mips寄存器约定

对于在一个CPU上进行开发，掌握其工作的CPU的寄存器约定是非常重要的。

MIPS体系结构提供了32个GPR(GENERAL PURPOSE REGISTER)。这32个寄存器的用法大致如下：

REGISTER NAME USAGE

$0 $zero 常量0(constant value 0)

$2-$3 $v0-$v1 函数调用返回值(values for results and expression evaluation)

$4-$7 $a0-$a3 函数调用的前几个参数(arguments)

$8-$15 $t0-$t7 临时变量。子程序使用时无需保存，从上层函数来看，函数调用前后，寄存器的值可能会发生变化。

$16-$23 $s0-$s7 需要保存的变量。子程序使用时，必须保存原始值，并在返回前恢复，从上层函数来看，这些寄存器的值没有变化。

$24-$25 $t8-$t9 临时变量

$26-$27 $k0-$k1 保留给中断或自陷处理程序使用；因而值可能随时发生变化

$28 $gp 全局指针(Global Pointer) 。利用gp做基址，对于gp指针前后32K范围的数据存取，只需要一条指令就可以完成。通常的做法是将一些小的全局数据（static extern）等，放在一起，用gp作指针。

$29 $sp 堆栈指针(Stack Pointer) 。MIPS通常只在多重调用时，子程序出口和入口才调整堆栈指针，这个过程由子程序负责完成。

$30 $fp 帧指针(Frame Pointer) (BNN：fp is stale acutally, and can be simply used as $t8)

$31 $ra 返回地址(return address)

对一个CPU的寄存器约定的正确用法是非常重要的。当然对C语言开发者不需要关心，因为COMPILER会TAKE CARE。但对于KERNEL的开发或DRIVER开发的人就**必须**清楚。

一般来讲，你通过objdump -d可以清醒的看到寄存器的用法。

下面通过我刚才写的一个简单例子来讲解：

~/ vi Hello.c

"Hello.c" [New file]

/* Example to illustrate mips register convention

* -Author: BNN

* 11/29/2001

*/

int addFunc(int,int);

int subFunc(int);

void main()

{

int x,y,z;

x= 1;

y=2;

z = addFunc(x,y);

}

int addFunc(int x,int y)

{

int value1 = 5;

int value2;

value2 = subFunc(value1);

return (x+y+value2);

}

int subFunc(int value)

{

return value--;

}

上面是一个C程序，main()函数调用一个加法的子函数。让我们来看看编译器是如何产生代码的。

~/bnn:74> /bin/mips-elf-gcc -c Hello.o Hello.c -mips3 -mcpu=r4000 -mgp32 -mfp32 -O1

~/bnn:75> /bin/mips64-elf-objdump -d Hello.o

Hello.o: file format elf32-bigmips

Disassembly of section .text:

/* main Function */

0000000000000000 :

/*create a stack frame by moving the stack pointer 8

*bytes down and meantime update the sp value

*/

0: 27bdfff8 addiu $sp,$sp,-8

/* Save the return address to the current sp position.*/

4: afbf0000 sw $ra,0($sp)

8: 0c000000 jal 0

/* nop is for the delay slot */

c: 00000000 nop

/* Fill the argument a0 with the value 1 */

10: 24040001 li $a0,1

/* Jump the addFunc */

14: 0c00000a jal 28

/* NOTE HERE: Why we fill the second argument

*behind the addFunc function call?

* This is all about the "-O1" compilation optimizaiton.

* With mips architecture, the instruciton after jump

* will also be fetched into the pipline and get

* exectuted. Therefore, we can promise that the

* second argument will be filled with the value of

* integer 2.

*/

18: 24050002 li $a1,2

/*Load the return address from the stack pointer

* Note here that the result v0 contains the result of

* addFunc function call

*/

1c: 8fbf0000 lw $ra,0($sp)

/* Return */

20: 03e00008 jr $ra

/* Restore the stack frame */

24: 27bd0008 addiu $sp,$sp,8

/* addFunc Function */

0000000000000028 :

/* Create a stack frame by allocating 16 bytes or 4

* words size

*/

28: 27bdfff0 addiu $sp,$sp,-16

/* Save the return address into the stack with 8 bytes

* offset. Please note that compiler does not save the

* ra to 0($sp).

*Think of why, in contrast of the previous PowerPC

* EABI convention

*/

2c: afbf0008 sw $ra,8($sp)

/* We save the s1 reg. value into the stack

* because we will use s1 in this function

* Note that the 4,5,6,7($sp) positions will then

* be occupied by this 32 bits size register

*/

30: afb10004 sw $s1,4($sp)

/* Withe same reason, save s0 reg. */

34: afb00000 sw $s0,0($sp)

/* Retrieve the argument 0 into s0 reg. */

38: 0080802d move $s0,$a0

/* Retrieve the argument 1 into s1 reg. */

3c: 00a0882d move $s1,$a1

/* Call the subFunc with a0 with 5 */

40: 0c000019 jal 64

/* In the delay slot, we load the 5 into argument a0 reg

*for subFunc call.

*/

44: 24040005 li $a0,5

/* s0 = s0+s1; note that s0 and s1 holds the values of

* x,y, respectively

*/

48: 02118021 addu $s0,$s0,$s1

/* v0 = s0+v0; v0 holds the return results of subFunc

*call; And we let v0 hold the final results

*/

4c: 02021021 addu $v0,$s0,$v0

/*Retrieve the ra value from stack */

50: 8fbf0008 lw $ra,8($sp)

/*!!!!restore the s1 reg. value */

54: 8fb10004 lw $s1,4($sp)

/*!!!! restore the s0 reg. value */

58: 8fb00000 lw $s0,0($sp)

/* Return back to main func */

5c: 03e00008 jr $ra

/* Update/restore the stack pointer/frame */

60: 27bd0010 addiu $sp,$sp,16

/* subFunc Function */

0000000000000064 :

/* return back to addFunc function */

64: 03e00008 jr $ra

/* Taking advantage of the mips delay slot, filling the

* result reg v0 by simply assigning the v0 as the value

*of a0. This is a bug from my c source

* codes--"value--". I should write my codes

* like "--value", instead.

68: 0080102d move $v0,$a0

希望大家静下心来把上面的代码看懂。一定要注意编译器为什么在使用s0和s1之前要先把她们SAVE起来，然后再RESTORE，虽然在这个例子中虽然main 函数没用s0和s1。

另外的一点是：由于我们加了“-O1”优化，编译器利用了“delay slot"来执行那些必须执行的指令，而不是简单的塞一个”nop"指令在那里。非常的漂亮。

最后，考大家一个问题，为了使得大家更加理解寄存器的用法：

*在写一个核心调度context switch()例程时，我们需要SAVE/RESTORE$t0-$t7吗？如果不，为什么？

*在写一个时钟中断处理例程时，我们需要SAVE/RESTORE$t0-$t7吗？如果是，为什么？

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