MIPS 汇编指令学习

mips的32个寄存器

MIPS comes with 32 general purpose registers named $0. . . $31

Registers also have symbolic names reflecting their conventional8 use:

$0 $zero constant 0

$1 $at used by assembler

$2 $v0 function result

$3 $v1 function result

$4 $a0 argument 1

$5 $a1 argument 2

$6 $a2 argument 3

$7 $a3 argument 4

$8 $t0 unsaved temporary

$9 $t1 unsaved temporary

$10 $t2 unsaved temporary

$11 $t3 unsaved temporary

$12 $t4 unsaved temporary

$13 $t5 unsaved temporary

$14 $t6 unsaved temporary

$15 $t7 unsaved temporary

$16 $s0 saved temporary

$17 $s1 saved temporary

$18 $s2 saved temporary

$19 $s3 saved temporary

$20 $s4 saved temporary

$21 $s5 saved temporary

$22 $s6 saved temporary

$23 $s7 saved temporary

$24 $t8 unsaved temporary

$25 $t9 unsaved temporary

$26 $k0 reserved for OS kernel

$27 $k1 reserved for OS kernel

$28 $gp pointer to global data

$29 $sp stack pointer

$30 $fp frame pointer

$31 $ra return address

寄存器号 符号名 用途

0 始终为0 看起来象浪费,其实很有用

1 at 保留给汇编器使用

2-3 v0,v1 函数返回值

4-7 a0-a3 前头几个函数参数

8-15 t0-t7 临时寄存器,子过程可以不保存就使用

24-25 t8,t9 同上

16-23 s0-s7 寄存器变量,子过程要使用它必须先保存

然后在退出前恢复以保留调用者需要的值

26,27 k0,k1 保留给异常处理函数使用

28 gp global pointer;用于方便存取全局或者静态变量

29 sp stack pointer

30 s8/fp 第9个寄存器变量;子过程可以用它做frame pointer

31 ra 返回地址

硬件上这些寄存器并没有区别(除了0号),区分的目的是为了不同的编译器产生的代码可以通用

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lui 中i表示加载常数

li r, c:加载16bit或32bit常数到r

lui r, c:加载16bit常数到r的高16位load constant halfword c into upper halfword of register r

(translation of pseudo instructions)

伪指令 翻译的实际指令

not r, s ==> nor r, s, $0

move r, s ==> or r, s, $0

li r, c ==> ori r, $0, c load immediate (c: 16 bit constant)

li r, 0xABCDEF00==> lui $at, 0xABCD和ori r, $at, 0xEF00 (c: 32 bit constant)

and $t0, $t0, 0xFFFFFF00==> lui $at, 0xFFFF

ori $at, 0xFF00

and $t0, $t0, $at

.ascii s ASCII encoded characters of string s

.asciiz s like .ascii, null-terminated

.word w1, w2, . . . 32-bit words w1, w2, . . .

.half h1, h2, . . . 16-bit halfwords h1, h2, . . .

.byte b1, b2, . . . 8-bit bytes b1, b2, . . .

.float f1, f2, . . . 32-bit single precision floating point numbers f1, f2, . . .

.double d1, d2, . . . 64-bit double precision floating point numbers d1, d2, . . .

.space n n zero bytes

使用la伪指令访问数据区

la $t0, str

lb $t1, ($t0) # access byte at address $t0 (’f’)

add $t0, $t0, 3

lb $t2, ($t0) # access byte at address $t0 + 3 (’b’)

.data

str: .asciiz "foobar"

load word/halfword/byte at address a into target register r

lw r, a

lh r, a sign extension

lb r, a sign extension

lhu r, a no sign extension

lbu r, a no sign extension

store word/halfword/byte in register r at address a

sw r, a

sh r, a stores low halfword

sb r, a stores low byte

Example (copy a sequence of n bytes from address src to address dst):

