Trabalho Assembly - Manipulação de Imagem Bitmap com Aumento de Cor

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE INFORMÁTICA DISCIPLINA Arquitetura de Computadores I PROFESSOR Ewerton Monteiro Salvador TRABALHO COM LINGUAGEM ASSEMBLY O programa especificado abaixo deverá ser implementado utilizandose a linguagem Assembly no Windows ou no Linux versão 32 bits O trabalho será individual e deverá ser enviado pelo SIGAA até as 2359h do dia 28112022 ESPECIFICAÇÃO Escreva um programa que receba como entrada uma imagem no formato bitmap extensão bmp e produza como saída uma cópia da imagem recebida tendo uma de suas cores básicas azul código 0 verde código 1 ou vermelho código 2 aumentada por um determinado valor 0 a 255 Por exemplo suponha que um usuário forneça a imagem catitabmp abaixo Suponha também que o usuário tenha selecionado catita2bmp como nome do arquivo de saída tenha selecionado a cor azul código 0 e tenha definido o valor 50 para aumento de intensidade dessa cor O programa deverá produzir como saída no arquivo catita2bmp a imagem abaixo Observações importantes A imagem original e a nova imagem devem estar no mesmo diretório do arquivo executável de modo que o usuário só precise informar o nome do arquivo sem se preocupar com o caminho do arquivo Oa alunoa não precisa se preocupar com tratamento de erros de entrada Assuma que todas as entradas serão fornecidas corretamente dentro das faixas de valores esperadas Tanto no Windows quanto no Linux deverão ser utilizadas as chamadas oficiais do sistema operacional para abrir ler escrever e fechar arquivos não sendo permitido o uso de outras bibliotecas para esse fim O programa deve conter uma função que receba três parâmetros 1 o endereço de um array de 3 bytes representando um pixel 2 um inteiro de 4 bytes representando uma cor a ser intensificada 0 para azul 1 para verde e 2 para vermelho e 3 um inteiro de 4 byte representando o valor a ser somado à cor O objetivo da função é substituir o valor de um dos bytes do array de 3 bytes recebido como entrada de modo que o novo valor seja o original somado com o valor do terceiro parâmetro A função não deve retornar nenhum valor Importante a função descrita no tópico anterior não deve permitir somas que ultrapassem o valor máximo para um byte que é 255 0FFH Nos casos em que a soma ultrapassaria 255 o valor da cor deve ser definido como 255 máximo A entrada e saída de console no Windows deve utilizar as funções ReadConsole e WriteConsole da biblioteca kernel32 No Linux podem ser utilizadas as funções printf e scanf da biblioteca padrão da linguagem C utilizando o gcc para linkagem do programa A implementação deve ser feita em Assembly versão 32 bits para Windows MASM32 ou para Linux NASM O trabalho deve ser desenvolvido de forma individual O código implementado deve ser original não sendo permitidas cópias de códigos inteiros ou trechos de códigos de outras fontes exceto quando expressamente autorizado pelo professor da disciplina Por esse motivo recomenda se enfaticamente que não haja compartilhamento de código entre os alunos da disciplina Os debates entre alunos devem estar restritos a ideias e estratégias e nunca envolver códigos para evitarem penalidades na nota relacionadas à plágio Boa sorte INFOMAÇÕES COMPLEMENTARES Como lidar com arquivos Tanto no Windows como no Linux o tratamento de arquivos é similar sendo essencialmente o mesmo utilizado em linguagens de programação de alto nível como C Solicitase ao sistema operacional a abertura de um arquivo em modo de leitura de escrita ou ambos O sistema operacional devolve um handle que serve como um número de identificação do arquivo aberto para ser utilizado nas chamadas de sistemas seguintes que envolvam esse arquivo O sistema operacional define um apontador de arquivo para todos os arquivos abertos o qual é controlado automaticamente pelo próprio sistema operacional A abertura de um arquivo tipicamente faz com que esse apontador seja posicionado na primeira posição posição 0 primeiro byte desse arquivo e é incrementado sempre que uma leitura ou uma escrita é realizada Existe uma função do sistema operacional que permite que oa programadora reposicione esse apontador de arquivo contudo essa função não será necessário para este projeto Leituras e