mips的32个寄存器

 

MIPS comes with 32 general purpose registers named $0. . . $31
Registers also have symbolic names reflecting their conventional8 use:
$0  $zero constant 0
$1  $at used by assembler
$2  $v0 function result
$3  $v1 function result
$4  $a0 argument 1
$5  $a1 argument 2
$6  $a2 argument 3
$7  $a3 argument 4
$8  $t0 unsaved temporary
$9  $t1 unsaved temporary
$10 $t2 unsaved temporary
$11 $t3 unsaved temporary
$12 $t4 unsaved temporary
$13 $t5 unsaved temporary
$14 $t6 unsaved temporary
$15 $t7 unsaved temporary
$16 $s0 saved temporary
$17 $s1 saved temporary
$18 $s2 saved temporary
$19 $s3 saved temporary
$20 $s4 saved temporary
$21 $s5 saved temporary
$22 $s6 saved temporary
$23 $s7 saved temporary
$24 $t8 unsaved temporary
$25 $t9 unsaved temporary
$26 $k0 reserved for EXCEPTION
$27 $k1 reserved for  EXCEPTION
$28 $gp pointer to global data
$29 $sp stack pointer
$30 $fp frame pointer
$31 $ra return address

寄存器号            符号名            用途
 0                 始终为0     看起来象浪费,其实很有用
 1                 at          保留给汇编器使用
 2-3               v0,v1       函数返回值
 4-7               a0-a3       前头几个函数参数
 8-15              t0-t7       临时寄存器,子过程可以不保存就使用
 24-25             t8,t9       同上
 16-23             s0-s7       寄存器变量,子过程要使用它必须先保存
                               然后在退出前恢复以保留调用者需要的值
 26,27             k0,k1       保留给异常处理函数使用
 28                gp          global pointer;用于方便存取全局或者静态变量
 29                sp          stack pointer
 30                s8/fp       第9个寄存器变量;子过程可以用它做frame pointer
 31                 ra         返回地址
硬件上这些寄存器并没有区别(除了0号),区分的目的是为了不同的编译器产生的代码可以通用
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lui 中i表示加载常数
li r, c:加载16bit或32bit常数到r
lui r, c:加载16bit常数到r的高16位load constant halfword c into upper halfword of register r
(translation of pseudo instructions)
伪指令                      翻译的实际指令
not r, s        ==>         nor r, s, $0
move r, s       ==>         or r, s, $0
li r, c         ==>         ori r, $0, c     load immediate (c: 16 bit constant)
li r, 0xABCDEF00==>         lui $at, 0xABCD和ori r, $at, 0xEF00 (c: 32 bit constant)
and $t0, $t0, 0xFFFFFF00==> lui $at, 0xFFFF
                            ori $at, 0xFF00
                            and $t0, $t0, $at
.ascii s              ASCII encoded characters of string s
.asciiz s             like .ascii, null-terminated
.word w1, w2, . . .   32-bit words w1, w2, . . .
.half h1, h2, . . .   16-bit halfwords h1, h2, . . .
.byte b1, b2, . . .   8-bit bytes b1, b2, . . .
.float f1, f2, . . .  32-bit single precision floating point numbers f1, f2, . . .
.double d1, d2, . . . 64-bit double precision floating point numbers d1, d2, . . .
.space n              n zero bytes


使用la伪指令访问数据区
la  $t0, str
lb  $t1, ($t0)  # access byte at address $t0 (’f’)
add $t0, $t0, 3
lb  $t2, ($t0)  # access byte at address $t0 + 3 (’b’)

.data
str: .asciiz "foobar"


load word/halfword/byte at address a into target register r
lw r, a
lh r, a  sign extension
lb r, a  sign extension
lhu r, a no sign extension
lbu r, a no sign extension
store word/halfword/byte in register r at address a
sw r, a
sh r, a stores low halfword
sb r, a stores low byte

Example (copy a sequence of n bytes from address src to address dst):
       .text
       .globl   __start
__start:
       # length n of byte sequence - 1
       li       $t0, 5
copy:
       lb       $t1, src($t0)  # pseudo! (src: 32 bits wide)
       sb       $t1, dst($t0)
       sub      $t0, $t0, 1
       bgez     $t0, copy
      .data
src:  .byte 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66
dst:  .space 6
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http://www.mips-in-china.com/Study/ShowArticle.asp?ArticleID=147

mfc0 - move from c0
cfc0 - copy from c0

mfc0    t0,c0_status
lui     at,0x1000
ori     at,at,0x1f
or      t0,t0,at
xori    t0,t0,0x1f
mtc0    t0,c0_statu