.text

.globl __start

__start:

# length n of byte sequence - 1

li $t0, 5

copy:

lb $t1, src($t0) # pseudo! (src: 32 bits wide)

sb $t1, dst($t0)

sub $t0, $t0, 1

bgez $t0, copy

.data

src: .byte 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66

dst: .space 6

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http://www.mips-in-china.com/Study/ShowArticle.asp?ArticleID=147

mfc0 - move from c0

cfc0 - copy from c0

mfc0 t0,c0_status

lui at,0x1000

ori at,at,0x1f

or t0,t0,at

xori t0,t0,0x1f

mtc0 t0,c0_statu

于协处理器CP0的访问，需要使用特别的指令。这些指令属于“特权级指令”，只有在内核态(Kernel Mode)下才能执行。如果在用户态下，会引起一个异常(Exception)。

对CP0的主要操作有以下的指令：

mfc0 rt, rd 将CP0中的rd寄存器内容传输到rt通用寄存器；

mtc0 rt, rd 将rt通用寄存器中内容传输到CP0中寄存器rd；

mfhi/mflo rt 将CP0的hi/lo寄存器内容传输到rt通用寄存器中；

mthi/mtlo rt 将rt通用寄存器内容传输到CP0的hi/lo寄存器中；

当MIPS体系结构演进到MIPS IV的64位架构后，新增了两条指令dmfc0和dmtc0，向CP0的寄存器中读/写一个64bit的数据。

r4k MIPS CPU中和异常相关的控制寄存器(这些寄存器由协处理器cp0控制,有独立的存取方法)有:

1.status 状态寄存器

31 28 27 26 25 24 16 15 8 7 6 5 4 3 2 1 0

------------------------------------------------------------------

| cu0-3|RP|FR|RE| Diag Status| IM7-IM0 |KX|SX|UX|KSU|ERL|EXL|IE|

------------------------------------------------------------------

其中KSU,ERL,EXL,IE位在这里很重要:

KSU: 模式位 00 -kernel 01--Supervisor 10--User

ERL: error level,0->normal,1->error

EXL: exception level,0->normal,1->exception,异常发生是EXL自动置1

IE: interrupt Enable, 0 -> disable interrupt,1->enable interrupt

(IM位则可以用于enbale/disable具体某个中断,ERL||EXL=1 也使得中断不能响应)

系统所处的模式由KSU,ERL,EXL决定:

User mode: KSU = 10 && EXL=0 && ERL=0

Supervisor mode(never used): KSU=01 && EXL=0 && ERL=0

Kernel mode: KSU=00 || EXL=1 || ERL=1

2.cause寄存器

31 30 29 28 27 16 15 8 7 6 2 1 0

----------------------------------------------------------------

|BD|0 | CE | 0 | IP7 - IP0 |0|Exc code | 0 |

----------------------------------------------------------------

异常发生时cause被自动设置

其中:

BD指示最近发生的异常指令是否在delay slot中

CE 发生coprocessor unusable异常时的coprocessor编号(mips有4个cp)

IP: interrupt pending, 1->pending,0->no interrupt,CPU有6个中断

引脚,加上两个软件中断(最高两个)

Exc code:异常类型,所有的外设中断为0,系统调用为8,...

3.EPC

对一般的异常,EPC包含:

. 导致异常的指令地址(virtual)

or. if 异常在delay slot指令发生,该指令前面那个跳转指令的地址

当EXL=1时,处理器不写EPC

4.和存储相关的:

