typo, missing semicolon
[dcpu16] / dcpu16.c
index 75c6cf0df39c3d0d33ce0bd06cf6bad984dd17b2..e8e24d137c8f8a25b8bb62f810a6c9b9dd725ad1 100644 (file)
--- a/dcpu16.c
+++ b/dcpu16.c
@@ -11,6 +11,7 @@
 
 /*
  *  emulates the DCPU16 system from http://0x10c.com/doc/dcpu-16.txt
+ *  currently emulates '1.7' spec from http://pastebin.com/Q4JvQvnM
  *  
  *  I couldn't remember ever implementing an emulator before, so this
  *  happened.  As such, consider this a toy in progress.
  *  
  *  Justin Wind <justin.wind@gmail.com>
  *    2012 04 05 - implementation started
- *    2012 04 06 - first functionality achieved
- *    2012 04 09 - minor cleanups
- *    2012 04 10 - moved cli to separate module
- *    2012 04 12 - added basic callback support for address accesses
  *    2012 05 05 - start of v1.7 revisions
  *    2012 05 08 - v1.7 revisions mostly complete
  *
@@ -30,7 +27,6 @@
  *    !! v1.7 hardware interface needs to be finished
  *    !! v1.7 interrupts need to be finished
  *    change api to print into buffers rather than stdio
- *    refactor opcode functiontables into switch statements
  *    let callbacks determine whether to override events, or just observe
  *    sort init callbacks by base addr, to call in-order
  *    make all callbacks register addr range of interest
@@ -42,7 +38,23 @@ static const char * const src_id_ = "$Id$";
 #define OPCODE_OPERAND_B_BITS 5
 #define OPCODE_OPERAND_A_BITS 6
 
-static const char * const regnames_ = "ABCXYZIJ";
+const char * const dcpu16_reg_names[] = {
+    "A",
+    "B",
+    "C",
+    "X",
+    "Y",
+    "Z",
+    "I",
+    "J",
+    "PC",
+    "SP",
+    "EX",
+    "IA",
+    NULL
+};
+
+static void printf_null_(char *fmt, ...) { (void)fmt; }
 
 /* some default warning and debug reporting functions, which can be overridden by clients */
 #define WARN(...) do { if (warn_cb_) warn_cb_(__VA_ARGS__); } while (0)
@@ -60,7 +72,10 @@ void warn_(char *fmt, ...) {
 }
 static void (*warn_cb_)(char *fmt, ...) = warn_;
 void dcpu16_warn_cb_set(void (*fn)(char *fmt, ...)) {
-    warn_cb_ = fn;
+    if (fn)
+        warn_cb_ = fn;
+    else
+        warn_cb_ = printf_null_;
 }
 
 #ifdef DEBUG
@@ -88,7 +103,10 @@ static void (*trace_cb_)(char *fmt, ...) =
 #endif
     ;
 void dcpu16_trace_cb_set(void (*fn)(char *fmt, ...)) {
-    trace_cb_ = fn;
+    if (fn)
+        trace_cb_ = fn;
+    else
+        trace_cb_ = printf_null_;
 }
 
 
@@ -102,25 +120,21 @@ void acct_event_(struct dcpu16 *vm, dcpu16_acct_event ev, DCPU16_WORD addr) {
 
     for (i = 0; i < vm->cb_table_entries_; i++) {
         if ( (cb[i].mask & ev) )
-            cb[i].fn(vm, ev, addr, cb[i].data);
+            if (addr >= cb[i].addr_l && addr <= cb[i].addr_h)
+                cb[i].fn(vm, ev, addr, cb[i].data);
     }
 }
 
-/* convert register name to index into register array */
-static inline
-off_t reg_index_(int reg) {
-    return strchr(regnames_, reg) - regnames_;
-}
 
 /* add an entry to the interrupt queue */
 static
-int interrupt_enqueue_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD message) {
-    d->interrupts_[d->interrupts_tail_] = message;
-    d->interrupts_tail_ += 1;
-    d->interrupts_tail_ %= DCPU16_INTERRUPT_QUEUE_SIZE;
+int interrupt_enqueue_(struct dcpu16 *vm, DCPU16_WORD message) {
+    vm->interrupts_[vm->interrupts_tail_] = message;
+    vm->interrupts_tail_ += 1;
+    vm->interrupts_tail_ %= DCPU16_INTERRUPT_QUEUE_SIZE;
 
-    if (d->interrupts_tail_ == d->interrupts_head_) {
-        d->on_fire_ = 1;
+    if (vm->interrupts_tail_ == vm->interrupts_head_) {
+        vm->on_fire_ = 1;
         WARN("interrupt queue overflow (system is now on fire)");
         return -1;
     }
@@ -129,21 +143,42 @@ int interrupt_enqueue_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD message) {
 }
 
 static
-DCPU16_WORD interrupt_dequeue_(struct dcpu16 *d) {
+DCPU16_WORD interrupt_dequeue_(struct dcpu16 *vm) {
     DCPU16_WORD message;
 
-    if (d->interrupts_tail_ == d->interrupts_head_) {
+    if (vm->interrupts_tail_ == vm->interrupts_head_) {
         WARN("interrupt underflow");
         return 0;
     }
 
-    message = d->interrupts_[d->interrupts_head_];
-    d->interrupts_head_ += 1;
-    d->interrupts_head_ %= DCPU16_INTERRUPT_QUEUE_SIZE;
+    message = vm->interrupts_[vm->interrupts_head_];
+    vm->interrupts_head_ += 1;
+    vm->interrupts_head_ %= DCPU16_INTERRUPT_QUEUE_SIZE;
 
     return message;
 }
 
+inline
+void dcpu16_cycle_inc(struct dcpu16 *vm, unsigned int n) {
+    size_t i;
+
+    while (n--) {
+        /* new cycle */
+        vm->cycle_ += 1;
+        TRACE("%s>> starting cycle %llu", vm->cycle_);
+
+        /* signal interested cycle hooks */
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_CYCLE, vm->reg[DCPU16_REG_PC]);
+
+        /* signal attached hardware */
+        for (i = 0; i < vm->hw_table_entries_; i++) {
+            TRACE("%s>> notifying %s", __func__, vm->hw_table_[i].mod->name_);
+            if (vm->hw_table_[i].mod->cycle)
+                vm->hw_table_[i].mod->cycle(vm, &vm->hw_table_[i]);
+        }
+    }
+}
+
 /*  value_decode_
  * sets *v to be the address of the represented value
  * value_is_a is 0 for b, 1 for a, alters behavior of some operands
@@ -152,70 +187,85 @@ DCPU16_WORD interrupt_dequeue_(struct dcpu16 *d) {
  * e_addr is set to a referenced address, for accounting callback
  * pc_adjust is set to how to change the program counter
  * stack_adjust is set to how to change the stack pointer
- * cycles is set to number of cycles spent looking up operand
+ * cycle_adjust is set to number of cycles spent looking up operand
  *
  * zero all adjustables before decoding first operand, and pass in these values when
  * decoding next operand..
  *
  */
+#define EWHAT_NONE  (0)
+#define EWHAT_REG   (1<<1)
+#define EWHAT_RAM   (1<<2)
 static inline
-void value_decode_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a, DCPU16_WORD value_data,
-                  DCPU16_WORD *work_v, DCPU16_WORD **v, DCPU16_WORD *e_addr,
+void value_decode_(struct dcpu16 *vm, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a, DCPU16_WORD value_data,
+                  DCPU16_WORD *work_v, DCPU16_WORD **v, DCPU16_WORD *e_addr, enum dcpu16_register_indexes *e_reg, unsigned int *e_what,
                   short *pc_adjust, short *sp_adjust, unsigned int *cycle_adjust) {
     assert(value <= 0x3f);
 
