MIPS架構與彙編語言快速入門

http://blog.tianya.cn/blogger/post_show.asp?BlogID=1915807&PostID=18868775

MIPS架構與彙編語言快速入門

　　━ 譯自伊利諾大學網頁。有内容删減和增加。 原文連結為： http://logos.cs.uic.edu/366/notes/MIPS%20Quick%20Tutorial.htm

　　

　　譯者：Clark J Li 李久

　　日期：2009/9/5

　　1. 資料類型

　　1.1. 資料類型

　　 位元組(Byte)為8 Bits；

　　 半字(Half-word) 為16 Bits 即2個位元組；

　　 字 (Word) 為32 Bits 即4個位元組；

　　 一個字元需要一個Byte的空間；

　　 一個整數需要1個Word（4 Byte）的空間；

　　1.2. 指令長度

　　 所有的指令都是32 Bits 的長度；

　　2. 寄存器

　　 MIPS體系架構有32個通用寄存器。在彙程式設計式中，可以用編号 $0 到 $31來表示；

　　 也可以用寄存器的名字來進行表示， 例如： $sp, $t1, $ra….

　　 有兩個特殊的寄存器 Lo, Hi, 用來儲存乘法/除法的運算結果；

　　 堆棧（Stack）的增長方向是: 從記憶體的高位址方向, 向低位址方向；

　　

　　寄存器編号

　　Register Number 寄存器名稱

　　Register Alternative Name 寄存器描述

　　Description

　　0 Zero 第0号寄存器，其值始終為0

　　1 $at (Assembler Temporary) 是Assembler保留的寄存器

　　2 ~ 3 $v0 ~ $v1 儲存表達式或函數傳回的結果

　　4 ~ 7 $a0 ~ $a3 作為函數的前四個入參。在函數調用的過程中不會被儲存。

　　8 ~ 15 $t0 ~ $t7 供彙程式設計式使用的臨時寄存器。

　　 其值在函數調用的過程中不會被儲存。

　　16 ~ 23 $s0 ~ $s7 子函數在使用這類寄存器時, 必須保其初始值, 在子函數退出前, 必須恢複其原來的初始值. 其值在函數調用的過程中會被儲存。

　　24 ~ 25 $t8 ~ $t9 與$t0 ~ $t7的用法相同.

　　26 ~ 27 $k0 ~ $k1 僅供中斷(interrupt/trap)處理函數使用.

　　28 $gp 全局指針.

　　29 $sp 堆棧指針， 指向堆棧的棧頂。

　　30 $s8/$fp 儲存的值/幀指針。

　　其值在函數調用的過程中會被儲存。

　　31 $ra 傳回位址

　　

　　3. 程式結構

　　彙編源程式代碼本質上是文本檔案。由資料聲明、代碼段 兩部分組成。

　　3.1. 資料聲明

　　在源代碼中，資料聲明部分以 .data開始。聲明了在代碼中使用的變量的名字。同時，也在RAM中建立了對應的空間。

　　

　　資料聲明的格式：

　　 Name: storage_type value(s)

　　舉例：

　　 Var1: .word 3 # 建立了一個占1 Word空間的變量， 并賦初值3

　　

　　3.2. 代碼段

　　在源代碼中，以 .text開始。列出了彙編代碼。 各個不同功能的代碼段，用标簽來辨別。

　　

　　3.3. MIPS 彙程式設計式例子

　　Example:

　　 .data # data declaration

　　var1: .word 23 # declare storage for var1; initial value is 23

　　

　　 .text # Code section

　　__start: # __start is a lable

　　 lw $t0, var1 # load contents of RAM location into register # it means $t0 = var1

　　

　　 li $t1, 5 # $t1 = 5 ("load immediate")

　　 sw $t1, var1 # store contents of register $t1 into RAM

　　 # it means var1 = $t1

　　 done

　　

　　4. 彙編指令

　　4.1. Load/Store指令

　　 RAM通路相關

　　關于RAM的通路隻能使用Load/Store指令。

　　