context,BadVaddr,Xcontext,ECC,CacheErr,ErrorEPC

以后再说

一般异常处理程序都是先保存一些寄存器,然后清除EXL以便嵌套异常,

清除KSU保持核心态,IE位看情况而定;处理完后恢复一些保存内容以及CPU状态

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MIPS 指令集(共 31条）

MIPS 指令集(共31条） 助记符 指令格式 示例 示例含义 操作及其解释 Bit # 31..26 25..21 20..16 15..11 10..6 5..0 R-type op rs rt rd shamt func add 000000 rs rt rd 00000 100000 add $1,$2,$3 $1=$2+$3 rd <- rs + rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 addu 000000 rs rt rd 00000 100001 addu $1,$2,$3 $1=$2+$3 rd <- rs + rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数 sub 000000 rs rt rd 00000 100010 sub $1,$2,$3 $1=$2-$3 rd <- rs - rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 subu 000000 rs rt rd 00000 100011 subu $1,$2,$3 $1=$2-$3 rd <- rs - rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数 and 000000 rs rt rd 00000 100100 and $1,$2,$3 $1=$2 & $3 rd <- rs & rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 or 000000 rs rt rd 00000 100101 or $1,$2,$3 $1=$2 | $3 rd <- rs | rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 xor 000000 rs rt rd 00000 100110 xor $1,$2,$3 $1=$2 ^ $3 rd <- rs xor rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(异或） nor 000000 rs rt rd 00000 100111 nor $1,$2,$3 $1=~($2 | $3) rd <- not(rs | rt) ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(或非） slt 000000 rs rt rd 00000 101010 slt $1,$2,$3 if($2<$3) $1=1 else $1=0 if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 sltu 000000 rs rt rd 00000 101011 sltu $1,$2,$3 if($2<$3) $1=1 else $1=0 if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1 (无符号数） sll 000000 00000 rt rd shamt 000000 sll $1,$2,10 $1=$2<<10 rd <- rt << shamt ；shamt存放移位的位数， 也就是指令中的立即数，其中rt=$2, rd=$1 srl 000000 00000 rt rd shamt 000010 srl $1,$2,10 $1=$2>>10 rd <- rt >> shamt ；(logical) ，其中rt=$2, rd=$1 sra 000000 00000 rt rd shamt 000011 sra $1,$2,10 $1=$2>>10 rd <- rt >> shamt ；(arithmetic) 注意符号位保留 其中rt=$2, rd=$1 sllv 000000 rs rt rd 00000 000100 sllv $1,$2,$3 $1=$2<<$3 rd <- rt << rs ；其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1 srlv 000000 rs rt rd 00000 000110 srlv $1,$2,$3 $1=$2>>$3 rd <- rt >> rs ；(logical)其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1 srav 000000 rs rt rd 00000 000111 srav $1,$2,$3 $1=$2>>$3 rd <- rt >> rs ；(arithmetic) 注意符号位保留 其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1 jr 000000 rs 00000 00000 00000 001000 jr $31 goto $31 PC <- rs I-type op rs rt immediate addi 001000 rs rt immediate addi $1,$2,100 $1=$2+100 rt <- rs + (sign-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2 addiu 001001 rs rt immediate addiu $1,$2,100 $1=$2+100 rt <- rs + (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2 andi 001100 rs rt immediate andi $1,$2,10 $1=$2 & 10 rt <- rs & (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2 ori 001101 rs rt immediate andi $1,$2,10 $1=$2 | 10 rt <- rs | (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2 xori 001110 rs rt immediate andi $1,$2,10 $1=$2 ^ 10 rt <- rs xor (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2 lui 001111 00000 rt immediate lui $1,100 $1=100*65536 rt <- immediate*65536 ；将16位立即数放到目标寄存器高16 位，目标寄存器的 低16位填0 lw 100011 rs rt immediate lw $1,10($2) $1=memory[$2 +10] rt <- memory[rs + (sign-extend)immediate] ；rt=$1,rs=$2 sw 101011 rs rt immediate sw $1,10($2) memory[$2+10] =$1 memory[rs + (sign-extend)immediate] <- rt ；rt=$1,rs=$2 beq 000100 rs rt immediate beq $1,$2,10 if($1==$2) goto PC+4+40 if (rs == rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2 bne 000101 rs rt immediate bne $1,$2,10 if($1!=$2) goto PC+4+40 if (rs != rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2 slti 001010 rs rt immediate slti $1,$2,10 if($2<10) $1=1 else $1=0 if (rs <(sign-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ； 其中rs＝$2，rt=$1 sltiu 001011 rs rt immediate sltiu $1,$2,10 if($2<10) $1=1 else $1=0 if (rs <(zero-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ； 其中rs＝$2，rt=$1 J-type op address j 000010 address j 10000 goto 10000 PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0 ；address=10000/4 jal 000011 address jal 10000 $31<-PC+4; goto 10000 $31<-PC+4；PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0 ；address=10000/4 注 意：因为MIPS16只有16个16位的寄存器，所以JAL指令中$31改成$15, 所有立即数均无需扩展，LUI指令直接就是将立即数付给RT寄存器。