-    DCPU16_WORD pc = (DCPU16_WORD)(d->pc + *pc_adjust),
-                sp = (DCPU16_WORD)(d->sp + *sp_adjust);
+    DCPU16_WORD pc = (DCPU16_WORD)(vm->reg[DCPU16_REG_PC] + *pc_adjust),
+                sp = (DCPU16_WORD)(vm->reg[DCPU16_REG_SP] + *sp_adjust);
 
-    TRACE("%s: pc:0x%04x sp:0x%04x value_data:0x%04x\n", 
+    (void)pc;
+    TRACE("%s>> is_a:%u pc:0x%04x sp:0x%04x value_data:0x%04x\n", 
           __func__,
+          value_is_a,
           pc,
           sp,
           value_data);
 
     if (value <= 0x07) { /* register */
-        *v = d->reg + value;
-        TRACE("%s>>     %c (0x%04x)",
+        *e_what = EWHAT_REG;
+        *e_reg = value & 0x07;
+        *v = vm->reg + *e_reg;
+        TRACE("%s>>     %s (0x%04x)",
               __func__,
-              regnames_[value],
+              dcpu16_reg_names[value],
               **v);
         return;
     }
 
     if (value <= 0x0f) { /* [register] */
-        *v = &(d->ram[ d->reg[value & 0x07] ]);
-        *e_addr = d->reg[value & 0x07];
-        TRACE("%s>>     [%c] [0x%04x] (0x%04x)",
+        *e_what = EWHAT_RAM;
+        *e_addr = vm->reg[value & 0x07];
+        *v = &(vm->ram[ *e_addr ]);
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_READ, value & 0x07);
+        TRACE("%s>>     [%s] [0x%04x] (0x%04x)",
               __func__,
-              regnames_[value & 0x07],
-              d->reg[value & 0x07],
+              dcpu16_reg_names[value & 0x07],
+              vm->reg[value & 0x07],
               **v);
         return;
     }
 
     if (value <= 0x17) { /* [next word + register] */
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_WRITE, DCPU16_REG_PC);
         *pc_adjust += 1; /* consume next word */
         *cycle_adjust += 1;
-        *e_addr = value_data + d->reg[value & 0x07];
-        *v = d->ram + *e_addr;
-        TRACE("%s>>     [nextword + %c] [0x%04x + 0x%04x] (0x%04x)",
+        *e_what = EWHAT_RAM;
+        *e_addr = value_data + vm->reg[value & 0x07];
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_READ, value & 0x07);
+        *v = vm->ram + *e_addr;
+        TRACE("%s>>     [nextword + %s] [0x%04x + 0x%04x] (0x%04x)",
               __func__,
-              regnames_[value & 0x07],
+              dcpu16_reg_names[value & 0x07],
               value_data,
-              d->reg[value & 0x07],
+              vm->reg[value & 0x07],
               **v);
         return;
     }
 
     switch (value) {
         case 0x18: /* PUSH/[--SP] or POP/[SP++] */
+        *e_what = EWHAT_RAM;
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_READ, DCPU16_REG_SP);
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_WRITE, DCPU16_REG_SP);
         if (value_is_a == 0) { /* b */
-            *v = &(d->ram[sp - 1]);
+            *v = &(vm->ram[sp - 1]);
             *sp_adjust -= 1;
             *e_addr = sp - 1;
             TRACE("%s>>     PUSH [0x%04x] (0x%04x)", __func__, sp - 1, **v);
         } else { /* a */
-            *v = &(d->ram[sp]);
+            *v = &(vm->ram[sp]);
             *sp_adjust += 1;
             *e_addr = sp;
             TRACE("%s>>     POP [0x%04x] (0x%04x)", __func__, sp, **v);
@@ -223,7 +273,9 @@ void value_decode_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a,
         break;
 
         case 0x19: /* PEEK/[SP] */
-        *v = &(d->ram[sp]);
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_READ, DCPU16_REG_SP);
+        *e_what = EWHAT_RAM;
+        *v = &(vm->ram[sp]);
         *e_addr = sp;
         TRACE("%s>>     PEEK [0x%04x] (0x%04x)",
               __func__,
@@ -232,10 +284,12 @@ void value_decode_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a,
         break;
 
         case 0x1a: /* PICK n */
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_READ, DCPU16_REG_SP);
+        *e_what = EWHAT_RAM;
         *pc_adjust += 1;
         *cycle_adjust += 1;
         *e_addr = sp + value_data;
-        *v = d->ram + *e_addr;
+        *v = vm->ram + *e_addr;
         TRACE("%s>>     PICK 0x%04x [0x%04x] (0x%04x)",
               __func__,
               value_data,
@@ -244,34 +298,42 @@ void value_decode_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a,
         break;
 
         case 0x1b: /* SP */
-        *v = &(d->sp);
+        *e_reg = DCPU16_REG_SP;
+        *e_what = EWHAT_REG;
+        *v = &(vm->reg[DCPU16_REG_SP]);
         TRACE("%s>>     %s (0x%04x)",
               __func__,
-              "SP",
+              dcpu16_reg_names[DCPU16_REG_SP],
               **v);
         break;
 
         case 0x1c: /* PC */
-        *v = &(d->pc);
+        *e_reg = DCPU16_REG_PC;
+        *e_what = EWHAT_REG;
+        *v = &(vm->reg[DCPU16_REG_PC]);
         TRACE("%s>>     %s (0x%04x)",
               __func__,
-              "PC",
+              dcpu16_reg_names[DCPU16_REG_PC],
               **v);
         break;
 
         case 0x1d: /* EX */
-        *v = &(d->ex);
+        *e_reg = DCPU16_REG_EX;
+        *e_what = EWHAT_REG;
+        *v = &(vm->reg[DCPU16_REG_EX]);
         TRACE("%s>>     %s (0x%04x)",
               __func__,
-              "EX",
+              dcpu16_reg_names[DCPU16_REG_EX],
               **v);
         break;
 
