MISP指令
内容参考:
《MIPS Architecture and Assembly Language Overview》
基础内容
数据类型和常量
数据类型
- MIPS是定长指令系统，所有指令长度均为 32 bit 位。
- 1 byte = 8 bits ; 1 halfword = 2 bytes ; 1 word = 4 bytes 。
- 每个字符，用 1 byte 表示。
- 一个整数，用 1 word（4 bytes）来表示。
- mipsel 和 mips 是完全相同的指令集，区别只在于指令字节序不同。mips指令从左到右解析，而mipsel指令从右到左解析。
常量
- 数字常量 直接键入数字 ，e.g. 4
- 字符常量 单引号括起 ，e.g.’b’
- 字符串常量 双引号括起 ，e.g.”Hello World”
寄存器
32个通用寄存器
MIPS规定了32个通用寄存器，分别对应为编号0到编号31，每个寄存器还配有一个别名，俗称“助记符”。对应表格如下：
| 寄存器号 | 助记符 | 描述原文 | 译文 |
|---|---|---|---|
| 0 | zero | the value 0 | 该寄存器的值永为0 |
| 1 | $at | (assembler temporary) reserved by the assembler | 汇编器的保留变量 |
| 2-3 | $v0,$v1 | (values) from expression evaluation and function results | 表达式求值结果，或函数调用的返回结果 |
| 4-7 | $a0-$a3 | (arguments) First four parameters for subroutine.Not preserved across procedure calls | 子函数调用时的前4个参数 |
| 8-15 | $t0-$t7 | (temporaries) Caller saved if needed. Subroutines can use w/out saving.Not preserved across procedure calls | 临时寄存器，供调用过程中使用。 |
| 16-23 | $s0-$s7 | (saved values) - Caller saved.A subroutine using one of these must save original and restore it before exiting.Preserved across procedure calls. | 函数调用时，调用方将当前寄存器状态依次保存起来，子函数退出时，依赖这些值进行寄存器还原。 |
| 24-25 | $t8-$t9 | (temporaries) Caller saved if needed. Subroutines can use w/out saving.These are in addition to $t0 - $t7 above.Not preserved across procedure calls. | 临时寄存器，对$t0-$t7寄存器的补充。 |
| 26-27 | $k0-$k1 | reserved for use by the interrupt/trap handler | 中断信号的保留寄存器 |
| 28 | $gp | global pointer.Points to the middle of the 64K block of memory in the static data segment. | 全局指针，指向静态数据区，方便全局变量的存取 |
| 29 | $sp | stack pointer.Points to last location on the stack. | 堆栈指针，指向当前的堆顶 |
| 30 | $/s8/$fp | saved value / frame pointer.Preserved across procedure calls | 第9个s寄存器，或帧指针。 |
| 31 | $ra | return address | 子函数返回地址 |
特殊寄存器
MIPS定义了两个特殊的寄存器（Lo和Hi）用于保存乘法和除法的结果。 这两个寄存器无法直接使用，只能通过两个独立的指令访问(mfhi–从Hi取值 , mflo–从Lo取值）
栈生长方向
堆栈从高地址向低地址生长。
指令表格
R类型指令
在所有被操作参数均为寄存器时，使用的指令类型。编码格式如下所示：
| OpCode | Reg s | Reg t | reg d | shift(shamt) | function |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 bits | 5 bits | 5 bits | 5 bits | 5 bits | 6 bits |
在R型指令中，OpCode 永为0 ，指令的区分以 function 字段为主。
“Reg s/ Reg t / Reg d “ 三个字段为寄存器编号，可参考寄存器表格进行对应。
shift字段在移位操作时，会用到，其他情况永远为0
常见 R 型指令，及含义，见下表:
| 指令格式 | Function | 具体操作 | 附加描述 |
|---|---|---|---|
| add $d,$s,$t | 100000 | $d = $s + $ t | 32位,加，有符号，可以捕获到溢出状态 |
| addu $d,$s,$t | 100001 | $t = $s + $t | 32位，加，无符号，不捕获溢出 |
| and $d, $s, $t | 100100 | $d = $s & $t | 按位与 |
| break | 001101 | ??? | ??? |
| div $s, $t | 011010 | $Lo= $s/$t ; $Hi = $s%$t | 除法操作，有符号 |
| divu $s, $t | 011011 | $Lo= $s/$t ; $Hi = $s%$t | 除法操作，无符号 |
| jalr $d,$s | 001001 | $d=PC+4 ;PC=$s | 跳转并备份返回地址 |
| jr $s | 001000 | jump $s | 跳转指令，目标地址在 $s 寄存器中 |
| mfhi $d | 010000 | $d = $Hi | 从特殊寄存器取值到 $s |
| mflo $d | 010010 | $d = $Lo | 从特殊寄存器取值到 $s |
