MIPS体系结构和汇编语言快速入门

MIPS 体系结构和汇编语言快速入门

译者：Sonic Fu, Northeastern University, Boston, MA, USA

译者按：有修改，无删减，初学必读。学习笔记，抛砖引玉！网上有一个老版本，不如此版全面。 英文原版： http://logos.cs.uic.edu/366/notes/mips%20quick%20tutorial.htm#IOSystemCalls

本文分3部分： 1、寄存器

2、程序结构框架 3、编写汇编程序

概要：数据类型和文法

 数据类型： 字节,byte占用( 8bit ), halfword占2 byte= 16bit), word占用（4byte = 32bit）  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；  MIPS结构的每条指令长度都是32bit

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；此2寄存器不能直接寻址，

只能用特殊的指令：mfhi和mflo来aceess其中的内容。 （含义：mfhi = move from Hi, mflo = Move from Low.）

 堆栈（Stack）的增长方向是: 从内存的高地址方向, 向低地址方向；

汇编程序结构框架

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。汇编程序文件应该以.s为后缀，以在Spim软件中进行模拟。（实际上ASM也行。） 数据声明部分

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，也在主存（RAM）中创建了对应的空间。 程序代码部分

在源代码中，程序代码部分以 .text开始。这部分包含了由指令构成的程序功能代码。 代码以main: 函数开始。main的结束点应该调用exit system call，参见后文有关system call 的介绍。

程序的注释部分

使用#符号进行注释。每行以#引导的部分都被视作注释。

一个MIPS汇编程序框架：

编写MIPS汇编程序：

Content：

PartI: Part II： Part III： Part IV： Part V Part VI: 数据的声明

数据的装载和保存（Load/Store 指令） 寻址

算术运算指令：Arithmetic Instructions 程序控制指令：Control Instructions 系统调用和I/O操作（

SPIM仿真）

PartI:数据的声明

创建一个以name为变量名称，values通常为初始值，storage_type代表存储类型。

Part II：数据的装载和保存（Load/Store 指令）

 主存（RAM）的存取access只能用load / store 指令来完成。  所有其他的指令都使用的是寄存器作为操作数。

举个例子：

MIPS系统结构只能用load/store 相关指令来实现寻址操作，包含3中寻址方式： 装载地址：，相当于直接寻址，把数据地址直接载入寄存器。 间接寻址：，间接寻址，把寄存器内容作为地址

基线寻址/

索引寻址：based or indexed addressing，相对寻址，利用补偿值(offset)寻址。

把var1在主存（RAM

）中的地址拷贝到寄存器t0中。var1也可以是程序中定义的一个子程序标签的地址。

把t2中的字存入t0中的地址指向的主存位置。

把t0中地址+4所得的地址所对应的主存中的字载入寄存器t2中，4为包含在t0中的地址的偏移量。 store word in register $t2 into RAM at address ($t0 - 12)，negative offsets are fine Note: based addressing is especially useful for: arrays; access elements as offset from base address

stacks; easy to access elements at offset from stack pointer or frame pointer 此次是负的偏移量。

注意：基线寻址在一下场合特别有用：

1、数组：从基址出发寻找数组元素，通过使用偏移量。

2、堆栈：利用从堆栈指针到框架指针之间的偏移量来读写元素。

Part IV 算术运算指令：Arithmetic Instructions

 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）

Part V 程序控制指令：Control Instructions

子程序调用指令的实质是跳转并链接（Jump and Link）, 它把当前程序计数器的值保留到$ra中，以备跳回）：

sub_label为子程序的标签，如 LOOP， SUB_ROUTINE

注意，返回地址存放在$ra寄存器中。如果子程序调用了下一级子程序，或者是递归调

用，此时需要将返回地址保存在堆栈中，因为每执行一次jal指令就会覆盖$ra中的返回地址。

Part VI: 系统调用和I/O操作（SPIM仿真）

系统调用是指调用操作系统的特定子程序。

系统调用用来在仿真器的窗口中打印或者读入字符串string, 并可显示程序是否结束。 用syscall指令进行对系统子程序的调用。 本操作首先支持$v0 and $a0-$a1中的相对值

调用以后的返回值（如果存在）会保存在$v0中。

表二：系统调用的功能：

The print_string service expects the address to start a null-terminated character string. The directive .asciiz creates a null-terminated character string. 打印字符串的功能认为起始地址为一个空终止符串。声明字符串使用的.asciiz指示符会建立一个空终止符串。

The read_int, read_float and read_double services read an entire line of input up to and including the newline character.

读入整形，读入浮点型和读入双精度的功能会读取一整行，包含换行符。

The read_string service has the same semantices as the UNIX library routine fgets. It reads up to n-1 characters into a buffer and terminates the string with a null character.

If fewer than n-1 characters are in the current line, it reads up to and including the newline and terminates the string with a null character.

读入字符串的功能和UNIX库中fgets函数的语法相同。他会读入n-1个字符到缓存，然后以空字符结尾。如果少于n-1的字符，它会读到结尾并包含换行符，并以空字符结尾。

The sbrk service returns the address to a block of memory containing n additional bytes. This would be used for dynamic memory allocation.

sbrk功能返回一个包含有n个附加字节的存储区的地址，这回被用于动态内存分配。

exit功能用于停止程序运行。

e.g. Print out integer value contained in register $t2 例：打印在$t2中的整数的值