         case 0x1e: /* [next word] / [[pc++]] */
+        *e_what = EWHAT_RAM;
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_WRITE, DCPU16_REG_PC);
         *pc_adjust += 1;
         *cycle_adjust += 1;
         *e_addr = value_data;
-        *v = d->ram + *e_addr;
+        *v = vm->ram + *e_addr;
         TRACE("%s>>     [nextword] [0x%04x] (0x%04x)",
               __func__,
               value_data,
@@ -279,6 +341,8 @@ void value_decode_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a,
         break;
 
         case 0x1f: /* next word (literal) / [pc++] */
+        *e_what = EWHAT_NONE;
+        acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_WRITE, DCPU16_REG_PC);
         *pc_adjust += 1;
         *cycle_adjust += 1;
         *work_v = value_data;
@@ -289,6 +353,7 @@ void value_decode_(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD value, unsigned int value_is_a,
         break;
 
         default: /* 0x20-0x3f: literal values 0xffff-0x1e */
+        *e_what = EWHAT_NONE;
         *work_v = (value & 0x1f) - 1;
         *v = work_v;
         TRACE("%s>>     literal (0x%04x)",
@@ -310,23 +375,25 @@ struct opcode_entry {
 /* opcode doesn't adjust its own PC, the step function which invoked it handles that */
 /* opcode does adjust stack and cycle count */
 
-#define OP_IMPL(x) static void op_##x(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD val_b, DCPU16_WORD val_b_data, DCPU16_WORD val_a, DCPU16_WORD val_a_data)
+#define OP_IMPL(x) static void op_##x(struct dcpu16 *vm, DCPU16_WORD val_b, DCPU16_WORD val_b_data, DCPU16_WORD val_a, DCPU16_WORD val_a_data)
 
 #define OP_TYPE(op_type) DCPU16_WORD *a, *b;\
     DCPU16_WORD ev_a_addr = 0, ev_b_addr = 0;\
+    enum dcpu16_register_indexes ev_a_reg = DCPU16_REG__NUM, ev_b_reg = DCPU16_REG__NUM;\
+    unsigned int ev_a_what = 0, ev_b_what = 0;\
     short pc_adjust = 0, sp_adjust = 0;\
     unsigned int cycle_adjust = 0;\
     do {\
         op_type;\
-        value_decode_(d, val_a, 1, val_a_data,\
-                      &d->reg_work_[1], &a, &ev_a_addr,\
+        value_decode_(vm, val_a, 1, val_a_data,\
+                      &vm->reg_work_[1], &a, &ev_a_addr, &ev_a_reg, &ev_a_what,\
                       &pc_adjust, &sp_adjust, &cycle_adjust);\
-        d->sp += sp_adjust;\
-        d->cycle += cycle_adjust;\
+        vm->reg[DCPU16_REG_SP] += sp_adjust;\
+        dcpu16_cycle_inc(vm, cycle_adjust);\
     } while (0)
-#define OP_NBI_ (void)val_b, (void)b, (void)ev_b_addr, (void)val_b_data
-#define OP_BASIC_ value_decode_(d, val_b, 0, val_b_data,\
-                                &d->reg_work_[0], &b, &ev_b_addr,\
+#define OP_NBI_ (void)val_b, (void)b, (void)ev_b_addr, (void)val_b_data, (void)ev_b_reg, (void)ev_b_what
+#define OP_BASIC_ value_decode_(vm, val_b, 0, val_b_data,\
+                                &vm->reg_work_[0], &b, &ev_b_addr, &ev_b_reg, &ev_b_what,\
                                 &pc_adjust, &sp_adjust, &cycle_adjust)
 #define OP_BASIC(x) OP_TYPE(OP_BASIC_)
 #define OP_NBI(x) OP_TYPE(OP_NBI_)
@@ -337,9 +404,20 @@ struct opcode_entry {
     accounting helpers, these fire off the related callbacks for memory reads,
     memory writes, and execution of reserved instructions
  */
-#define ACCT_R(addr) do { acct_event_(d, DCPU16_ACCT_EV_READ, addr); } while (0)
-#define ACCT_W(addr) do { acct_event_(d, DCPU16_ACCT_EV_WRITE, addr); } while (0)
-#define ACCT_ILL(addr) do { acct_event_(d, DCPU16_ACCT_EV_NOP, addr); } while (0)
+#define ACCT_ILL(addr) do { acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_NOP, addr); } while (0)
+#define ACCT_RAM_R(addr) do { acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_READ, addr); } while (0)
+#define ACCT_RAM_W(addr) do { acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_WRITE, addr); } while (0)
+#define ACCT_REG_R(reg) do { acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_READ, reg); } while (0)
+#define ACCT_REG_W(reg) do { acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_REG_WRITE, reg); } while (0)
+
+#define ACCT_R(__x__) do {\
+    if (ev_##__x__##_what & EWHAT_REG) ACCT_REG_R(ev_##__x__##_reg);\
+    if (ev_##__x__##_what & EWHAT_RAM) ACCT_RAM_R(ev_##__x__##_addr);\
+} while (0)
+#define ACCT_W(__x__) do {\
+    if (ev_##__x__##_what & EWHAT_REG) ACCT_REG_W(ev_##__x__##_reg);\
+    if (ev_##__x__##_what & EWHAT_RAM) ACCT_RAM_W(ev_##__x__##_addr);\
+} while (0)
 
 /* extended opcodes */
 
@@ -355,24 +433,32 @@ OP_IMPL(nbi__reserved_) {
     /* reserved for future expansion */
 
     /* fire an illegal instruction event for current instruction */
-    DCPU16_WORD future_opcode = (d->ram[d->pc - pc_adjust] >> (OPCODE_BASIC_BITS + OPCODE_OPERAND_B_BITS));
+    DCPU16_WORD future_opcode = (vm->ram[vm->reg[DCPU16_REG_PC] - pc_adjust] >> (OPCODE_BASIC_BITS + OPCODE_OPERAND_B_BITS));
+
     WARN("reserved future opcode 0x%04x invoked", future_opcode);
 
-    ACCT_ILL(d->pc - pc_adjust);
+    ACCT_ILL(vm->reg[DCPU16_REG_PC] - pc_adjust);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_jsr) {
     OP_NBI(nbi_jsr);
     /* pushes the address of the next instruction to the stack, then sets PC to a */
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(a);
 
-    d->ram[ --d->sp ] = d->pc;
-    d->pc = *a;
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_PC);
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_SP);
+    vm->ram[ --vm->reg[DCPU16_REG_SP] ] = vm->reg[DCPU16_REG_PC];
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_SP);
+    ACCT_RAM_W(vm->reg[DCPU16_REG_SP] + 1);
 
-    d->cycle += 2;
+    vm->reg[DCPU16_REG_PC] = *a;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_PC);
 
