MIPS汇编指令集

Posted 2022-12-13 逆水东流

MIPS汇编

MIPS指令集

MIPS指令集属于精简指令集

MIPS的所有指令都是32位，指令格式简单，而X86的指令长度不是固定的。

简单的指令和格式易于译码和流水线操作，但是代码密度不高，导致二进制文件大

MIPS有32个通用寄存器REG，为什么是32个而不是更多呢？
因为更多的寄存器需要更多的指令空间对寄存器编码，也会增加上下文切换的负担。

MIPS指令格式

R格式

6	5	5	5	5	6
op	rs	rt	rd	shamt	funct

用处：
寄存器-寄存器ALU操作
读写专用寄存器

I格式

6	5	5	16
op	rs	rt	立即数操作

用处：
加载/存储字节，半字，字，双字
条件分支，跳转，跳转并链接寄存器

J格式

6	26
op	跳转地址

用处：
跳转，跳转并链接
陷阱和从异常中返回

各字段含义：
op:指令基本操作，称为操作码。
rs:第一个源操作数寄存器。
rt:第二个源操作数寄存器。
rd:存放操作结果的目的操作数。
shamt:位移量；
funct:函数，这个字段选择op操作的某个特定变体。

例：

add $t0,$s0,$s1  

表示$t0=$s0+$s1,即16号寄存器（s0)的内容和17号寄存器(s1)的内容相加，结果放到8号寄存器(t0)。
指令各字段的十进制表示为：

0	16	17	8	0	32

op=0和funct=32表示这是加法，
16=$s0表示第一个源操作数(rs)在16号寄存器里， 17=$s1表示第二个源操作数(rt)在17号寄存器里，
8=$t0表示目的操作数(rd)在8号寄存器里。
把各字段写成二进制，为：

000000	10000	10001	01000	00000	100000

这就是上述指令的机器码（machine code),可以看出是很有规则性的。

MIPS指令

MIPS没有栈操作指令 ，调用子程序时没有自动压栈的call指令，只能用jal。

MIPS的内存映射、中断等功能都做到了协处理器0(cp0)中，浮点运算做到了协处理器1(cp1)中。

MIPS的寻址方式最简单，仅有寄存器加偏移寻址方式。

MIPS常用指令集

lb/lh/lw: 从存储器中读取一个byte/half word/word的数据到寄存器中.如 lb $1, 0($2)
sb/sh/sw: 把一个byte/half word/word的数据从寄存器存储到存储器中.如 sb $1, 0($2)
add/addu:把两个定点寄存器的内容相加add $1,$2,$3($1=$2+$3);u为不带符号加。 addi/addiu:把一个寄存器的内容加上一个立即数add $1,$2,#3($1=$2+3);u为不带符号加。
sub/subu：把两个定点寄存器的内容相减。
div/divu:两个定点寄存器的内容相除。
mul/mulu:两个定点寄存器的内容相乘。
and/andi:与运算，两个寄存器中的内容相与and $1,$2,$3($1=$2 &$3);i为立即数。
or/ori:或运算。
xor/xori:异或运算。
beq/beqz/benz/bne:条件转移eq相等，z零，ne不等。
j/jr/jal/jalr:j直接跳转；jr使用寄存器跳转；
lui:把一个16位的立即数填入到寄存器的高16位，低16位补零。
sll/srl:逻辑左移/右移sll $1,$2,#2。
slt/slti/sltui:如果$2的值小于$3，那么设置$1的值为1，否则设置$1的值为0。slt $1,$2,$3。
mov/movz/movn:复制，n为负，z为零。mov $1,$2; movz $1,$2,$3($3为零则复制$2到$1)。
trap:根据地址向量转入管态。
eret:从异常中返回到用户态。

32个通用寄存器

0($zero): 永远返回值为0
1($at): 用做汇编器的暂时变量
2-3($v0-$v1): 子函数调用返回结果
4-7($a0-$a3): 子函数调用的参数
8-15($t0-$t7)： 暂时变量，子函数使用时不需要保存与恢复
16-23($s0-$s7)： 子函数寄存器变量。子函数必须保存和恢复使用过的变量在函数返回之前，从而调用函数知道这些寄存器的值没有变化。
24-25($t8-$t9)： 暂时变量，子函数使用时不需要保存与恢复
26-27($k0-$k1)： 通常被中断或异常处理程序使用作为保存一些系统参数
28($gp)： 全局指针。一些运行系统维护这个指针来更方便的存取“static“和”extern”变量。
29($sp)： 堆栈指针
30($s8/$fp)： 第9个寄存器变量。子函数可以用来做桢指针
31($ra)： 子函数的返回地
cp0：协处理器0，MIPS对CPU的控制用cp0完成