于协处理器CP0的访问，需要使用特别的指令。这些指令属于“特权级指令”，只有在内核态(Kernel Mode)下才能执行。如果在用户态下，会引起一个异常(Exception)。
对CP0的主要操作有以下的指令： 
mfc0 rt, rd 将CP0中的rd寄存器内容传输到rt通用寄存器； 
mtc0 rt, rd 将rt通用寄存器中内容传输到CP0中寄存器rd； 
mfhi/mflo rt 将CP0的hi/lo寄存器内容传输到rt通用寄存器中； 
mthi/mtlo rt 将rt通用寄存器内容传输到CP0的hi/lo寄存器中； 
当MIPS体系结构演进到MIPS IV的64位架构后，新增了两条指令dmfc0和dmtc0，向CP0的寄存器中读/写一个64bit的数据。

r4k MIPS CPU中和异常相关的控制寄存器(这些寄存器由协处理器cp0控制,有独立的存取方法)有:
      1.status 状态寄存器
      31  28 27 26 25 24        16 15          8 7 6  5 4 3  2   1   0
     ------------------------------------------------------------------
     | cu0-3|RP|FR|RE| Diag Status|   IM7-IM0  |KX|SX|UX|KSU|ERL|EXL|IE|
     ------------------------------------------------------------------
     其中KSU,ERL,EXL,IE位在这里很重要:
       KSU: 模式位 00 -kernel  01--Supervisor 10--User
       ERL: error level,0->normal,1->error
       EXL: exception level,0->normal,1->exception,异常发生是EXL自动置1
       IE: interrupt Enable, 0 -> disable interrupt,1->enable interrupt
       (IM位则可以用于enbale/disable具体某个中断,ERL||EXL=1 也使得中断不能响应)
      系统所处的模式由KSU,ERL,EXL决定:
        User mode: KSU = 10 && EXL=0 && ERL=0
 Supervisor mode(never used): KSU=01 && EXL=0 && ERL=0
 Kernel mode: KSU=00 || EXL=1 || ERL=1
      2.cause寄存器
       31 30 29 28 27          16 15           8 7 6          2  1  0
      ----------------------------------------------------------------
      |BD|0 | CE  |     0        | IP7 - IP0    |0|Exc code     | 0  |
      ----------------------------------------------------------------
      异常发生时cause被自动设置
      其中:
        BD指示最近发生的异常指令是否在delay slot中
 CE 发生coprocessor unusable异常时的coprocessor编号(mips有4个cp)
 IP: interrupt pending, 1->pending,0->no interrupt,CPU有6个中断
     引脚,加上两个软件中断(最高两个)
 Exc code:异常类型,所有的外设中断为0,系统调用为8,...
      3.EPC
         对一般的异常,EPC包含:
    . 导致异常的指令地址(virtual)
    or. if 异常在delay slot指令发生,该指令前面那个跳转指令的地址
  当EXL=1时,处理器不写EPC
      4.和存储相关的:
        context,BadVaddr,Xcontext,ECC,CacheErr,ErrorEPC
 以后再说

      一般异常处理程序都是先保存一些寄存器,然后清除EXL以便嵌套异常,
      清除KSU保持核心态,IE位看情况而定;处理完后恢复一些保存内容以及CPU状态
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MIPS 指令集(共 31条）

