MIPS汇编快速入门

时间：2025-02-09 15:02:41

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原文

MIPS汇编快速入门

数据类型

使用定长指令，所有指令都是32位长的
2.1字节=8位，半字长=2个字节（32位），1字长=4个字节
3.一个字符空间=1个字节
4.一个整形=一个字长=4个字节
5.单个字符用单引号
6.字符串用双引号

寄存器

  • MIPS下一共有32个通用寄存器
  • 在汇编中，寄存器标志以$开头
  • 寄存器表示可以有两种方式：
    1.直接使用该寄存器对应的编号，例如：从$0到$31
    2.使用对应的寄存器名称，例如 t1, t 1 , sp，详见下文
    对于乘法和除法分别有对应的两个寄存器 lo, l o , hi
  • 对于以上两者，不存在直接寻址，必须通过mfhi(“move from hi”)和mflo(“move from lo”)分别来进行访问对应的内容。
  • 栈的走向是从高地址向低地址

MIPS下各个寄存器编号及描述

寄存器编号 寄存器名 寄存器用途
0 zero 永远返回0
1 $at 汇编保留寄存器（不可用作其他用途）
2-3 $v0-$v1 (value的简写)存储表达式或者函数的返回值
4-7 $a0-$a3 (Argument简写)存储子程序的前4个参数，在子程序调用过程中释放
8-15 $t0-$t7 (temp简写)临时变量，同上调用时不保存
16-23 $s0-$s7 (Save or Static简写？)静态变量？调用时保存
24-25 $t8-$t9 (Temp简写)算是前面$0-$7的继续，属性同$t0-$t7
26-27 $k0-$k1 (break off简写?)中断函数返回值，不可做其他用途
28 gp|(GlobalPointer简写)指向64k( g p | ( G l o b a l P o i n t e r 简 写 ) 指 向 64 k ( 2^{16}$)大小的静态数据块的中间地址
29 $sp (Stack Pointer简写)栈指针，指向栈顶
30 $s8/$fp (Save / Frame Pointer)帧指针
31 $ra 返回地址，目测不可用作其他用途

程序结构

本质就是数据声明+普通文本+程序编码（文件后缀为.s或.asm）
数据声明在代码段之后（在之前也没什么问题）

数据声明

  • 数据段以.data为开始标志
  • 声明变量后，即在主存中分配空间

代码

  • 代码段以.text为开始标志
  • 其实就是各项指令操作
  • 程序入门为main:标志
  • 程序结束标志（见下文）

注释

同C系语言
基本模板

# Comment giving name of program and description of function
# 说明下程序的目的和作用（其实和高级语言都差不多了）
# 
#Bare-bones outline of MIPS assembly language program


           .data       # variable declarations follow this line
                # 数据变量声明
                       # ...

           .text       # instructions follow this line  
               # 代码段部分                                                          
main:                  # indicates start of code (first instruction to execute)
                       # 主程序
                       # ...

# End of program, leave a blank line afterwards to make SPIM happy
# 必须多给你一行，你才欢？

数据声明

声明的格式：

变量名：（冒号不可缺少） 数据类型 变量值

通常给变量赋一个初始值，对于.space，需要指明需要多少大小空间(bytes)

加载/保存 指令集

  • 如果要访问内存，只能够使用load/store指令
  • 其他的只能是寄存器操作

load

lw

lw register_destination, RAM_source
从内存中复制RAM_source的内容到对应的寄存器中（w意味word，即该数据大小为4个字节）

lb

lb register_destination, RAM_source
同上，lb为load byte

store

sw

sw register_source, RAM_destination
指将指定寄存器中的数据写入到特定的内存中

sb

sb register_source, RAM_destination
同lb

load immediate

li

li register_destination, value
顾名思义，加载立即数

立即与间接寻址

la (load address 直接给地址)

例如la $to,var1表示的是将var1中的内存地址塞入$to中

间接寻址

地址是寄存器的内容（也可以理解为指针）
lw $t2,($t0) load word at RAM address contained in $t0 into $t2
sw $t2,($t0) store word in register $t2 into RAM at address contained in $t0

加偏移量

lw $t2,4($t0) load word at RAM address ($t0+4) into register $t2,”4” gives offset from address in register $t0
sw $t2,-12($t0) store word in register $t2 into RAM at address ($t0 - 12),negative offsets are fine

