MIPS 体系结构中的寄存器 和常用的命令

        今天是来龙芯的第四十五天,从PMON开始学习,现在对MIPS的体系结构,有了简单的了解。从这周开始吧,打算每周将所学的知识点进行总结,都将发表在我的博客上

面。希望这个远景能够达成吧。给自己先定个 小目标,每周写一篇博客,作为自己的只是积累,都知道没有量变又怎么会有质变呢。一个人的改变是需要时间的!!!

都知道现在的处理器体系结构主要分为三种,一种 众所周知的intel的x86结构,还有就是ARM体系结构。这两种类型的处理器是市场上主要流行的处理器。起始从计算机的发展

历史来看,还有一种体系结构,那就是MIPS体系结构,只不过现在在国际上这种结构的处理器很少。几乎不被大家所知道。而龙芯就是采用这种架构的cpu处理器厂商。从发展

至今,MIPS体系结构和其他两种相比,现在有着先天的不足,那就是整个体系内的生体建设。上至顶层的应用软件,下至底层的bios和驱动软件,都缺少在这个平台上面的支

持。因此对于龙芯而言,想要发展自己的cpu体系内的一系列产品,这些软件的支持是必不可少的。所以龙芯的发展道路还很长,很艰难。

来到这边开始做底层的bios,现在国内bios也在发生巨大的变革。由传统bios逐渐转型到UEFI这个主流社区。所有的操作系统都在向 这方面转,当然龙芯也不例外。因此我也开

始了 UEFI的道路,也不知到这条路有多长,能走多远。是否现在的所做所学能够能为将来自己吃饭的本事还是个未知。但是既然来了就做好现在手里的任务吧,一边做这个一

边学习kernel的东西。相信自己一定能够成为自己心中的样子。


(如果哪里有错误,希望评论指正,共同学习,谢谢!)

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现在将这段时间所学的内容做个简要的总结吧:

【1】MIPS中通用的32个处理器及功能如下:

          编号                                                            名称                                                           功能

          0                                                                  zero                                                           恒为0的寄存器,一般用来初始化别的寄存器

          1                                                                  at                                                                被汇编器所保留,用来处理超过32位的long long型的数据

          2-3                                                              v0-v1                                                         用来存放函数的返回值

          4-7                                                              a0-a3                                                        存放函数的入参

          8-15                                                            t0-t7                                                          存放函数中需要保留的临时变量

          16-23                                                         s0-s7                                                         存放需要保留的调用栈的信息,当调用子函数的时候,存放需要保留的上下文的信息

          24-25                                                         t8-t9                                                           额外供保留临时变量的寄存器

          26-27                                                         k0-k1                                                         给操作系统内核使用的

          28                                                               gp                                                              存放全局指针

          29                                                               sp                                                               存放栈指针

          30                                                               fp                                                                存放指向栈帧的指针

          31                                                               ra                                                                存放还数返回地址的的寄存器,一般bal和j指令后面的地址将会被保留到ra寄存器内


【2】mips汇编中常用的指令:

          (1)mips指令中字段的命名:

                    op(6bit):指令的基本操作  称为操作码

                    rs(5bit):第一源操作数寄存器

                    rt(5bit):第二源操作数寄存器

                    rd(5bit):存放结果的目的寄存器

                    shamt(5bit):偏移量

                    funct(6bit):功能码

         (2)mips指令类型:

                   R型: op  rs  rt rd funct         

                   I型: op rs  rt immediate(12bit)

                   J型:op  immediate(16bit)


                  R型指令:

                  add(求和)                                       add     $1,  $2,  $3                           寄存器寻址方式 $1=$2+$3 寄存器2和寄存器3的值加起来赋值给寄存器1

                  sub(求差)                                       sub      $1,  $2,  $3                           $1=$2-$3

                  and(与)                                           and     $1,  $2,  $3                           $1=$2&$3

                  or(或)                                              or        $1,  $2,  $3                          $1=$2|$3

                  nor(异或)                                        nor      $1,  $2,  $3                          

                  slt(三目运算)                                  slt        $1,  $2,  $3                          if($2<$3) $1=1 else $1=0

                  sltu(无符号三目运算)                    sltu     $1,  $2,  $3                          三个寄存器内的数都是无符号的

                  sll(循环左移)                                  sll        $1,  $2,  10                         $1=$2<<10

                  srl(循环右移)                                  srl        $1,  $2,  10                         $1=$2>>10

                  sra(保留符号位的循环左移)        sra       $1,  $2,  10                         $1=$2<<10(符号位保留)

                  sllv                                                  sllv       $1,  $2,  $3                         $1=$2<<$3

                  srlv                                                  srlv      $1,  $2,  $3                         $1=$2>>$3


