自己动手写CPU之第九阶段——载入存储指令说明2（lwllwr）

Posted 2020-10-01 lxjshuju

将陆续上传新书《自己动手写CPU》。今天是第38篇，我尽量每周四篇，可是近期已经非常久没有实现这个目标了。一直都有事，不好意思哈。

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今天继续对MIPS32中载入存储指令进行说明（主要是lwl、lwr），上次已经介绍一些其它的载入存储指令，大家能够回想。

9.1.4 载入指令lwl、lwr说明

      载入指令lwl、lwr的格式如图9-6所看到的。

•  当指令中的指令码为6‘b100010时，是lwl指令。非对齐载入指令，向左载入

      指令使用方法为：lwl rt, offset(base)

      指令作用为：从内存中指定的载入地址处，载入一个字的最高有效部分。lwl指令对载入地址没有要求。从而同意地址非对齐载入，这是与前面介绍的lh、lhu、lw指令的不同之处。在大端模式、小端模式下，lwl指令的效果不同，由于OpenMIPS是大端模式，所以此处仅仅介绍在大端模式下lwl指令的效果。如果计算出来的载入地址是loadaddr，loadaddr的最低两位的值为n。将loadaddr最低两位设为0后的值称为loadaddr_align，例如以下。

载入地址loadaddr = signed_extended(offset) + GPR[base]

n = loadaddr[1:0]

loadaddr_align = loadaddr – n

      比如：如果计算出来的载入地址是5。lwl指令要从地址5载入数据。那么loadaddr就等于5，n等于1。loadaddr_align等于4。

      lwl指令的作用是从地址为loadaddr_align处载入一个字，也就是4个字节，然后将这个字的最低4-n个字节保存到地址为rt的通用寄存器的高位。而且保持低位不变。

      继续上例，此时loadaddr_align为4，所以从地址4处载入一个字，相应的是地址为4、5、6、7的字节，由于n等于1，所以将载入到的字的最低3个字节保存到地址rt的通用寄存器的高3个字节。如图9-7所看到的。

一个更加通用的描写叙述如图9-8所看到的。

•  当指令中的指令码为6‘b100110时，是lwr指令。非对齐载入指令，向右载入

      指令使用方法为：lwr rt, offset(base)

      指令作用为：从内存中指定的载入地址处，载入一个字的最低有效部分。还是如果计算出来的载入地址是loadaddr，loadaddr的最低两位的值为n。将loadaddr最低两位设为0后的值称为loadaddr_align，例如以下。

载入地址loadaddr = signed_extended(offset) + GPR[base]

n = loadaddr[1:0]

loadaddr_align = loadaddr – n

      比如：如果计算出来的载入地址是9，lwr指令要从地址9载入数据。那么loadaddr就等于9，n等于1。loadaddr_align等于8。

      lwr指令的作用是从地址为loadaddr_align处载入一个字。也就是4个字节。然后将这个字的最高n+1个字节保存到地址为rt的通用寄存器的低位，而且保持高位不变。

      继续上例，此时loadaddr_align为8。所以从地址8处载入一个字，相应的是地址为8、9、10、11的字节，由于n等于1。所以将载入到的字的最高2个字节保存到地址rt的通用寄存器的低2个字节。如图9-9所看到的。一个更加通用的描写叙述如图9-10所看到的。

      lwl与lwr指令配合能够实现从一个非对齐地址载入一个字，并且仅仅须要使用2条指令。提高了效率。比如：使用一般指令从地址7处载入一个字，那么能够使用下面代码实现。共5条指令。

lw  $1, 4($0)          # 取得地址0x4处的字，保存在$1中
lw  $2, 8($0)          # 取得地址0x8处的字，保存在$2中
sll $1, $1, 24         # $1左移24位
slr $2, $2, 8          # $2右移8位
or  $1, $1, $2         # $1与$2进行逻辑“或”运算，得到终于结果

      而有了lwl、lwr指令后。仅仅须要2条指令就可以。

例如以下。图9-11是对这个过程的描写叙述。

lwl $1, 7($0)
lwr $1,10($0)