十分鐘教會你MIPS編程入門

1. 寄存器種類

2. 算術及尋址指令

3. 程序結構

4. 系統調用

需要使用的工具是:Mars4.4

下載地址:

http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/mars/download.htm

1 數據類型

1. 所有MIPS指令都是32位長

2. 1字節 = 8位,半字長 = 2個字節,1字長 = 4個字節

3. 一個字符空間 = 1個字節

4. 一個整型 = 一個字長 = 4個字節

5. 單個字符用單引號,例如:'b'

6. 字符串用雙引號,例如:"A string"

2 寄存器

1. MIPS下一共有32個通用寄存器

2. 在匯編中,寄存器標志由$符開頭

3. 寄存器表示可以有兩種方式

直接使用該寄存器對應的編號,例如:從0到31

使用對應的寄存器名稱,例如:t1,sp(詳細名稱見下表)

4. Lo和Hi寄存器專門用來存儲乘法和除法的結果

對于以上兩者,不存在直接尋址;必須要通過特殊指令mfhi ("move from Hi") 和 mflo ("move from Lo")來訪問內容

5. 棧的走向是高地址到低地址

3 程序結構

1. 本質其實就是數據聲明 + 普通文本 + 程序編碼(文件擴展名為 .s或者 .asm都可以)

2. 數據聲明在代碼段之后(其實在之前也沒啥問題,也更符合高級程序的設計習慣)

數據聲明:

1. 數據段以.data為開始標志

2. 聲明變量后,即在主存中分配空間

代碼:

1. 代碼段以 .text為開始的標志

2. 其實就是各項指令操作

3. 程序入口為main:標志(這個都一樣)

4. 程序結束標志

注釋:

1. 是注釋符

2. MIPS程序的基本模版如下:

# Comment giving name of program and description of function# 說明下程序的目的和作用(其實和高級語言都差不多了)# Template.s# Bare-bones outline of MIPS assembly language program    .data       # variable declarations follow this line                # 數據變量聲明                # ...    .text       # instructions follow this line                  # 代碼段部分  main:      # indicates start of code (first instruction to execute)           # 主程序           # ...# End of program, leave a blank line afterwards to make SPIM happy# 必須多給你一行,你才歡?

4 數據聲明

聲明的格式:

name:    storage_type     value(s)

通常給變量賦一個初始值;對于.space,需要指明需要多少大小空間(bytes)

注意:name后面始終要跟著冒號

examplevar1:        .word       3  # create a single integer variable with initial value 3# 聲明一個 word 類型的變量 var1, 同時給其賦值為 3array1:     .byte       'a','b'# create a 2-element character array with elements initialized# to  a  and  b# 聲明一個存儲2個字符的數組 array1,并賦值 'a', 'b'array2:     .space      40  # allocate 40 consecutive bytes, with storage uninitialized# could be used as a 40-element character array, or a# 10-element integer array; a comment should indicate which!  # 為變量 array2 分配 40字節(bytes)未使用的連續空間,當然,對于這個變量# 到底要存放什么類型的值, 最好事先聲明注釋下!

5 加載保存【讀取寫入】

1. 如果要訪問內存,不好意思,你只能用 load 或者 store 指令

2. 其他的只能都一律是寄存器操作

load:        lw  register_destination, RAM_source        # copy word (4 bytes) at source RAM location to destination register.        # 從內存中 復制 RAM_source 的內容到 對應的寄存器中(lw中的'w'意為'word',即該數據大小為4個字節)        lb  register_destination, RAM_source        # copy byte at source RAM location to low-order byte of destination register,and sign-extend to higher-order bytes        # 同上, lb 意為 load bytestore word:        sw  register_source, RAM_destination        # store word in source register into RAM destination        # 將指定寄存器中的數據 寫入到指定的內存中        sb  register_source, RAM_destination        # store byte (low-order) in source register into RAM destinationload immediate:        li  register_destination, value        # load immediate value into destination register

舉例

  .data        var1:  .word  23    # declare storage for var1; initial value is 23  .text    __start:         lw  $t0, var1    # load contents of RAM location into register $t0:  $t0 = var1         li  $t1, 5       #  $t1 = 5   ("load immediate")         sw  $t1, var1    # store contents of register $t1 into RAM:  var1 = $t1         done

6 立即與間接尋址

load address:    la  $t0, var1    # 將var1的RAM地址復制到寄存器$t0中indirect addressing:    lw  $t2, ($t0)    #將$t0中包含的RAM地址的值加載到$t2中    sw  $t2, ($t0)    # 將寄存器$ t2中的值存儲到$ t0中包含的地址的RAM中based or indexed addressing:    lw  $t2, 4($t0)    # 將RAM地址($t0+4)的值存到$t2寄存器    sw  $t2, -12($t0)    # 將$t2寄存器的值存到地址($t0-12)中