-    ACCT_W(d->sp + 1);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(nbi__reserved2_) {
@@ -381,127 +467,176 @@ OP_IMPL(nbi__reserved2_) {
 
     WARN("reserved nbi opcode invoked");
 
-    ACCT_ILL(d->pc - pc_adjust);
+    ACCT_ILL(vm->reg[DCPU16_REG_PC] - pc_adjust);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_int) {
     OP_NBI(nbi_int);
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(a);
 
-    if (d->ia) {
-        if ( interrupt_enqueue_(d, *a) ) {
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_IA);
+    if (vm->reg[DCPU16_REG_IA]) {
+        if ( interrupt_enqueue_(vm, *a) ) {
             WARN("failed to queue interrupt");
             return;
         }
 
-        if (d->interrupts_deferred_)
+        if (vm->interrupts_deferred_)
             return;
 
-        d->interrupts_deferred_ = 1;
-        d->ram[--d->sp] = d->pc;
-        d->ram[--d->sp] = d->reg[reg_index_('A')];
-        d->pc = d->ia;
-        d->reg[0] = *a;
+        vm->interrupts_deferred_ = 1;
+
+        ACCT_REG_R(DCPU16_REG_PC);
+        ACCT_REG_R(DCPU16_REG_SP);
+        vm->ram[--vm->reg[DCPU16_REG_SP]] = vm->reg[DCPU16_REG_PC];
+        ACCT_RAM_W(vm->reg[DCPU16_REG_SP] + 1);
+        ACCT_REG_W(DCPU16_REG_SP);
+
+        ACCT_REG_R(DCPU16_REG_A);
+        ACCT_REG_R(DCPU16_REG_SP);
+        vm->ram[--vm->reg[DCPU16_REG_SP]] = vm->reg[DCPU16_REG_A];
+        ACCT_RAM_W(vm->reg[DCPU16_REG_SP] + 1);
+        ACCT_REG_W(DCPU16_REG_SP);
+
+        ACCT_REG_R(DCPU16_REG_IA);
+        vm->reg[DCPU16_REG_PC] = vm->reg[DCPU16_REG_IA];
+        ACCT_REG_W(DCPU16_REG_PC);
+
+        vm->reg[DCPU16_REG_A] = *a;
+        ACCT_REG_W(DCPU16_REG_A);
     }
 
-    d->cycle += 4;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 4);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_iag) {
     OP_NBI(nbi_iag);
 
-    *a = d->ia;
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_IA);
+    *a = vm->reg[DCPU16_REG_IA];
+
+    ACCT_W(a);
 
-    ACCT_W(ev_a_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_ias) {
     OP_NBI(nbi_ias);
 
-    d->ia = *a;
+    ACCT_R(a);
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    vm->reg[DCPU16_REG_IA] = *a;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_IA);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 /* does this just ignore its operand? */
 OP_IMPL(nbi_rfi) {
     OP_NBI(nbi_rfi);
 
-    d->interrupts_deferred_ = 0;
-    d->reg[reg_index_('A')] = d->ram[d->sp++];
-    d->pc = d->ram[d->sp++];
+    /* well, it consumes the argument, currently, so I guess pretend like we care */
+    ACCT_R(a);
+
+    vm->interrupts_deferred_ = 0;
+
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_SP);
+    ACCT_RAM_R(vm->reg[DCPU16_REG_SP]);
+    vm->reg[DCPU16_REG_A] = vm->ram[vm->reg[DCPU16_REG_SP]++];
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_A);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_SP);
+
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_SP);
+    ACCT_RAM_R(vm->reg[DCPU16_REG_SP]);
+    vm->reg[DCPU16_REG_PC] = vm->ram[vm->reg[DCPU16_REG_SP]++];
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_PC);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_SP);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_iaq) {
     OP_NBI(nbi_iaq);
 
+    ACCT_R(a);
+
     if (*a) {
-        d->interrupts_deferred_ = 1;
+        vm->interrupts_deferred_ = 1;
     } else {
-        d->interrupts_deferred_ = 0;
+        vm->interrupts_deferred_ = 0;
     }
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_hwn) {
     OP_NBI(nbi_hwn);
 
-    ACCT_W(ev_a_addr);
-
-    *a = d->hw_table_entries_;
+    *a = vm->hw_table_entries_;
+    ACCT_W(a);
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_hwq) {
     OP_NBI(nbi_hwq);
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(a);
 
-    if (*a >= d->hw_table_entries_) {
+    if (*a >= vm->hw_table_entries_) {
         WARN("hardware query for non-extant device 0x%04x", *a);
-        d->reg[reg_index_('A')] = 0;
-        d->reg[reg_index_('B')] = 0;
-        d->reg[reg_index_('C')] = 0;
-        d->reg[reg_index_('X')] = 0;
-        d->reg[reg_index_('Y')] = 0;
-        return;
+        vm->reg[DCPU16_REG_A] = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_B] = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_C] = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_X] = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_Y] = 0;
+    } else {
+        vm->reg[DCPU16_REG_A] = vm->hw_table_[*a].mod->id_l;
+        vm->reg[DCPU16_REG_B] = vm->hw_table_[*a].mod->id_h;
+        vm->reg[DCPU16_REG_C] = vm->hw_table_[*a].mod->ver;
+        vm->reg[DCPU16_REG_X] = vm->hw_table_[*a].mod->mfg_l;
+        vm->reg[DCPU16_REG_Y] = vm->hw_table_[*a].mod->mfg_h;
     }
 
-    d->reg[reg_index_('A')] = d->hw_table_[*a].id_l;
-    d->reg[reg_index_('B')] = d->hw_table_[*a].id_h;
-    d->reg[reg_index_('C')] = d->hw_table_[*a].ver;
-    d->reg[reg_index_('X')] = d->hw_table_[*a].mfg_l;
-    d->reg[reg_index_('Y')] = d->hw_table_[*a].mfg_h;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_A);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_B);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_C);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_X);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_Y);
 
-    d->cycle += 4;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 4);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_hwi) {
     OP_NBI(nbi_hwi);
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(a);
 
-    if (*a > d->hw_table_entries_) {
+    if (*a > vm->hw_table_entries_) {
         WARN("interrupt for non-extant device 0x%04x", *a);
         return;
     }
 
-    d->cycle += 4;
-    d->hw_table_[*a].int_fn(d, d->hw_table_[*a].data);
+    if (vm->hw_table_[*a].mod->hwi)
+        vm->hw_table_[*a].mod->hwi(vm, &vm->hw_table_[*a]);
+    else
+        WARN("hardware 0x%04x has no interrupt handler", *a);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 4);
 }
 
 OP_IMPL(nbi_hcf) {
     OP_NBI(nbi_hcf);
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(a);
 
-    d->on_fire_ = 1;
+    vm->on_fire_ = 1;
     WARN("system on fire");
 
