S.con". + apply lt_S_S; + apply lt_O_S + | apply (H1 0); +*) + +theorem lt_trans: ∀x,y,z. x < y → y < z → x < z. + unfold lt; + intros; + autobatch. +qed. + +axiom daemon: False. + +axiom loop_invariant: + ∀x,y:byte.∀j:nat. j ≤ y → + let s ≝ execute (mult_status x y) (5 + 23*j) in + pc s = 4 ∧ + mem s 30 = x ∧ + mem s 31 = byte_of_nat (y - j) ∧ + mem s 32 = byte_of_nat (x * j). +(* + intros 2; + apply (byte_elim ? ? ? y); + [ intros; + simplify in H; + cut (j=O); + [ unfold s; clear s; + rewrite > Hcut; + reflexivity + | (* easy *) elim daemon + ] + | intros; + unfold s; + cut (j < S i ∨ j = S i); + [ elim Hcut; + [ rewrite > nat_of_byte_byte_of_nat in H1; + [2: apply (lt_trans ? 255); + [ assumption + | unfold lt; + (* ???????? *) + ] + | generalize in match (H1 j); clear H1; + intros; + unfold lt in H3; + cut (j ≤ i); + [ generalize in match (H4 Hcut1); clear H4; clear Hcut1; intro; + apply H1 + | letin xxx ≝ H3; + inversion xxx; + [ intro; + rewrite > (injective_S ? ? H1); + autobatch + | intros; + (* facile *) elim daemon + ] + ] + ] + | + ] + | (* easy *) + ] + ]. +qed. +*) + +axiom loop_invariant': + ∀x,y:byte.∀j:nat. j ≤ y → + let s ≝ execute (mult_status x y) (5 + 23*j) in + s = + mk_status (byte_of_nat (x * j)) 4 0 true false + (update (update (update (mult_memory x y) 30 x) 31 (byte_of_nat (y - j))) 32 + (byte_of_nat (x * j))) + 0. + +theorem test_x_y: + ∀x,y. + let i ≝ 14 + 23 * nat_of_byte y in + let s ≝ execute (mult_status x y) i in + pc s = 20 ∧ mem s 32 = byte_of_nat (nat_of_byte x * nat_of_byte y). + intros; + generalize in match (loop_invariant' x y y (le_n y)); intro; + generalize in match (breakpoint (mult_status x y) (5 + 23*y) 9); intro; + cut (5 + 23*y +9 = 14 + 23* y); + [2: autobatch paramodulation + | rewrite > Hcut in H1; + change in H1:(? ? % ?) with s; + letin s0 ≝ (execute (mult_status x y) (S (S (S (S (S O))))+S 22*y)); + generalize in match H; intro K; clear H; + change in K with + (s0 = + mk_status (byte_of_nat (x*y)) 4 0 true false + (update + (update + (update (mult_memory x y) 30 x) + 31 (byte_of_nat (y-y))) + 32 (byte_of_nat (x*y))) O); + clear Hcut; + generalize in match H1; intro K1; clear H1; + change in K1 with (s = execute s0 9); + rewrite > K in K1; + clear K; clear s0; clearbody s; clear i; + rewrite < minus_n_n in K1; + split; + rewrite > K1; + reflexivity + ] +qed. + +(* + letin w ≝ 22; + letin opc ≝ (let s ≝ execute (mult_status x y) w in opcode_of_byte (mem s (pc s))); whd in opc; + letin acc' ≝ (acc (execute (mult_status x y) w)); + normalize in acc'; + change in acc' with x; + letin z ≝ (let s ≝ (execute (mult_status x y) w) in mem s 32); whd in z; + letin x ≝ (let s ≝ (execute (mult_status x y) w) in mem s 30); whd in x; + (*letin xxx ≝ (byte_of_nat (x+y)); normalize in xxx;*) + split; + [ normalize; reflexivity + | change with (byte_of_nat x = x); + normalize; + split; + [ reflexivity + | change with (byte_of_nat (x + 0)); + letin www ≝ (nat_of_byte (byte_of_nat 260)); whd in www; + letin xxx ≝ (260 \mod 256); reduce in xxx; + letin xxx ≝ ((18 + 242) \mod 256); + whd in xxx; + letin pc' ≝ (pc s); + normalize in pc'; + letin opcode ≝ (let s ≝ s in opcode_of_byte (mem s (pc s))); + normalize in opcode; + csc. + split; + reduce in s; + reflexivity. +qed. + lemma goo1: ∀x,y. let i ≝ 14 + 23 * nat_of_byte y in @@ -858,4 +1682,4 @@ lemma goo: True. exact I. qed. -*) \ No newline at end of file +*)