escritas são realizadas através de chamadas de sistemas operacionais próprias A leitura ou escrita sempre começa na posição atual do apontador de arquivo controlado pelo sistema operacional O apontador de arquivo é incrementado ao final de uma operação de leitura ou escrita de acordo com a quantidade de bytes envolvida nessa operação Por fim arquivos devem ser fechados através de uma chamada ao sistema operacional O fechamento do arquivo garante que dados escrito sejam corretamente gravados além de liberar recursos do sistema operacional que foram alocados para o tratamento do arquivo No Windows 32 bits as chamadas de sistema relacionadas a arquivos se encontram na biblioteca kernel32 com constantes definidas no arquivo de cabeçalho windowsinc No Linux 32 bits as chamadas de sistema relacionadas a arquivos são invocadas através da interrupção 80h CriaçãoAbertura de Arquivo Windows Realizada através da função CreateFile Parâmetros 1 Apontador endereço de string contendo o nome do arquivo a ser aberto no nosso projeto o nome não precisa incluir o caminho de diretórios considerando que o arquivo bmp estará no mesmo diretório do arquivo executável do projeto Observação importante a função ReadConsole do MASM32 encerra a string de entrada de dados com os caracteres ASCII Carriage Return CR decimal 13 seguido de Line Feed LF decimal 10 seguido finalmente do terminador de string decimal 0 Contudo um nome de arquivo não deve conter os caracteres CR ou LF portanto a string recebida via ReadConsole precisa ser tratada para remover esses caracteres problemáticos O trecho de código abaixo autorizo o uso desse trecho nos projetos percorre uma string procurando o caractere CR ASCII 13 e quando encontra esse caractere o substitui pelo valor 0 terminador de string Dessa forma a string resultante desse tratamento pode ser utilizada na função para abertura de arquivo mov esi offset umastring Armazenar apontador da string em esi proximo mov al esi Mover caractere atual para al inc esi Apontar para o proximo caractere cmp al 13 Verificar se eh o caractere ASCII CR FINALIZAR jne proximo dec esi Apontar para caractere anterior xor al al ASCII 0 mov esi al Inserir ASCII 0 no lugar do ASCII CR 2 Constante de 4 bytes informando o nível de acesso desejado para o arquivo Exemplos dessas constantes são GENERICREAD e GENERICWRITE as quais devem ser utilizadas nesse projeto para operações de escrita ou leitura Uma operação de escrita e leitura pode ser alcançada através de uma operação OR entre as constantes GENERICREAD e GENERICWRITE contudo esse tipo de operação de leitura e escrita em um mesmo arquivo não será necessária neste projeto 3 Constante de 4 bytes informando se o acesso ao arquivo será compartilhado ou não Exemplos dessas constantes são 0 zero FILESHAREWRITE FILESHAREREAD etc Como o arquivo desse projeto não precisará de acesso compartilhado com outros programas essa constante deverá ser definida como 0 zero 4 Apontador para uma estrutura do tipo SECURITYATRIBUTES definida em windowsinc contendo atributos de segurança Esse parâmetro não será necessário nesse projeto ou seja deverá ser informada aqui a constante NULL 5 Constante de 4 bytes especificando a necessidade de se criar ou não um novo arquivo Exemplos dessas constantes são CREATEALWAYS CREATENEW OPENALWAYS OPENEXISTING etc Neste projeto deverá ser utilizada a opção OPENEXISTING para abertura do arquivo bmp original e CREATEALWAYS para a criação do arquivo bmp de saída de modo que o arquivo original só seja aberto e nunca criado e o arquivo de destino seja sempre um novo arquivo 6 Constante de 4 bytes especificando os atributos do arquivo a ser aberto como FILEATTRIBUTEARCHIVE FILEATTRIBUTENORMAL etc Como este projeto não utilizará atributos especiais deverá ser utilizada a opção FILEATTRIBUTENORMAL 7 Um handle de 4 bytes para um arquivo que sirva de template quanto a atributos Como este projeto não utilizará atributos especiais deverá ser utilizada a constante NULL Retorno um handle para o arquivo é retornado através do registrador EAX Ex invoke CreateFile addr fileName GENERICREAD 0 NULL OPENEXISTING FILEATTRIBUTENORMAL NULL mov fileHandle eax Criação com abertura de Arquivo Linux Realizada através da interrupção 80h Parâmetros 1 O registrador EAX deve receber o valor 8 