-    d->cycle += 9;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 9);
 }
 
 static const struct opcode_entry opcode_nbi_entries[] = {
@@ -533,7 +668,7 @@ static const struct opcode_entry opcode_nbi_entries[] = {
 /* basic opcodes */
 
 /*
-    N.B. the following function does not decode values, (thus does not advance sp)
+    N.B. the following function does not decode values.
     Decoding is handled by the secondary opcode functions it calls.
 */
 OP_IMPL(_nbi_) {
@@ -551,14 +686,14 @@ OP_IMPL(_nbi_) {
     assert(e->impl != NULL);
 
     TRACE(">> %s 0x%04x", e->name, val_b);
-    e->impl(d, 0, 0, val_a, val_a_data);
+    e->impl(vm, 0, 0, val_a, val_a_data);
 }
 
 OP_IMPL(set) {
     OP_BASIC(set);
     /* sets b to a */
 
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(a);
 
     /*
         if b is a literal, it's aimed at a scratch register,
@@ -566,9 +701,9 @@ OP_IMPL(set) {
      */
     *b = *a;
 
-    d->cycle += 1;
-
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_W(b);
+    
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 OP_IMPL(add) {
@@ -576,15 +711,17 @@ OP_IMPL(add) {
     /* sets b to b+a, sets EX to 0x0001 if there's an overflow, 0x0 otherwise */
     unsigned int acc = *b + *a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc;
-    d->ex = (acc > 0xffff);
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = (acc > 0xffff);
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_W(b);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(sub) {
@@ -592,15 +729,17 @@ OP_IMPL(sub) {
     /* sets b to b-a, sets EX to 0xffff if there's an underflow, 0x0 otherwise */
     unsigned int acc = *b - *a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc;
-    d->ex = (acc > 0xffff);
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = (acc > 0xffff);
+
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(mul) {
@@ -608,15 +747,17 @@ OP_IMPL(mul) {
     /* sets b to b*a, unsigned, sets EX to ((b*a)>>16)&0xffff */
     unsigned int acc = *b * *a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc;
-    d->ex = acc >> 16;
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = acc >> 16;
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_W(b);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(mli) {
@@ -624,63 +765,68 @@ OP_IMPL(mli) {
     /* sets b to b*a, signed */
     int acc = (short)*b * (short)*a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc;
-    d->ex = acc >> 16;
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = acc >> 16;
+
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(div) {
     OP_BASIC(div);
     /* sets b to b/a, sets EX to ((b<<16)/a)&0xffff. if a==0, sets a and EX to 0 instead. */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*a == 0) {
         *b = 0;
-        d->ex = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = 0;
     } else {
         *b = *b / *a;
-        d->ex = (*b << 16) / *a;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = (*b << 16) / *a;
     }
 
-    d->cycle += 3;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
+
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(dvi) {
     OP_BASIC(dvi);
     /* sets b to b/a, signed, round towards 0 */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*a == 0) {
         *b = 0;
-        d->ex = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = 0;
     } else {
         *b = (short)*b / (short)*a;
-        d->ex = (short)(*b << 16) / (short)*a;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = (short)(*b << 16) / (short)*a;
     }
 
-    d->cycle += 3;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(mod) {
     OP_BASIC(mod);
     /* sets b to b%a. if a==0, sets b to 0 instead. */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*a == 0) {
         *b = 0;
@@ -688,17 +834,17 @@ OP_IMPL(mod) {
         *b = *b % *a;
     }
 
-    d->cycle += 3;
+    ACCT_W(a);
 
-    ACCT_W(ev_a_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(mdi) {
     OP_BASIC(mdi);
     /* sets b to b%a, signed */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*a == 0) {
         *b = 0;
@@ -706,51 +852,51 @@ OP_IMPL(mdi) {
         *b = (short)*b % (short)*a;
     }
 
-    d->cycle += 3;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(and) {
     OP_BASIC(and);
     /* sets b to b&a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = *b & *a;
 
-    d->cycle += 1;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 OP_IMPL(bor) {
     OP_BASIC(bor);
     /* sets b to b|a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = *b | *a;
 
-    d->cycle += 1;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 }
 
 OP_IMPL(xor) {
     OP_BASIC(xor);
     /* sets b to b^a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = *b ^ *a;
 
-    d->cycle += 1;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_W(b);
 }
 
 OP_IMPL(shr) {
@@ -758,17 +904,18 @@ OP_IMPL(shr) {
     /* sets b to b>>>a, sets EX to ((b<<16)>>a)&0xffff */
     unsigned int acc = *b >> *a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc & 0xffff;
-    d->ex = (*b << 16) >> *a;
-
-    d->cycle += 2;
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = (*b << 16) >> *a;
 
     WARN("IMPLEMENT");
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
+    ACCT_W(b);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(asr) {
@@ -776,17 +923,18 @@ OP_IMPL(asr) {
     /* sets b to b>>a, sets EX to ((b<<16)>>>a)&0xffff (arithmetic shift) (treats b as signed) */
     unsigned int acc = *b << *a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc & 0xffff;
-    d->ex = (*b << 16) >> *a;
-
-    d->cycle += 2;
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = (*b << 16) >> *a;
 
     WARN("IMPLEMENT");
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
+    ACCT_W(b);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(shl) {
@@ -794,152 +942,153 @@ OP_IMPL(shl) {
     /* sets b to b<<a, sets EX to ((b<<a)>>16)&0xffff */
     unsigned int acc = *b << *a;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = acc;
 
-    d->ex = acc >> 16;
+    vm->reg[DCPU16_REG_EX] = acc >> 16;
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifb) {
     OP_BASIC(ifb);
     /* performs next instruction only if (b&a)!=0 */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if ((*b & *a) != 0) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle += 1;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifc) {
     OP_BASIC(ifc);
     /* performs next instruction only if (b&a)==0 */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if ((*b & *a) == 0) {
-        
+        /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle += 1;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ife) {
     OP_BASIC(ife);
     /* performs next instruction only if b==a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*b == *a) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle += 1;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifn) {
     OP_BASIC(ifn);
     /* performs next instruction only if b!=a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*b != *a) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle++;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifg) {
     OP_BASIC(ifg);
     /* performs next instruction only if b>a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*b > *a) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle++;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifa) {
     OP_BASIC(ifa);
     /* performs next instruction only if b>a (signed) */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*b > *a) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle += 1;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifl) {
     OP_BASIC(ifl);
     /* performs next instruction only if b<a */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*b < *a) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle++;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(ifu) {
     OP_BASIC(ifu);
     /* performs next instruction only if b<a (signed) */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     if (*b < *a) {
         /* */
     } else {
-        d->skip_ = 1;
-        d->cycle += 1;
+        vm->skip_ = 1;
+        dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
     }
 
-    d->cycle += 2;
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(adx) {
@@ -947,19 +1096,22 @@ OP_IMPL(adx) {
     /* sets b to b+a+EX, sets EX to 0x0001 if overflow, 0x0 otherwise */
     unsigned int acc;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
+
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_EX);
 
