MIPS架构知识点

Last Updated: 2023-12-08 13:03:20 Friday

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寄存器
Calling Convention
指令格式
在线MIPS模拟器
MIPS系统调用

MIPS架构知识点：

按4Bytes对齐访问内存
采用Big Endian
固定长度指令，4Bytes，word length

寄存器

32位MIPS架构共32个通用寄存器，从0开始编号，其命名规则如下：

命名	编号
$zero	$0
$at	$1
$v0	$2
$v1	$3
$a0	$4
$a1	$5
$a2	$6
$a3	$7
$t0	$8
$t1	$9
$t2	$10
$t3	$11
$t4	$12
$t5	$13
$t6	$14
$t7	$15
$s0	$16
$s1	$17
$s2	$18
$s3	$19
$s4	$20
$s5	$21
$s6	$22
$s7	$23
$t8	$24
$t9	$25
$k0	$26
$k1	$27
$gp	$28
$sp	$29
$fp	$30
$ra	$31

MIPS浮点数部分，有另外32个用于浮点数计算的寄存器，也许我们应该将浮点数看做一个CPU内部相对独立的部分，正如x86-64中的SIMD部分一样。只不过，编译器能很好的编译浮点数计算，确不能够自动编译出SIMD指令（也许未来会实现）。CPU内部的这些相对独立的部分越来越多，比如我们说的核显，集成的GPU，还有集成的NPU。这就是异构计算吧...难为了程序员，如何充分调用CPU的内部的计算资源，成了一个问题...

Calling Convention

$0永远为0
$a0 -- $a3用来pass parameters
$v0 -- $v1用来保存return value
$ra表示return address
$t0 -- $t9，t是temp，属于caller-save寄存器
$s0 -- $s7，s是save，属于callee-save寄存器
$sp，stack pointer
$fp，frame pointer

指令格式

所有指令均统一4字节长！

         6        5        5        5       5          6
R:  |   op   |   rs   |   rt   |   rd   |  shamt  |  funct  | 
I:  |   op   |   rs   |   rt   |       imm or address       |
J:  |   op   |                  address                     |

op: opcode
rs: the first register operand (base address in I type)
rt: the second register operand (target in lw instruction)
rd: destination register operand
shamt: shift amount （shift指令使用）
funct: function code, selects the specific variant of the operation in the op field
imm or address: 按补码的方式编码16bits正负整数。如果是branch指令，beq或bne，采用PC-relative寻址，此时这16bits表达的补码，要乘4，再加上PC的值（下一条指令地址）得到目的地址。

只有j和jal这两条指令使用J-format，此时寻址也是PC-relative方式，PC的值为当前指令地址+4，即下一条指令的地址，但只需要PC的前4bits，26bits的地址，需要乘4，即左移2位，得到28位地址，加上PC的前4位，组合乘32位地址。

在线MIPS模拟器

推荐一个还不错的在线MIPS模拟器：https://cpulator.01xz.net/?sys=mipsr5-spim

MIPS系统调用

现在一些大学依然采用MIPS教学，在做Lab的时候，需要了解MIPS体系的系统调用，来实现在模拟器上的输入和输出。MIPS系统调用整理如下表：

system call	Code in $v0	Arguments	Result
print_int	1	$a0=integer
print_float	2	$f12=float
print_double	3	$f12=double
print_string	4	$a0=address of string
read_int	5		int in $v0
read_float	6		float in $f0
read_double	7		double in $f0 ?
read_string	8	$a0=buffer address, $a1=length
sbrk	9	$a0=amount	address in $v0
exit	10

这些应该足够应付Lab了...

本文链接：https://cs.pynote.net/hd/asm/202310145/

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