referente à chamada de sistema syscreat 2 O registrador EBX deve conter um apontador endereço de string contendo o nome do arquivo a ser aberto no nosso projeto o nome não precisa incluir o caminho de diretórios considerando que o arquivo bmp estará no mesmo diretório do arquivo executável do projeto 3 O registrador ECX deve conter as permissões do arquivo de acordo com a convenção de permissões de arquivos utilizada pelo Linux Por exemplo a permissão 777 dá acesso total a arquivos leitura escrita e execução para o usuário dono do arquivo para o grupo do dono e para todos os usuários do sistema Retorno um handle para o arquivo é retornado através do registrador EAX Ex mov eax 8 syscreat mov ebx filename mov ecx 777 int 80h mov fileHandle eax Abertura de Arquivo Já Existente Linux Realizada através da interrupção 80h Parâmetros 4 O registrador EAX deve receber o valor 5 referente à chamada de sistema sysopen 5 O registrador EBX deve conter um apontador endereço de string contendo o nome do arquivo a ser aberto no nosso projeto o nome não precisa incluir o caminho de diretórios considerando que o arquivo bmp estará no mesmo diretório do arquivo executável do projeto 6 O registrador ECX deve conter o modo de acesso do arquivo Os mais comuns são 0 readonly 1 writeonly e 2 readwrite 7 O registrador EDX deve conter as permissões do arquivo de acordo com a convenção de permissões de arquivos utilizada pelo Linux Por exemplo a permissão 777 dá acesso total a arquivos leitura escrita e execução para o usuário dono do arquivo para o grupo do dono e para todos os usuários do sistema Retorno um handle para o arquivo é retornado através do registrador EAX Ex mov eax 5 sysopen mov ebx filename mov ecx 0 readonly mov edx 777 int 80h mov fileHandle eax Leitura de Arquivo Windows Realizada através da função ReadFile Parâmetros 1 Handle de 4 bytes do arquivo a ser lido Esse handle é recebido como retorno da função de abertura do arquivo 2 Um apontador para um array de bytes onde serão gravados os bytes lidos do arquivo 3 Um inteiro de 4 bytes indicando a quantidade de bytes máxima a ser lida do arquivo Observe que essa quantidade máxima de bytes deve ser igual ou inferior à quantidade de bytes do array de bytes utilizado para gravação dos dados 4 Apontador para um inteiro de 4 bytes onde será gravado a quantidade de bytes efetivamente lidos do arquivo Importante quando a leitura chegar ao final do arquivo a quantidade de bytes lida será 0 e isso será o indicativo de que você chegou no fim do arquivo 5 Apontador para estrutura OVERLAPPED utilizada para acessos assíncronos ao arquivo Como neste projeto utilizaremos acessos síncronos por simplicidade esse parâmetro deve conter a constante NULL Retorno 0 se a leitura falhar e um número diferente de zero se for bemsucedida Ex invoke ReadFile fileHandle addr fileBuffer 10 addr readCount NULL Le 10 bytes do arquivo Leitura de Arquivo Linux Realizada através da interrupção 80h Parâmetros 1 O registrador EAX deve receber o valor 3 referente à chamada de sistema sysread 2 O registrador EBX deve conter o handle do arquivo Esse handle é recebido como retorno da função de aberturacriação do arquivo 3 O registrador ECX deve conter um apontador para um array de bytes onde serão gravados os bytes lidos do arquivo 4 O registrador EDX deve conter um inteiro indicando a quantidade de bytes máxima a ser lida do arquivo Observe que essa quantidade máxima de bytes deve ser igual ou inferior à quantidade de bytes do array de bytes utilizado para gravação dos dados Retorno No registrador EAX terá a quantidade de bytes efetivamente lidos do arquivo Importante quando a leitura chegar ao final do arquivo a quantidade de bytes lida será 0 e isso será o indicativo de que você chegou no fim do arquivo Ex mov eax 3 sysread mov ebx fileHandle mov ecx fileBuffer mov edx 10 int 80h Escrita de Arquivo Windows Realizada através da função WriteFile Parâmetros 1 Handle de 4 bytes do arquivo a ser escrito Esse handle é recebido como retorno da função de abertura do arquivo 2 Um apontador para um array de bytes a serem gravados no arquivo 3 Um inteiro de 4 bytes indicando a quantidade de bytes a ser gravada Observe que essa quantidade máxima de bytes deve ser igual ou inferior à quantidade de bytes do array de bytes