-    acc = *b + *a + d->ex;
+    acc = *b + *a + vm->reg[DCPU16_REG_EX];
     *b = acc & 0xffff;
     if (acc > 0xffff)
-        d->ex = 0x0001;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = 0x0001;
     else
-        d->ex = 0x0000;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = 0x0000;
 
-    d->cycle += 3;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(sbx) {
@@ -967,51 +1119,61 @@ OP_IMPL(sbx) {
     /* sets b to b-a+EX, sets EX to 0xffff if underflow, 0x0 otherwise */
     unsigned int acc;
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
+
+    ACCT_REG_R(DCPU16_REG_EX);
 
-    acc = *b - *a + d->ex;
+    acc = *b - *a + vm->reg[DCPU16_REG_EX];
     *b = acc & 0xffff;
     if (acc > 0xffff)
-        d->ex = 0xffff;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = 0xffff;
     else
-        d->ex = 0;
+        vm->reg[DCPU16_REG_EX] = 0;
 
-    d->cycle += 3;
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_EX);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    ACCT_W(b);
+
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 3);
 }
 
 OP_IMPL(sti) {
     OP_BASIC(sti);
     /* sets b to a, then increases I and J by 1 */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = *a;
-    d->reg[reg_index_('I')] += 1;
-    d->reg[reg_index_('J')] += 1;
+    vm->reg[DCPU16_REG_I] += 1;
+    vm->reg[DCPU16_REG_J] += 1;
+
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_I);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_J);
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(std) {
     OP_BASIC(std);
     /* sets b to a, then decreases I and J by 1 */
 
-    ACCT_R(ev_b_addr);
-    ACCT_R(ev_a_addr);
+    ACCT_R(b);
+    ACCT_R(a);
 
     *b = *a;
-    d->reg[reg_index_('I')] -= 1;
-    d->reg[reg_index_('J')] -= 1;
+    vm->reg[DCPU16_REG_I] -= 1;
+    vm->reg[DCPU16_REG_J] -= 1;
+
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_I);
+    ACCT_REG_W(DCPU16_REG_J);
 
-    d->cycle += 2;
+    ACCT_W(b);
 
-    ACCT_W(ev_b_addr);
+    dcpu16_cycle_inc(vm, 2);
 }
 
 OP_IMPL(_reserved_) {
@@ -1019,7 +1181,7 @@ OP_IMPL(_reserved_) {
 
     WARN("reserved opcode invoked");
 
-    ACCT_ILL(d->pc - pc_adjust);
+    ACCT_ILL(vm->reg[DCPU16_REG_PC] - pc_adjust);
 }
 
 static const struct opcode_entry opcode_basic_entries[] = {
@@ -1061,11 +1223,11 @@ static const struct opcode_entry opcode_basic_entries[] = {
 static inline
 void dump_operand_value_(DCPU16_WORD value, DCPU16_WORD nextword, unsigned int value_position) {
     if (value <= 0x07) {
-        printf(" %c", regnames_[value]);
+        printf(" %s", dcpu16_reg_names[value]);
     } else if (value <= 0x0f) {
-        printf(" [%c]", regnames_[value & 0x07]);
+        printf(" [%s]", dcpu16_reg_names[value & 0x07]);
     } else if (value <= 0x17) {
-        printf(" [0x%04x + %c]", nextword, regnames_[value & 0x07]);
+        printf(" [0x%04x + %s]", nextword, dcpu16_reg_names[value & 0x07]);
     } else switch (value) {
         case 0x18:
             if (value_position == 0) { /* b */
@@ -1097,9 +1259,9 @@ void instruction_decode_(DCPU16_WORD *mem, DCPU16_WORD addr,
     *a = (mem[addr] >> (OPCODE_BASIC_BITS + OPCODE_OPERAND_B_BITS)) & ((1 << OPCODE_OPERAND_A_BITS) - 1);
     *instr_len = 1;
 
-    if ( (*b >= 0x10 && *b <= 0x17) || *b == 0x1e || *b == 0x1f ) {
+    if ((*opcode != 0x0000) &&
+        ( (*b >= 0x10 && *b <= 0x17) || *b == 0x1e || *b == 0x1f ) ) {
         *b_data = mem + (DCPU16_WORD)(addr + *instr_len);
-        TRACE("**b_data:%hu", **b_data);
         *instr_len += 1;
     } else {
         *b_data = NULL;
@@ -1108,13 +1270,11 @@ void instruction_decode_(DCPU16_WORD *mem, DCPU16_WORD addr,
     if ( (*opcode != 0x0000 || (*opcode == 0 && *b != 0x0000) )
     &&   ( (*a >= 0x10 && *a <= 0x17) || *a == 0x1e || *a == 0x1f) ) {
         *a_data = mem + (DCPU16_WORD)(addr + *instr_len);
-        TRACE("**a_data:%hu", **a_data);
         *instr_len += 1;
     } else {
         *a_data = NULL;
     }
 
-#if 0
     TRACE("\n%s: [0x%04x]:0x%04x op:0x%02x b:0x%02x (b_data:0x%04x) a:0x%02x (a_data:0x%04x) len:0x%02x\n",
             __func__, 
             addr,
@@ -1125,7 +1285,6 @@ void instruction_decode_(DCPU16_WORD *mem, DCPU16_WORD addr,
             *a,
             *a_data ? **a_data : 0,
             *instr_len);
-#endif
 }
 
 /*  dcpu16_mnemonify_buf
@@ -1160,13 +1319,13 @@ DCPU16_WORD dcpu16_mnemonify_buf(DCPU16_WORD *buf) {
     print the words of the instruction at addr, followed by its assembly representation
     returns the length of the instruction in words
  */
-DCPU16_WORD dcpu16_disassemble_print(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD addr) {
+DCPU16_WORD dcpu16_disassemble_print(struct dcpu16 *vm, DCPU16_WORD addr) {
     DCPU16_WORD opcode, b, a, instr_len, i, *b_data, *a_data;
-    DCPU16_WORD buf[3] = { d->ram[addr], d->ram[(DCPU16_WORD)(addr + 1)], d->ram[(DCPU16_WORD)(addr + 2)] };
+    DCPU16_WORD buf[3] = { vm->ram[addr], vm->ram[(DCPU16_WORD)(addr + 1)], vm->ram[(DCPU16_WORD)(addr + 2)] };
     unsigned int indent = 0;
     unsigned int partial = 0;
 
-    if (!d) return 0;
+    if (!vm) return 0;
 
