assamble MIPS

技巧

怎么写汇编程序。
写一个函数时，在被调用函数内，首先说明参数，表明每个寄存器存放的都是什么。比如a0-a3,都存放的是什么。在调用功能函数内，使用a0-a3传递参数。
先使用寄存器，最后在分配栈帧大小。。

s0-s7可以用来保存数据，比如函数A调用函数B，函数A中使用的s0-s7，在调用完函数B返回后，s0-s7原来的值是什么，现在就还是什么。
t0-t9就随用随操作。
在写循环的时候
先写循环的框架。。

MIPS R2000 指令格式

每条指令都是32位长，由几个bits field构成，如下所示：

	6 bits	5 bits	5 bits	5 bits	5 bits	6 bits
寄存器	op	reg1	reg2	des	shift	funct
立即数	op	reg1	reg2	16位常数
jump	op	26位常数

前六位是op域，确定这条指令是寄存器指令，立即数指令还是jump指令，从而确定后面的指令该如何被解释。
如果op域是0，表示这是一条寄存器指令，通常执行一个算术或者逻辑运算。funct域指定要执行的操作，reg1和reg2表示用作操作数的寄存器，des表示存储结果的寄存器。

MIPS Register集合

MISP R200 CPU总共有32个寄存器，其中31个都是通用寄存器，可以用来存储任何指令，剩下的一个，叫做register zero，任何时候存放的总是0。
尽管理论上任意一个register都可以用作任何目的。MIPS程序员通常有一个默认的规定：

symbolic name	序号	用途
zero	0	一直存放的都是常数0。
at	1	保留
v0-v1	2-3	包含返回值，如果值是单字的，只有$v0有用
a0-a3	4-7	参数寄存器，包含一个子程序调用的前4个参数
t0-t9	8-15, 24-25	临时寄存器0到9
s0-s7	16-23	保存寄存器0到7
k0-k1	26-27	内核寄存器0,1，DO NOT USE
gp	28	全局数据指针用于定位static global varaibles。现在忽略它
sp	29	栈指针
fp	30	帧指针
ra	31	返回地址

SPIM环境系统调用

service	code	参数	结果
打印int	1	$a0	在console打印出int
打印float	2	$f12	在console打印出float
打印double	3	$f12	在console打印出double
打印string	4	$a0	在console打印出string
读入int	5	none	结果存放在v0
读入float	6	none	结果存放在f0
读入double	7	none	结果存放在f0
读入string	8	$a0存放地址，$a1存放长度	空
sbrk	9	$a0(长度)	$v0
exit	10	空	空

Stack Frames

每一次调用一个子程序，就会专门为当前子程序调用创建一个独一无二的栈帧。在递归调用的情况下，创建了很多个栈帧，每一次调用就有一个。栈帧的组织形式是很重要的，因为它们需要在调用者和被调者之间传递参数，定义寄存器如何在调用函数和被调用函数之间共享。此外，还需要在被调用函数的栈帧内定义局部变量的存储格式。每个栈帧的最小值是32。
一般来说，一个子程序调用的栈帧可能包含以下的内容：

传递给子程序的参数
saved寄存器的值（$s0到$s7）
子程序调用返回地址（$ra）
局部变量

如下图所示，栈从高地址向低地址增长。

每个stack frame被分成了五个区域：

参数区域，存放子程序调用的其他子程序所需要的参数。它们不会被当前子程序使用，而是用于当前子程序调用的子程序。前四个参数可以使用参数寄存器（$a0到$a3）进行传递，如果超过四个参数，就存放在sp+16, sp+20, 等等。也就是说当前栈帧最底部存放的是它调用的子程序所需要的参数，如果它没有调用子程序，那就不需要这个区域了。
保留寄存器区域用于保存saved寄存器（$s0到$s7）的值。这些寄存器的值在进入当前子程序时就被保存，在子程序返回前，从这个区域将值复制到saved寄存器。在这期间，saved寄存器的值可以随意使用。这个很有用哦。
返回地址区域用于存放返回地址寄存器（$ra）的值，这个值在当前子程序被执行的时候，就被复制到栈上，在当前子程序返回前被拷贝回去。如果当前子程序没有调用其他子程序，不需要这个区了。
Pad区域是保证栈帧的总大小是8的倍数。在这里插入是为了确保，局部变量的存储区域总是以双字开始的。
局部存储区域用于局部变量的存储。当前子程序必须保留足够的字存放局部变量和局部寄存器（$t0到$t9）的值。这个区域也必须进行padding确保它的大小总是8 words的整数倍。

