MIPS架构与汇编语言快速入门
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MIPS架构与汇编语言快速入门
━ 译自伊利诺大学网页。有内容删减和增加。 原文链接为： http://logos.cs.uic.edu/366/notes/MIPS%20Quick%20Tutorial.htm
译者：Clark J Li 李久
日期：2009/9/5
1. 数据类型
1.1. 数据类型
字节(Byte)为8 Bits；
半字(Half-word) 为16 Bits 即2个字节；
字 (Word) 为32 Bits 即4个字节；
一个字符需要一个Byte的空间；
一个整数需要1个Word（4 Byte）的空间；
1.2. 指令长度
所有的指令都是32 Bits 的长度；
2. 寄存器
MIPS体系架构有32个通用寄存器。在汇编程序中，可以用编号 $0 到 $31来表示；
也可以用寄存器的名字来进行表示， 例如： $sp, $t1, $ra….
有两个特殊的寄存器 Lo, Hi, 用来保存乘法/除法的运算结果；
堆栈（Stack）的增长方向是: 从内存的高地址方向, 向低地址方向；
寄存器编号
Register Number 寄存器名称
Register Alternative Name 寄存器描述
Description
0 Zero 第0号寄存器，其值始终为0
1 $at (Assembler Temporary) 是Assembler保留的寄存器
2 ~ 3 $v0 ~ $v1 保存表达式或函数返回的结果
4 ~ 7 $a0 ~ $a3 作为函数的前四个入参。在函数调用的过程中不会被保存。
8 ~ 15 $t0 ~ $t7 供汇编程序使用的临时寄存器。
其值在函数调用的过程中不会被保存。
16 ~ 23 $s0 ~ $s7 子函数在使用这类寄存器时, 必须保其初始值, 在子函数退出前, 必须恢复其原来的初始值. 其值在函数调用的过程中会被保存。
24 ~ 25 $t8 ~ $t9 与$t0 ~ $t7的用法相同.
26 ~ 27 $k0 ~ $k1 仅供中断(interrupt/trap)处理函数使用.
28 $gp 全局指针.
29 $sp 堆栈指针， 指向堆栈的栈顶。
30 $s8/$fp 保存的值/帧指针。
其值在函数调用的过程中会被保存。
31 $ra 返回地址
3. 程序结构
汇编源程序代码本质上是文本文件。由数据声明、代码段 两部分组成。
3.1. 数据声明
在源代码中，数据声明部分以 .data开始。声明了在代码中使用的变量的名字。同时，也在RAM中创建了对应的空间。
数据声明的格式：
Name: storage_type value(s)
举例：
Var1: .word 3 # 创建了一个占1 Word空间的变量， 并赋初值3
3.2. 代码段
在源代码中，以 .text开始。列出了汇编代码。 各个不同功能的代码段，用标签来标识。
3.3. MIPS 汇编程序例子
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. 汇编指令
4.1. Load/Store指令
RAM访问相关
关于RAM的访问只能使用Load/Store指令。
分类 指令格式 注释
Load li register_destination, value 立即数加载。 把value 加载到目标寄存器
lw register_destination, RAM_source 从RAM源地址处 复制一个Word（4 Bytes）到目标寄存器
lb register_destination, RAM_source 从RAM源地址处 复制一个Byte到目标寄存器的低端处
Store sw register_source, RAM_ destination 把源寄存器中的值（4 Bytes）存储到RAM目的地址中
sb register_source, RAM_ destination 把源寄存器的低端1个Byte， 存储到RAM目的地址中
寻址相关指令
分类 指令格式与实例 注释
Load la $t0, val_1 复制val_1表示的地址到t0寄存器中
注： val_1是个Label
lw $t2, ($t0) t0寄存器中的值作为地址，把这个地址起始的Word 复制到t2 中
lw $t2, 4($t0) t0寄存器中的值作为地址， 把这个地址再加上偏移量4后 所起始的Word 复制到t2 中
Store sw $t2, ($t0) 把t2寄存器中值（1 Word），存储到t0的值所指向的RAM中
sw $t2, -12($t0) 把t2寄存器中值（1 Word），存储到t0的值再减去偏移量12, 所指向的RAM 中
4.2. 算数运算指令
算数运算指令的所有操作数都是寄存器，不能直接使用RAM地址或间接寻址。
操作数的大小都为 Word （4-Byte）
指令格式与实例 注释
move $t5, $t1 $t5 = $t1;
add $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 + $t2; 带符号数相加
sub $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 - $t2; 带符号数相减
addi $t0, $t1, 5 $t0 = $t1 + 5;
addu $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 + $t2; 无符号数相加
subu $t0, $t1, $t2 $t0 = $t1 - $t2; 无符号数相减
mult $t3, $t4 $t3 乘以 $t4, 把64-Bits 的积，存储到Lo，Hi中。
即： (Hi, Lo) = $t3 * $t4;
div $t5, $t6 Lo = $t5 / $t6 (Lo为商的整数部分)
Hi = $t5 mod $t6 (Hi为余数)
mfhi $t0 $t0 = Hi
mflo $t1 $t1 = Lo
4.3. 分支跳转指令
分支指令
指令格式与实例 注释
b target 无条件的分支跳转，将跳转到target 标签处
beq $t0, $t1, target 如果 $t0 == $t1, 则跳转到target 标签处
blt $t0, $t1, target 如果 $t0 < $t1, 则跳转到target 标签处
ble $t0, $t1, target 如果 $t0 <=$t1, 则跳转到target 标签处
bgt $t0, $t1, target 如果 $t0 > $t1, 则跳转到target 标签处
bge $t0, $t1, target 如果 $t0 >= $t1, 则跳转到target 标签处
bne $t0, $t1, target 如果 $t0 != $t1, 则跳转到target 标签处
跳转指令
指令格式与实例 注释
j target 无条件的跳转, 将跳转到target 标签处
jr $t3 跳转到t3寄存器所指向的地址处（Jump Register）
4.4. 子函数调用指令
指令格式与实例 注释
jal sub_routine_label 执行步骤：
1. 复制当前的PC（Program Counter）到$ra寄存器中。 因为当前的PC 值就是子函数执行完毕后的返回地址。
2. 程序跳转到子程序标签sub_routine_label处。
注：子函数的返回，使用 jr $ra
如果子函数内又调用了其他的子函数，那么$ra的值应该被保存到堆栈中。 因为$ra的值总是对应着当前执行的子函数的返回地址。
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