MIPS 指令集(共31条）
助记符	指令格式						示例	示例含义	操作及其解释
Bit #	31..26	25..21	20..16	15..11	10..6	5..0
R-type	op	rs	rt	rd	shamt	func
add	000000	rs	rt	rd	00000	100000	add $1,$2,$3	$1=$2+$3	rd <- rs + rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1
addu	000000	rs	rt	rd	00000	100001	addu $1,$2,$3	$1=$2+$3	rd <- rs + rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数
sub	000000	rs	rt	rd	00000	100010	sub $1,$2,$3	$1=$2-$3	rd <- rs - rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1
subu	000000	rs	rt	rd	00000	100011	subu $1,$2,$3	$1=$2-$3	rd <- rs - rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数
and	000000	rs	rt	rd	00000	100100	and $1,$2,$3	$1=$2 & $3	rd <- rs & rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1
or	000000	rs	rt	rd	00000	100101	or $1,$2,$3	$1=$2 | $3	rd <- rs | rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1
xor	000000	rs	rt	rd	00000	100110	xor $1,$2,$3	$1=$2 ^ $3	rd <- rs xor rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(异或）
nor	000000	rs	rt	rd	00000	100111	nor $1,$2,$3	$1=~($2 | $3)	rd <- not(rs | rt)   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(或非）
slt	000000	rs	rt	rd	00000	101010	slt $1,$2,$3	if($2<$3)    $1=1 else    $1=0	if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1
sltu	000000	rs	rt	rd	00000	101011	sltu $1,$2,$3	if($2<$3)    $1=1 else    $1=0	if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1   (无符号数）
sll	000000	00000	rt	rd	shamt	000000	sll $1,$2,10	$1=$2<<10	rd <- rt << shamt  ；shamt存放移位的位数，   也就是指令中的立即数，其中rt=$2, rd=$1
srl	000000	00000	rt	rd	shamt	000010	srl $1,$2,10	$1=$2>>10	rd <- rt >> shamt ；(logical) ，其中rt=$2, rd=$1
sra	000000	00000	rt	rd	shamt	000011	sra $1,$2,10	$1=$2>>10	rd <- rt >> shamt  ；(arithmetic) 注意符号位保留  其中rt=$2, rd=$1
sllv	000000	rs	rt	rd	00000	000100	sllv $1,$2,$3	$1=$2<<$3	rd <- rt << rs  ；其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1
srlv	000000	rs	rt	rd	00000	000110	srlv $1,$2,$3	$1=$2>>$3	rd <- rt >> rs  ；(logical)其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1
srav	000000	rs	rt	rd	00000	000111	srav $1,$2,$3	$1=$2>>$3	rd <- rt >> rs  ；(arithmetic) 注意符号位保留  其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1
jr	000000	rs	00000	00000	00000	001000	jr $31	goto $31	PC <- rs
I-type	op	rs	rt	immediate
addi	001000	rs	rt	immediate			addi $1,$2,100	$1=$2+100	rt <- rs + (sign-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2
addiu	001001	rs	rt	immediate			addiu $1,$2,100	$1=$2+100	rt <- rs + (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2
andi	001100	rs	rt	immediate			andi $1,$2,10	$1=$2 & 10	rt <- rs & (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2
ori	001101	rs	rt	immediate			andi $1,$2,10	$1=$2 | 10	rt <- rs | (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2
xori	001110	rs	rt	immediate			andi $1,$2,10	$1=$2 ^ 10	rt <- rs xor (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2
lui	001111	00000	rt	immediate			lui $1,100	$1=100*65536	rt <- immediate*65536 ；将16位立即数放到目标寄存器高16          位，目标寄存器的低16位填0
lw	100011	rs	rt	immediate			lw $1,10($2)	$1=memory[$2  +10]	rt <- memory[rs + (sign-extend)immediate] ；rt=$1,rs=$2
sw	101011	rs	rt	immediate			sw $1,10($2)	memory[$2+10]  =$1	memory[rs + (sign-extend)immediate] <- rt ；rt=$1,rs=$2
beq	000100	rs	rt	immediate			beq $1,$2,10	if($1==$2)   goto PC+4+40	if (rs == rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2
bne	000101	rs	rt	immediate			bne $1,$2,10	if($1!=$2)  goto PC+4+40	if (rs != rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2
slti	001010	rs	rt	immediate			slti $1,$2,10	if($2<10)    $1=1 else    $1=0	if (rs <(sign-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ；    其中rs＝$2，rt=$1
sltiu	001011	rs	rt	immediate			sltiu $1,$2,10	if($2<10)    $1=1 else    $1=0	if (rs <(zero-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ；   其中rs＝$2，rt=$1
J-type	op	address
j	000010	address					j 10000	goto 10000	PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0   ；address=10000/4
jal	000011	address					jal 10000	$31<-PC+4;  goto 10000	$31<-PC+4；PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0    ；address=10000/4

注意：因为MIPS16只有16个16位的寄存器，所以JAL指令中$31改成$15, 所有立即数均无需扩展，LUI指令直接就是将立即数付给RT寄存器。