总结以下，当一个函数被调用时，为它创建一个栈帧，这个栈帧的最小值是32，最大值不限，要能容纳所有要保存的对象，包括上面介绍的五个部分。具体怎么操作呢。如果当前函数被调用了，首先移动sp到能容纳下所有要保存的内容，然后保存返回地址，保存可能使用到的saved寄存器。然后将传递给这个子程序的参数，$a0到$a3这几个参数的值存放在调用当前函数的函数的栈帧底部，然后当前函数用到这几个值时，从那里获取，超过4个参数的通过栈传递，直接存放在sp+16, sp+20等位置。
比如当前函数调用了两次子函数，需要用到传递给当前函数的这几个参数，在这几个子函数调用前后参数值不应该改变。

MIPS Insturction Set

如果op包含 a(u)，这条指令是有符号数或者无符号数参与的算术运算，取决于有没有u。
des 一定是一个寄存器
src1 一定是一个寄存器
reg2 一定是一个寄存器
src2 可以是一个寄存器，也可以是一个32位整数
addr一定是一个地址。

区别

    .data
array:  .space 1024*4
    .text
la  $t1, array  # la将数组的地址存放到一个寄存器
lw  $a0, ($t1)  # lw将数组地址的内容load出来
lw  $a0, 24($t1)

move $t2, $t1

算术指令

mul des, src1, src2 将寄存器src1和寄存器或者数值src2的结果存放在寄存器des
mulo des, src1, src2 有溢出
mult(u) src1, reg2 将寄存器src1和寄存器reg2的结果存放在lo和寄存器hi上。
div src1, reg2
div des, sr1, src2
add(u) des, src1, src1

比较指令

分支和跳转指令

分支(branch)

beq ssr1, src2, lab
ble sr1, src2, lab 如果src1 <= src2，跳转到lab
bgt sr1, src2, lab 如果src1 >= src1，跳转到lab

和零比

beqz src1, lab 如果寄存器src1的值等于0，跳转到lab
bnez src1, lab 如果寄存器src1的值不等于0，跳转到lab
blez src1, lab 如果寄存器src1的值小于等于0，跳转到lab
bgez src1, lab 如果寄存器src1的值大于等于0，跳转到lab

跳转

j label 跳转到一个label
jr src1 跳转到一个位置src1
jar label 跳转到label，并且存储下一条指令到$ra
jalr src1 跳转一个位置src1，并且将下一条指令的位置存储到$ra

Load,Store和数据移动

Load

la des, addr 加载一个label的地址到des
lw des, addr 加载地址addr处的一个word
li des, const 加载一个而常数到des

Store

数据移动

move des, src1 将寄存器src1的内容复制到寄存器des中
mfhi des 将hi中的内容复制到des中
mflo des 将lo中的内容复制到des中
mthi src1 将寄存器src1中的内容复制到hi中
mtlo src1 将寄存器src1中的内容复制到lo中

异常处理

SPIM Assembler

段和链接器指令

数据指令

.asciiz str，汇编给定的以null结尾的字符串，
.ascii str，汇编给定的不以null结尾的字符串
.byte byte1 … byteN，汇编给定的字节（八位整数）
.half half1 … halfN，汇编给定的半字（十六位整数）
.word word1 … wordN，汇编给定的字（三十二位整数）
.space size，在当前的段中分配n字节的空间，在SPIM中，只允许在数据段中进行。

参考文献

MIPS教程
1.https://sites.cs.ucsb.edu/~franklin/64/lectures/mipsassemblytutorial.pdf
MIPS汇编指令以及对应的机器代码
2.http://www.mrc.uidaho.edu/mrc/people/jff/digital/MIPSir.html
3.https://courses.cs.washington.edu/courses/cse410/09sp/examples/MIPSCallingConventionsSummary.pdf
4.https://stackoverflow.com/questions/7748769/mips-programming-how-to-call-a-function-from-a-separate-file