 #if 0
     /*
@@ -1175,7 +1334,7 @@ DCPU16_WORD dcpu16_disassemble_print(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD addr) {
         could be data which happen to match instructions..
     */
     for (i = 3; i; i--) {
-        instruction_decode_(d->ram, (DCPU16_WORD)(addr - i), &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
+        instruction_decode_(vm->ram, (DCPU16_WORD)(addr - i), &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
         if (instr_len > i)
             partial++;
         if (instr_len == i
@@ -1187,12 +1346,12 @@ DCPU16_WORD dcpu16_disassemble_print(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD addr) {
 #endif
 
     /* just need instr_len */
-    instruction_decode_(d->ram, addr, &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
+    instruction_decode_(vm->ram, addr, &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
 
     /* show the raw words */
-    printf("%04x", d->ram[addr]);
+    printf("%04x", vm->ram[addr]);
     for (i = 1; i < instr_len; i++) {
-        printf(" %04x", d->ram[addr + i]);
+        printf(" %04x", vm->ram[addr + i]);
     }
 
     /* align things neatly, show the instruction */
@@ -1207,118 +1366,146 @@ DCPU16_WORD dcpu16_disassemble_print(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD addr) {
     return instr_len;
 }
 
+int dcpu16_interrupt(struct dcpu16 *vm, DCPU16_WORD message) {
+    TRACE("%s>> message:0x%04x", __func__, message);
+    return interrupt_enqueue_(vm, message);
+}
+
 /* execute the next instruction */
-void dcpu16_step(struct dcpu16 *d) {
+void dcpu16_step(struct dcpu16 *vm) {
     DCPU16_WORD opcode, b, a, instr_len, *b_data, *a_data;
     const struct opcode_entry *e;
 
-    if (!d) return;
-
-    acct_event_(d, DCPU16_ACCT_EV_CYCLE, d->pc);
-
-    /* if we're currently servicing interrupts */
-    if (d->interrupts_deferred_ == 0) {
-        /* and there are interrupts to be serviced */
-        if (d->interrupts_head_ != d->interrupts_tail_) {
-            DCPU16_WORD message;
-            message = interrupt_dequeue_(d);
-
-            if (d->ia) {
-                TRACE("servicing interrupt IA:0x%04x message:0x%04x \n", d->ia, message);
-                /* then service the next interrupt */
-                d->interrupts_deferred_ = 1;
-                d->ram[--d->sp] = d->pc;
-                d->ram[--d->sp] = d->reg[reg_index_('A')];
-                d->pc = d->ia;
-                d->reg[0] = message;
-            } else {
-                TRACE("ignoring interrupt IA:0");
-            }
-        }
-    }
+    if (!vm)
+        return;
 
-    /* and make sure to execute an instruction after an interrupt */
+    instruction_decode_(vm->ram, vm->reg[DCPU16_REG_PC], &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
 
-    instruction_decode_(d->ram, d->pc, &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
+    /* consume what we decoded */
+    /* this happens immediately as PC might be re-set as an operation */
+    vm->reg[DCPU16_REG_PC] += instr_len;
 
+    /* run the operation */
     for (e = opcode_basic_entries; e->impl; e++) {
         if (e->value == opcode) {
             TRACE("%s>> %s 0x%04x, 0x%04x", __func__, e->name, b, a);
-            e->impl(d, b, b_data ? *b_data : 0, a, a_data ? *a_data : 0);
+            e->impl(vm, b, b_data ? *b_data : 0, a, a_data ? *a_data : 0);
             break;
         }
     }
 
-    /* get ready for the next one */
-    d->pc += instr_len;
-
     /* and jump over next instr(s) if needed */
-    if (d->skip_) {
-        instruction_decode_(d->ram, d->pc, &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
-        d->pc += instr_len;
+    while (vm->skip_) {
+        instruction_decode_(vm->ram, vm->reg[DCPU16_REG_PC], &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
+        vm->reg[DCPU16_REG_PC] += instr_len;
         TRACE("++ SKIPPED %x words", instr_len);
         if (opcode >= 0x10 && opcode <= 0x17) {
             /* skipping a branch instruction? skip branch's skippable instruction as well */
-            d->cycle += 1;
-            instruction_decode_(d->ram, d->pc, &opcode, &b, &b_data, &a, &a_data, &instr_len);
-            d->pc += instr_len;
-            TRACE("++ SKIPPED %x words", instr_len);
+            dcpu16_cycle_inc(vm, 1);
+        } else {
+            vm->skip_ = 0;
+        }
+    }
+
+    /* if we're currently servicing interrupts */
+    if (vm->interrupts_deferred_ == 0) {
+        /* and there are interrupts to be serviced */
+        if (vm->interrupts_head_ != vm->interrupts_tail_) {
+            DCPU16_WORD message;
+            message = interrupt_dequeue_(vm);
+
+            TRACE("%s>> %s interrupt IA:0x%04x message:0x%04x",
+                  __func__,
+                  vm->reg[DCPU16_REG_IA] ? "servicing" : "ignoring",
+                  vm->reg[DCPU16_REG_IA],
+                  message);
+            if (vm->reg[DCPU16_REG_IA]) {
+                /* then service the next interrupt */
+                vm->interrupts_deferred_ = 1;
+                vm->ram[--vm->reg[DCPU16_REG_SP]] = vm->reg[DCPU16_REG_PC];
+                vm->ram[--vm->reg[DCPU16_REG_SP]] = vm->reg[DCPU16_REG_A];
+                vm->reg[DCPU16_REG_PC] = vm->reg[DCPU16_REG_IA];
+                vm->reg[DCPU16_REG_A] = message;
+            }
         }
-        d->skip_ = 0;
     }
 }
 
-/*
-    print the current state of the machine
-    shows current cycle count, registers, and next instruction
-*/
-void dcpu16_state_print(struct dcpu16 *d) {
-    unsigned int i;
 
-    if (!d) return;
+/* instantiate a new 'hardware' device */
+struct dcpu16_hw *dcpu16_hw_new(struct dcpu16 *vm, struct dcpu16_hw_module *mod, void *data) {
+    struct dcpu16_hw *hw;
 
-    printf("  ");
-    for (i = 0; i < 8; i++)
-        printf("  %c:0x%04x", regnames_[i], d->reg[i]);
-    printf("\n");
+    hw = malloc(sizeof *hw);
+    if (hw == NULL) {
+        vm->warn_cb_("%s():%s", "malloc", strerror(errno));
+        return NULL;
+    }
+    hw->vm = vm;
+    hw->mod = mod;
+
+    if (mod->data_init) {
+        if (mod->data_init(hw, data)) {
+            vm->warn_cb_("failed to init hw module data");
+            free(hw);
+            return NULL;
+        }
+    } else {
+        hw->data = NULL;
+    }
 
-    printf("(0x%08llx) %2s:0x%04x %2s:0x%04x %2s:0x%04x %2s:0x%04x [%2s]:",
-           d->cycle,
-           "EX", d->ex,
-           "SP", d->sp,
-           "PC", d->pc,
-           "IA", d->ia,
-           "PC");
+    return hw;
+}
 