　　分類 指令格式 注釋

　　Load li register_destination, value 立即數加載。 把value 加載到目标寄存器

　　 lw register_destination, RAM_source 從RAM源位址處 複制一個Word（4 Bytes）到目标寄存器

　　 lb register_destination, RAM_source 從RAM源位址處 複制一個Byte到目标寄存器的低端處

　　Store sw register_source, RAM_ destination 把源寄存器中的值（4 Bytes）存儲到RAM目的位址中

　　 sb register_source, RAM_ destination 把源寄存器的低端1個Byte， 存儲到RAM目的位址中

　　

　　 尋址相關指令

　　

　　分類 指令格式與執行個體 注釋

　　Load la $t0, val_1 複制val_1表示的位址到t0寄存器中

　　注： val_1是個Label

　　 lw $t2, ($t0) t0寄存器中的值作為位址，把這個位址起始的Word 複制到t2 中

　　 lw $t2, 4($t0) t0寄存器中的值作為位址， 把這個位址再加上偏移量4後 所起始的Word 複制到t2 中

　　Store sw $t2, ($t0) 把t2寄存器中值（1 Word），存儲到t0的值所指向的RAM中

　　 sw $t2, -12($t0) 把t2寄存器中值（1 Word），存儲到t0的值再減去偏移量12, 所指向的RAM 中

　　

　　4.2. 算數運算指令

　　 算數運算指令的所有操作數都是寄存器，不能直接使用RAM位址或間接尋址。

　　 操作數的大小都為 Word （4-Byte）

　　指令格式與執行個體 注釋

　　move $t5, $t1 $t5 = $t1;

　　add $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 + $t2; 帶符号數相加

　　sub $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 - $t2; 帶符号數相減

　　addi $t0, $t1, 5 $t0 = $t1 + 5;

　　addu $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 + $t2; 無符号數相加

　　subu $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 - $t2; 無符号數相減

　　mult $t3, $t4 $t3 乘以 $t4, 把64-Bits 的積，存儲到Lo，Hi中。

　　即： (Hi, Lo) = $t3 * $t4;

　　div $t5, $t6 Lo = $t5 / $t6 (Lo為商的整數部分)

　　Hi = $t5 mod $t6 (Hi為餘數)

　　mfhi $t0 $t0 = Hi

　　mflo $t1 $t1 = Lo

　　

　　4.3. 分支跳轉指令

　　 分支指令

　　指令格式與執行個體 注釋

　　b target 無條件的分支跳轉，将跳轉到target 标簽處

　　beq $t0, $t1, target 如果 $t0 == $t1, 則跳轉到target 标簽處

　　blt $t0, $t1, target 如果 $t0 < $t1, 則跳轉到target 标簽處

　　ble $t0, $t1, target 如果 $t0 <=$t1, 則跳轉到target 标簽處

　　bgt $t0, $t1, target 如果 $t0 > $t1, 則跳轉到target 标簽處

　　bge $t0, $t1, target 如果 $t0 >= $t1, 則跳轉到target 标簽處

　　bne $t0, $t1, target 如果 $t0 != $t1, 則跳轉到target 标簽處

　　

　　 跳轉指令

　　指令格式與執行個體 注釋

　　j target 無條件的跳轉, 将跳轉到target 标簽處

　　jr $t3 跳轉到t3寄存器所指向的位址處（Jump Register）

　　

　　4.4. 子函數調用指令

　　指令格式與執行個體 注釋

　　jal sub_routine_label 執行步驟：

　　1. 複制目前的PC（Program Counter）到$ra寄存器中。 因為目前的PC 值就是子函數執行完畢後的傳回位址。

　　2. 程式跳轉到子程式标簽sub_routine_label處。

　　

　　注：子函數的傳回，使用 jr $ra

　　

　　如果子函數内又調用了其他的子函數，那麼$ra的值應該被儲存到堆棧中。 因為$ra的值總是對應着目前執行的子函數的傳回位址。

【天涯部落格】本文位址http://blog.tianya.cn/blogger/post_show.asp?BlogID=1915807&PostID=18868775