| mthi $d | $Hi = $d | 为特殊寄存器赋值 | |
| mtlo $d | $Lo = $d | 为特殊寄存器赋值 | |
| mult $s, $t | 011000 | $Lo=$s*$t | 乘法指令，有符号 |
| multu $s,$t | 011001 | $Lo=$s*$t | 乘法指令，无符号 |
| nor $d,$s,$t | 100111 | ??? | ??? |
| or $d, $s, $t | 100101 | $d =$s|$t | 按位或 |
| sll $d, $t, h | 000000 | $d =$t « h | 逻辑左移 |
| sllv $d, $t, $s | 000100 | $d=$t « $s | 逻辑左移 |
| slt $d,$s,$t | 101010 | if($s<$t) $d=1 ; else $d=0 | 有符号比较 |
| sltu $d, $s, $t | 101011 | if($s<$t) $d=1 ; else $d=0 | 无符号比较 |
| sra $d, $t, h | 000011 | $d=$t >> h | 算数右移 |
| srav $d,$s,$t | 000111 | $d=$s«$t | 算数右移 |
| srl $d, $t, h | 000010 | $d=$t » h | 逻辑右移 |
| srlv $d,$t,$s | 000110 | $d=$t » $s | 逻辑右移 |
| sub $d,$s,$t | 100010 | $d=$s-$t | 减法运算 |
| subu $d,$s,$t | 100011 | $d=$s-$t | 减法，无符号 |
| syscall | 001100 | 生成一个软件中断 | |
| xor $d, $s, $t | 100110 | $d=$s^$t | 异或运算 |
I类型指令
当操作数中有立即数时使用，立即数最高16位，编码格式如下：
| OpCode | Reg s | Reg t | imm |
|---|---|---|---|
| 6 bits | 5 bits | 5 bits | 16 bits |
常见 I 型指令，及含义，如下表所示：
| 指令格式 | OpCode | 具体操作 | 附加描述 |
|---|---|---|---|
| addi $t,$s,imm | 001000 | $t = $s + imm | 32位,加，有符号，16位立即数，捕获溢出 |
| addiu $t,$s,imm | 001001 | $t = $s + imm | 32位,加，无符号，16位立即数，不捕获溢出 |
| andi $t,$s,imm | 001100 | $t = $s & imm | 按位与 |
| beq $s,$t,offset | 000100 | if($s==$t) jump (offset « 2) | 相等则跳转 |
| bgez $s,offset | 000001 | if($s>=0) jump(offset « 2) | 不小于（大于等于）0 则跳转 |
| bgtz $s,offset | 000111 | if($s> 0) jump(offset « 2) | 大于0 则跳转 |
| blez $s,offset | 000110 | if($s<=0) jump(offset « 2) | 不大于（小于等于) 0 则跳转 |
| bltz $s,offset | 000001 | if($s< 0) jump(offset « 2) | 小于0 则跳转 |
| bne $s,$t, offset | 000101 | if($s != $t) jump(offset « 2) | 不相等则跳转 |
| lb $t,offset($s) | 100000 | $t=MEM[$s+offset] | 从内存地址读取一个字节 |
| lbu $t,offset($s) | 100100 | ??? | ??? |
| lh $t,offset($s) | 100001 | ??? | ??? |
| lhu $t,offset($s) | 100101 | ??? | ??? |
| lui $t,imm | 001111 | $t=(imm « 16) | 将立即数左移16位，低16位补零 |
| lw $t,offset($s) | 100011 | $t=MEM[$s+offset] | 从内存读取一个字 |
| lwc1 $t,offset($s) | 110001 | ??? | ??? |
| ori $t,$s,imm | 001101 | $t = $s | imm | 带立即数的或 |
| sb $t,offset($s) | 101000 | MEM[$s+offset]=(0xff & $t) | 将一个字节拷到内存 |
| slti $t,$s,imm | 001010 | if($s < imm) $t=1;else $t=0 | 有符号比较 |
| sltiu $t,$s,imm | 001011 | if($s < imm) $t=1;else $t=0 | 无符号比较 |
| sh $t,offset($s) | 101001 | ??? | ??? |
| sw $t,offset($s) | 101011 | MEM[$s+offset] = $t | 将一个字拷到内存 |
| swc1 $t,offset($s) | 111001 | ??? | ??? |
| xori $t, $s, imm | 001110 | $t=$s^imm | 带立即数的 异或 |
J类型指令
J-type是“跳转类型(jump type)”的缩写，有些类似于X86系指令的call指令，编码格式如下:
| OpCode | Pseudo-Address |
|---|---|
| 6 bits | 26 bits |
常见 J 型指令，及含义，如下表所示：
| 指令格式 | OpCode | 具体操作 | 附加描述 |
|---|---|---|---|
| j target | 000010 | PC = nPC; nPC = (PC & 0xf0000000) | (target « 2); | 跳到一个计算过的地址，并执行 |
| jal target | 000011 | $31 = PC + 8 (or nPC + 4); PC = nPC; nPC = (PC & 0xf0000000) | (target « 2); | 跳到一个计算过的地址，并把返回地址放在 $31 寄存器中 |