utilizado para gravação dos dados 4 Apontador para um inteiro de 4 bytes onde será gravado a quantidade de bytes efetivamente escritos no arquivo 5 Apontador para estrutura OVERLAPPED utilizada para acessos assíncronos ao arquivo Como neste projeto utilizaremos acessos síncronos por simplicidade esse parâmetro deve conter a constante NULL Retorno 0 se a escrita falhar e um número diferente de zero se for bemsucedida Ex invoke WriteFile fileHandle addr fileBuffer 10 addr writeCount NULL Escreve 10 bytes do arquivo Escrita de Arquivo Linux Realizada através da interrupção 80h Parâmetros 6 O registrador EAX deve receber o valor 4 referente à chamada de sistema syswrite 7 O registrador EBX deve conter o handle do arquivo Esse handle é recebido como retorno da função de aberturacriação do arquivo 8 O registrador ECX deve conter um apontador para um array de bytes com o conteúdo a ser gravado no arquivo 9 O registrador EDX deve conter um inteiro indicando a quantidade de bytes máxima a ser escrita no arquivo Retorno No registrador EAX terá a quantidade de bytes efetivamente escritos no arquivo Ex mov eax 4 syswrite mov ebx fileHandle mov ecx fileBuffer mov edx 10 int 80h Fechamento de Arquivo Windows Realizada através da função CloseHandle Parâmetros 1 Handle de 4 bytes do arquivo a ser fechado Esse handle é recebido como retorno da função de abertura do arquivo Retorno 0 se o fechamento falhar e um número diferente de zero se for bemsucedido Ex invoke CloseHandle fileHandle Fechamento de Arquivo Linux Realizada através da interrupção 80h Parâmetros 2 O registrador EAX deve receber o valor 6 referente à chamada de sistema sysclose 3 O registrador EBX deve conter o handle do arquivo Esse handle é recebido como retorno da função de aberturacriação do arquivo Retorno No registrador EAX terá um código em caso de erro Ex mov eax 6 sysclose mov ebx fileHandle int 80h Como lidar o formato bitmap BMP Um arquivo bitmap BMP possui uma estrutura bastante simples composta basicamente de cabeçalhos uma tabela de cores opcional tipicamente para casos em que se utilize 8 bits por pixel ou seja uma técnica de paleta de cores e uma lista de valores RGB sendo um valor para cada pixel A estrutura de um arquivo bitmap pode ser encontrada na imagem abaixo Fonte httpwwwueetipggdaplfpgalabzadaniaspartan3zadvgastrukturaplikubmpenhtml Os arquivos bitmap a serem considerados neste projeto não devem conter uma tabela de cores considerando que essa tabela é opcional Dessa forma os cabeçalhos do arquivo BMP ocuparão um número fixo de bytes 14 bytes do cabeçalho geral Header e 40 bytes do cabeçalho de informações InfoHeader totalizando 54 bytes de cabeçalho Esses 54 bytes deverão apenas ser lidos no arquivo de origem e copiados no arquivo de destino sem sofrerem nenhuma alteração Em seguida teremos 3 bytes para cada pixel da imagem considerando a formação da imagem da esquerda para a direita e de cima para baixo Os bytes seguem a sequência de cores azul verde e vermelha ou seja a ordem inversa de RGB Uma recomendação que pode ser feita então é que após a leituras dos 54 bytes iniciais do cabeçalho o arquivo de entrada seja lido de 3 em 3 bytes Nesse array de 3 bytes estabelecese que o endereço do array 0 equivale ao endereço da cor azul o endereço do array 1 equivale ao endereço da cor verde e o endereço do array 2 equivale ao endereço da cor vermelha Essa soma do endereço base do array com um índice pode ser realizada em um registrador ex EBX Uma vez que o endereço da cor desejada esteja em um registrador pode se fazer um acesso indireto à memória através desse registrador para realizar alterações nesse byte específico Por fim recomendase a utilização de um editor de arquivo hexadecimal para facilitar o entendimento do que está acontecendo com o arquivo bitmap considerando que é um arquivo binário Você poderá utilizar um editor hexadecimal web como o disponível no link httpshexedit O arquivo exemplo do projeto catitabmp é exibido da seguinte forma nesse editor Perceba que podemos identificar com relativa facilidade até onde vão os cabeçalhos e onde começa a lista de bytes de cores dos pixels Na imagem abaixo o cabeçalho está sinalizado em vermelho e os bytes de cores dos 3 primeiros pixels na sequência azul verde e vermelho estão sinalizados de verde