                  Ih                                                    Ih         $1,  10($2)                          基址寻址

                  Sh                                                  Sh         $1,  10($2)                        基址寻址       

                  lb                                                    Ib         $1,  10($2)                         基址寻址

                  ll                                                      Il         $1,  10($2)                          基址寻址

                  sc                                                    sc         $1,  10($2)                        基址寻址  

                 以上五个指令的具体实现还不是很清楚,欢迎各位大神给出指点!


                div/divu                                           div          des,  src1,  src2                des=src1/src2(表示无符号的数)

                abs                                                  abs          des,  src                            des=|src|src的绝对值给des

                mul                                                  mul          des,  src1,  src2               des=src1*src2

                seq/seq(u)                                     seq          des,  src1,  src2               if(src1==src2) des=1 else des=0

                sgt                                                   sgt            des,  src1,  src2              if(src1>src2)    des=1 else des=0

                sle                                                   sle            des,  src1,src2                if(src1<=src2)  des=1 else des=0

                slt                                                    slt              des,  src1,src2                if(src1<src2)    des=1 else des=0

    

              I型指令:

               addi(求和)                                       addi         $1,  $2,  10                     $1=$2+10

               subi(求差)                                       subi          $1,  $2,  10                     $1=$2-10

               andi(与)                                           addi         $1,  $2,  10                     $1=$2&10

               ori(或)                                               ori             $1,  $2,  10                     $1=$2|10

               lui                                                      lui             $1,  100                           将100加载到$1寄存器的高16bit

               lw                                                      lw              $1,  10($2)                      加载$2寄存器开始偏移10字节的地址的内容到$1寄存器

               sw                                                     sw             $1,  10($2)                      保存$1的内容到$2寄存器开始偏移10字节的地址上

               beq                                                   beq           $1,  $2,  10                      if($1==$2) goto 10(lable 10 的位置)

               bne                                                   bne           $1,  $2,  10                      if($1!=$2) goto 10

               slti                                                     slti             $1,  $2.,  10                     if($2<10) $1=1 else $1=0

               sltiu                                                   sltiu          $1,  $2,  10                       10为无符号的数

              


               J型指令:

                j                                                         j    lable                                              跳转到lable处

                jar                                                     j     $1                                                  跳转到$1寄存器存储的地址处

                jal                                                     jal  lable1                                           跳转到lable1标签处


               合成指令:

                b                          跳转

               

               b和 下面的其中一个或者下面一个以及z(zero)所构成的指令均为跳转指令:例如beq/beqz

                eq                        相等

                ne                        不等

               ge                          大于等于

               gt                            大于

               le                            小于等于

               lt                             小于

              伪指令:

              .globl                                   __start                                                设置全局标签

              lable:                                                                                               设置局部标签lable

             .ascii s                                                                                              符合ascii码组成的字符串
             .asciiz s                                                                                            like .ascii, null-terminated
             .word w1, w2                                                                                  一个字长(32bit)的数据w1 w2
             .half h1, h2                                                                                      半字节长(16bit)的数据
             .byte   b1,b2                                                                                     一个字节的数据
             .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

             .set push                                                                                           保存所有设置

             .set pop                                                                                             重新保存设置

             .set reorde                                                                                        允许编译器优化指令,对代码进行优化排序

             .set noreorde                                                                                   不允许编译器优化指令,对代码进行优化排序

             .set at/noat                                                                                        使用/不是用at寄存器

             .set mips 0                                                                                        支持原来的ISA级别(小心使用)

             .set mips 3                                                                                        下面的指令是mips64指令,兼容mips32的指令

             .set volatile/novolatile                                                                     处在volatile区内的所有存取指令都不会被移动位置

             .align  7                                                                                             .align区内的代码必须使用2的7次方字节大小的内存空间

  【3】MIPS架构特点

            (1)独立的指令缓存和数据缓存

            (2)每个指令的执行都分为五个阶段及五条流水线

            (3)所有指令都一样长32bit这就是为什么mips指令的二进制文件要比同样x86的二进制文件大的原因

            (4)无条件码

            (5)三操作数指令(算数/逻辑操作不想要指明内存地址)   

            (6)没有字节或者半字节运算

            (7)没有专门的栈支持

            (8)最小子程序支持,跳转指令的限制(b上下64k内,J上下64M内)

【4】MIPS指令的五条流水线

          IF:取指,从指令缓存I-cache中取出指令

          RD:读寄存器,从指令中源寄存器或者cpu中的某一个寄存器中读取内容

          ALU:算数逻辑单元,在一个时钟周期内完成算法或逻辑操作

          MEM:指令从数据缓存中读写内存变量

          WB:写回,将操作完成的值写回到寄存器中

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