算术指令集

  • 最多三个操作数
  • 操作数只能是寄存器，不允许出现地址
  • 所有指令统一是32位
  add $t0,$t1,$t2 # $t0 = $t1 + $t2; add as signed (2's complement) integers

        sub $t2,$t3,$t4	#  $t2 = $t3 Ð $t4
        addi    $t2,$t3, 5  #  $t2 = $t3 + 5;   "add immediate" (no sub immediate)
        addu    $t1,$t6,$t7	#  $t1 = $t6 + $t7;   add as unsigned integers
        subu    $t1,$t6,$t7	#  $t1 = $t6 + $t7;   subtract as unsigned integers

        mult    $t3,$t4        #  multiply 32-bit quantities in $t3 and $t4, and store 64-bit
                    #  result in special registers Lo and Hi:  (Hi,Lo) = $t3 * $t4
　运算结果存储在hi,lo（hi高位数据， lo低位数据）
        div $t5,$t6        #  Lo = $t5 / $t6   (integer quotient)
                    #  Hi = $t5 mod $t6   (remainder)
　商数存放在 lo, 余数存放在 hi
        mfhi    $t0		#  move quantity in special register Hi to $t0:   $t0 = Hi
  不能直接获取 hi 或 lo中的值， 需要mfhi, mflo指令传值给寄存器
        mflo    $t1		#  move quantity in special register Lo to $t1:   $t1 = Lo
                    #  used to get at result of product or quotient

        move    $t2,$t3    #  $t2 = $t3

控制流

分支（if else系列）

        b   target      #  unconditional branch to program label target
        beq $t0,$t1,target #  branch to target if  $t0 = $t1
        blt $t0,$t1,target #  branch to target if  $t0 < $t1
        ble $t0,$t1,target #  branch to target if  $t0 <= $t1
        bgt $t0,$t1,target #  branch to target if  $t0 > $t1
        bge $t0,$t1,target #  branch to target if  $t0 >= $t1
        bne $t0,$t1,target #  branch to target if  $t0 <> $t1

跳转（while,for,goto系列）

        j   target   #  unconditional jump to program label target
　    看到就跳， 不用考虑任何条件
        jr  $t3		#  jump to address contained in $t3 ("jump register")
　 类似相对寻址，跳到该寄存器给出的地址处

子程序调用

    jal sub_label   #  "jump and link"

将当前的程序计数器保存在$ra中，通过上面保存在$ra中的计数器返回到调用前
如果说调用的子程序中有调用了其他子程序，如此往复，则返回地址的标记就用栈来存储。

系统调用与输入/输出 （主要针对SPIM模拟器）

  • 使用syscall，以下指令应该是通用的。
  • 参数所使用的寄存器：$v0,$a0,$a1
  • 返回值使用： $v0
Service Code in $v0 对应功能的调用码 Arguemnts 所需参数 Results 返回值
打印一个整型 $v0=1 将要打印的整型赋值给$a0
打印一个浮点数 $v0=2 将要打印的浮点数赋值给$f12
打印双精度浮点数 |v0=3 将要打印的双精度浮点数赋值给$f12
打印字符串 $v0=4 将要打印的字符串的地址赋值给$a0
读取一个整型 $v0=5 将读取的整型赋值给$v0
读取浮点数 $v0=6 将读取的浮点数赋值给$v0
读取双精度浮点数 $v0=7 将读取的双精度浮点数赋值给$v0
读取字符串 $v0=8 将读取字符串地址赋值给$a0，将读取字符串的长度赋值给$a1
sbrk(应该同C中的sbrk()函数一样) 动态分配内存 $v0=9 $a0=amount 需要分配的空间大小，单位目测是字节 将分配好的空间首地址给$a0
退出 \v0=10 退出

* 打印的字符串应该有一个终止符（’\0’），声明字符串为.asciiz类型即可。
* 对于读取整型，浮点数，双精度浮点数等数据操作，系统会读取一整行（以’\n’为结束）
* 读取字符串时，输入过长就截短，短了不补，最后会加上终止符
* The sbrk service returns the address to a block of memory containing n additional bytes. This would be used for dynamic memory allocation.

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