不必多說,要用到偏移量的尋址,基本上使用最多的場景無非兩種:數組,棧。

    .data        array1:    .space  12    #  declare 12 bytes of storage to hold array of 3 integers    #  定義一個 12字節 長度的數組 array1, 容納 3個整型    .text        __start:            la  $t0, array1              #  load base address of array into register $t0          #  讓 $t0 = 數組首地址          li  $t1, 5              #  $t1 = 5   ("load immediate")          sw $t1, ($t0)              #  first array element set to 5; indirect addressing          # 對于 數組第一個元素賦值 array[0] = $1 = 5          li $t1, 13              #   $t1 = 13          sw $t1, 4($t0)              #  second array element set to 13          # 對于 數組第二個元素賦值 array[1] = $1 = 13           # (該數組中每個元素地址相距長度就是自身數據類型長度,即4字節, 所以對于array+4就是array[1])          li $t1, -7              #   $t1 = -7          sw $t1, 8($t0)              #  third array element set to -7          # 同上, array+8 = (address[array[0])+4)+ 4 = address(array[1]) + 4 = address(array[2])

7 算術指令集

1. 最多3個操作數

2. 在這里,操作數只能是寄存器,絕對不允許出現地址

3. 所有的指令統一是32位 = 4 * 8 bit = 4 bytes = 1 word

    add  $t0,$t1,$t2      #  $t0 = $t1 + $t2;   add as signed (2's complement) integers    sub  $t2,$t3,$t4      #  $t2 = $t3, $t4    addi  $t2,$t3, 5      # $t2 = $t3 + 5;   "add immediate" (no sub immediate)    addu  $t1,$t6,$t7      # $t1 = $t6 + $t7;   add as unsigned integers    subu  $t1,$t6,$t7      # $t1 = $t6 + $t7;   subtract as unsigned integers    mult  $t3,$t4        # multiply 32-bit quantities in $t3 and $t4, and store 64-bit    # result in special registers Lo and Hi:  (Hi,Lo) = $t3 * $t4    p  $t5,$t6        # Lo = $t5 / $t6   (integer quotient)    # Hi = $t5 mod $t6   (remainder)    mfhi  $t0        # move quantity in special register Hi to $t0:   $t0 = Hi    mflo  $t1        # move quantity in special register Lo to $t1:   $t1 = Lo    # used to get at result of product or quotient    move  $t2,$t3  #  $t2 = $t3

8 控制流

branches分支(if else系列)

指令內置了分支條件的比較:

b  target    #  unconditional branch to program label targetbeq  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 = $t1blt  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 < $t1ble  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 <= $t1bgt  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 > $t1bge  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 >= $t1bne  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 <> $t1

Jumps跳轉(while,for,goto系列)

j  target  #  unconditional jump to program label target           # 看到就跳轉,不用考慮任何條件  jr  $t3    # jump to address contained in $t3 ("jump register")           # 類似相對尋址,跳到該寄存器給出的地址處

子程序調用 subroutine return: "jump register" instruction

jr  $ra  #  "jump register"

跳轉到寄存器$ra中保存的返回地址(由jal指令存儲)

如果說調用的子程序中有調用了其他子程序,如此往復, 則返回地址的標記就用棧(stack)來存儲, 畢竟 $ra 只有一個,(哥哥我分身乏術啊)

9 系統調用和輸入/輸出

1. 通過系統調用實現終端的輸入輸出,以及聲明程序結束

2. 學會使用 syscall

3. 參數所使用的寄存器:v0, a0,

4. 返回值使用:$v0

大概意思是要打印的字符串應該有一個終止符,估計類似C中的'', 在這里我們只要聲明字符串為 .asciiz 類型即可。下面給個我用Mars4.4的提示:

1. 對于讀取整型, 浮點型,雙精度的數據操作, 系統會讀取一整行,(也就是說以換行符為標志 'n')

2. read_string和fgets類似

舉例 打印一個存儲在寄存器$2里的整型:

Print out integer value contained in register $t2li  $v0, 1         # load appropriate system call code into register $v0;                   # 聲明需要調用的操作代碼為 1 (print_int) 并賦值給 $v0                   # code for printing integer is 1move    $a0, $t2   # move integer to be printed into $a0:  $a0 = $t2                   # 將要打印的整型賦值給 $a0syscall            # call operating system to perform operation

舉例 讀取一個數,并且存儲到內存中的 int_value 變量中:

Read integer value, store in RAM location with label int_value (presumably declared in data section)li  $v0, 5           # load appropriate system call code into register $v0;                     # code for reading integer is 5syscall              # call operating system to perform operationsw  $v0, int_value   # value read from keyboard returned in register $v0;                     # store this in desired location

舉例 打印一個字符串(這是完整的,其實上面栗子都可以直接替換main: 部分,都能直接運行

    .datastring1    .asciiz  "Print this.n"# declaration for string variable, # .asciiz directive makes string null terminated    .text        main:    li  $v0, 4  # load appropriate system call code into register $v0;# code for printing string is 4                 la  $a0, string1# load address of string to be printed into $a0                  syscall  # call operating system to perform print operation

舉例 執行到這里,程序結束,立馬走人,管他后邊洪水滔天~~

li  $v0, 10    　 # system call code for exit = 10syscall           # call operating sys

參考引用:

本文屬于轉載非原創,略有修改: https://www.cnblogs.com/thoupin/p/4018455.html這篇文章的英文原版地址在這里: https://minnie.tuhs.org/CompArch/Resources/mips_quick_tutorial.html