-    dcpu16_disassemble_print(d, d->pc);
-    printf("\n");
+/* destroy a 'hardware' device */
+void dcpu16_hw_del(struct dcpu16_hw **hw) {
+    if (hw) {
+        if (*hw) {
+            if ((*hw)->mod->data_free) {
+                (*hw)->mod->data_free(*hw);
+            }
+            free(*hw);
+            *hw = NULL;
+        }
+    }
 }
 
-/*  dcpu16_dump_ram
- *  print raw ram contents from start to stop
+/*  dcpu16_hw_ctl
+ *  invokes per-module controls for hw device
  */
-void dcpu16_dump_ram(struct dcpu16 *d, DCPU16_WORD start, DCPU16_WORD end) {
-    unsigned int i, j;
-    const unsigned int n = 8; /* words per line */
-
-    if (!d) return;
-
-    for (i = start, j = 0; i <= end; i++, j++) {
-        if (j % n == 0)
-            printf("0x%04x:\t", i);
-        printf(" %04x%s", d->ram[i], (j % n) == (n - 1) ? "\n" : "");
+int dcpu16_hw_ctl(struct dcpu16_hw *hw, const char *cmd, void *data_in, void *data_out) {
+    if (hw) {
+        if (hw->mod) {
+            if (hw->mod->ctl) {
+                if (cmd) {
+                    return hw->mod->ctl(hw, cmd, data_in, data_out);
+                }
+            }
+        }
     }
-    if ((j % n) != (n - 1))
-        printf("\n");
+    return 0;
 }
 
-/*  dcpu16_hw_add
+
+/*  dcpu16_hw_attach
  *  registers new 'hardware' device with system
  */
-int dcpu16_hw_add(struct dcpu16 *vm, struct dcpu16_hw *hw) {
+int dcpu16_hw_attach(struct dcpu16 *vm, struct dcpu16_hw *hw) {
     if (!vm || !hw)
         return -1;
 
+    TRACE("%s>> name:%s ID:0x%04x%04x MFG:0x%04x%04x VER:0x%04x",
+          __func__,
+          hw->mod->name_,
+          hw->mod->id_h, hw->mod->id_l,
+          hw->mod->mfg_l, hw->mod->mfg_h,
+          hw->mod->ver);
+
+    if (vm->hw_table_entries_ == 0xffff) {
+        WARN("maximum hardware entries reached");
+        return -1;
+    }
+
     if (vm->hw_table_entries_ == vm->hw_table_allocated_) {
         size_t new_entries = vm->hw_table_allocated_ + 32;
         void *tmp_ptr = realloc(vm->hw_table_, new_entries * sizeof * (vm->hw_table_));
@@ -1333,6 +1520,8 @@ int dcpu16_hw_add(struct dcpu16 *vm, struct dcpu16_hw *hw) {
     memcpy(vm->hw_table_ + vm->hw_table_entries_, hw, sizeof *hw);
     vm->hw_table_entries_++;
 
+    TRACE("%s>> added hw entry %zu", __func__, vm->hw_table_entries_);
+
     return 0;
 }
 
@@ -1340,10 +1529,21 @@ int dcpu16_hw_add(struct dcpu16 *vm, struct dcpu16_hw *hw) {
  *  Register callback fn to be triggered whenever event matching any events
  *  in bitwise mask occur.
  */
-int dcpu16_acct_add(struct dcpu16 *vm, dcpu16_acct_event mask, dcpu16_ev_cb_t *fn, void *data) {
-    struct dcpu16_acct_cb cb;
+int dcpu16_acct_add(struct dcpu16 *vm, dcpu16_acct_event mask, dcpu16_ev_cb_t *fn, DCPU16_WORD addr_l, DCPU16_WORD addr_h, void *data) {
+    struct dcpu16_acct_cb cb = {
+        .mask = mask,
+        .addr_l = addr_l,
+        .addr_h = addr_h,
+        .fn = fn,
+        .data = data,
+    };
+
+    if (!vm)
+        return -1;
 
     cb.mask = mask;
+    cb.addr_l = addr_l;
+    cb.addr_h = addr_h;
     cb.fn = fn;
     cb.data = data;
 
@@ -1361,25 +1561,40 @@ int dcpu16_acct_add(struct dcpu16 *vm, dcpu16_acct_event mask, dcpu16_ev_cb_t *f
     memcpy(vm->cb_table_ + vm->cb_table_entries_, &cb, sizeof cb);
     vm->cb_table_entries_++;
 
+    TRACE("%s>> attached event callback %zu", __func__, vm->cb_table_entries_);
+
     return 0;
 }
 
 /*  dcpu16_reset
  *  signals cpu to reset, clearing runstate and ram, then reload any init callbacks
  */
-void dcpu16_reset(struct dcpu16 *d) {
-    if (!d) return;
+void dcpu16_reset(struct dcpu16 *vm) {
+    size_t i;
+
+    if (!vm)
+        return;
 
-    d->cycle = 0;
-    memset(d->reg, 0, sizeof d->reg);
-    d->pc = 0;
-    d->sp = 0;
-    d->ex = 0;
-    d->ia = 0;
-    d->skip_ = 0;
-    memset(d->ram, 0, sizeof d->ram);
+    TRACE("%s>> reset", __func__);
 
-    acct_event_(d, DCPU16_ACCT_EV_RESET, 0);
+    vm->skip_ = 0;
+    vm->interrupts_deferred_ = 0;
+    vm->on_fire_ = 0;
+    memset(vm->interrupts_, 0, sizeof vm->interrupts_);
+    vm->interrupts_head_ = 0;
+    vm->interrupts_tail_ = 0;
+
+    /* signal attached hardware */
+    for (i = 0; i < vm->hw_table_entries_; i++) {
+        if (vm->hw_table_[i].mod->reset) 
+            vm->hw_table_[i].mod->reset(vm, &vm->hw_table_[i]);
+    }
+
+    memset(vm->reg, 0, sizeof vm->reg);
+    memset(vm->ram, 0, sizeof vm->ram);
+    vm->cycle_ = 0;
+
+    acct_event_(vm, DCPU16_ACCT_EV_RESET, 0);
 }
 
 /*  dcpu16_new
@@ -1392,6 +1607,9 @@ struct dcpu16 *dcpu16_new(void) {
     if (vm == NULL)
         WARN("%s: %s(%zu): %s", __func__, "calloc", strerror(errno));
 
+    vm->warn_cb_ = warn_cb_;
+    vm->trace_cb_ = trace_cb_;
+
     return vm;
 }
 
@@ -1399,7 +1617,8 @@ struct dcpu16 *dcpu16_new(void) {
  *  release a dcpu16 instance
  */
 void dcpu16_delete(struct dcpu16 **vm) {
-    if (!vm || !*vm) return;
+    if (!vm || !*vm)
+        return;
 
     free(*vm);
     *vm = NULL;