十分钟教会你MIPS编程入门
十分钟教会你MIPS编程入门
1. 寄存器种类
2. 算术及寻址指令
3. 程序结构
4. 系统调用
需要使用的工具是：Mars4.4
下载地址：
http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/mars/download.htm1 数据类型
1. 所有MIPS指令都是32位长
2. 1字节 = 8位，半字长 = 2个字节，1字长 = 4个字节
3. 一个字符空间 = 1个字节
4. 一个整型 = 一个字长 = 4个字节
5. 单个字符用单引号，例如：'b'
6. 字符串用双引号，例如："A string"
2 寄存器
1. MIPS下一共有32个通用寄存器
2. 在汇编中，寄存器标志由$符开头
3. 寄存器表示可以有两种方式
直接使用该寄存器对应的编号，例如：从0到31
使用对应的寄存器名称，例如：t1,sp(详细名称见下表)
4. Lo和Hi寄存器专门用来存储乘法和除法的结果
对于以上两者，不存在直接寻址；必须要通过特殊指令mfhi ("move from Hi") 和 mflo ("move from Lo")来访问内容
5. 栈的走向是高地址到低地址
3 程序结构
1. 本质其实就是数据声明 + 普通文本 + 程序编码（文件扩展名为 .s或者 .asm都可以）
2. 数据声明在代码段之后（其实在之前也没啥问题，也更符合高级程序的设计习惯）
数据声明：
1. 数据段以.data为开始标志
2. 声明变量后，即在主存中分配空间
代码：
1. 代码段以 .text为开始的标志
2. 其实就是各项指令操作
3. 程序入口为main:标志（这个都一样）
4. 程序结束标志
注释：
1. 是注释符
2. MIPS程序的基本模版如下：
# Comment giving name of program and description of function
# 说明下程序的目的和作用（其实和高级语言都差不多了）
# Template.s
# Bare-bones outline of MIPS assembly language program
.data # variable declarations follow this line
# 数据变量声明
# ...
.text # instructions follow this line
# 代码段部分
main: # indicates start of code (first instruction to execute)
# 主程序
# ...
# End of program, leave a blank line afterwards to make SPIM happy
# 必须多给你一行，你才欢？4 数据声明
声明的格式：
name: storage_type value(s)通常给变量赋一个初始值；对于.space,需要指明需要多少大小空间（bytes)
注意：name后面始终要跟着冒号
example
var1: .word 3
# create a single integer variable with initial value 3
# 声明一个 word 类型的变量 var1, 同时给其赋值为 3
array1: .byte 'a','b'
# create a 2-element character array with elements initialized
# to a and b
# 声明一个存储2个字符的数组 array1，并赋值 '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!
# 为变量 array2 分配 40字节（bytes)未使用的连续空间，当然，对于这个变量
# 到底要存放什么类型的值， 最好事先声明注释下！5 加载保存【读取写入】
1. 如果要访问内存，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.
# 从内存中 复制 RAM_source 的内容到 对应的寄存器中（lw中的'w'意为'word',即该数据大小为4个字节）
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 意为 load byte
store word:
sw register_source, RAM_destination
# store word in source register into RAM destination
# 将指定寄存器中的数据 写入到指定的内存中
sb register_source, RAM_destination
# store byte (low-order) in source register into RAM destination
load immediate:
li register_destination, value
# load immediate value into destination register举例
.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 立即与间接寻址
load address:
la $t0, var1
# 将var1的RAM地址复制到寄存器$t0中
indirect addressing:
lw $t2, ($t0)
#将$t0中包含的RAM地址的值加载到$t2中
sw $t2, ($t0)
# 将寄存器$ t2中的值存储到$ t0中包含的地址的RAM中
based or indexed addressing:
lw $t2, 4($t0)
# 将RAM地址($t0+4)的值存到$t2寄存器
sw $t2, -12($t0)
# 将$t2寄存器的值存到地址($t0-12)中不必多说，要用到偏移量的寻址，基本上使用最多的场景无非两种：数组，栈。
.data
array1: .space 12
# declare 12 bytes of storage to hold array of 3 integers
# 定义一个 12字节 长度的数组 array1, 容纳 3个整型
.text
__start:
la $t0, array1
# load base address of array into register $t0
# 让 $t0 = 数组首地址
li $t1, 5
# $t1 = 5 ("load immediate")
sw $t1, ($t0)
# first array element set to 5; indirect addressing
# 对于 数组第一个元素赋值 array[0] = $1 = 5
li $t1, 13
# $t1 = 13
sw $t1, 4($t0)
# second array element set to 13
# 对于 数组第二个元素赋值 array[1] = $1 = 13
# (该数组中每个元素地址相距长度就是自身数据类型长度，即4字节， 所以对于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 算术指令集
1. 最多3个操作数
2. 在这里，操作数只能是寄存器，绝对不允许出现地址
3. 所有的指令统一是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
div $t5,$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 = $t38 控制流
branches分支(if else系列)
指令内置了分支条件的比较：
b target # unconditional branch to program label target
beq $t0,$t1,target # branch to target if $t0 = $t1
blt $t0,$t1,target # branch to target if $t0 < $t1
ble $t0,$t1,target # branch to target if $t0 <= $t1
bgt $t0,$t1,target # branch to target if $t0 > $t1
bge $t0,$t1,target # branch to target if $t0 >= $t1
bne $t0,$t1,target # branch to target if $t0 <> $t1Jumps跳转(while,for,goto系列)
j target # unconditional jump to program label target
# 看到就跳转，不用考虑任何条件
jr $t3 # jump to address contained in $t3 ("jump register")
# 类似相对寻址，跳到该寄存器给出的地址处子程序调用 subroutine return: "jump register" instruction
jr $ra # "jump register"跳转到寄存器$ra中保存的返回地址(由jal指令存储)
如果说调用的子程序中有调用了其他子程序，如此往复， 则返回地址的标记就用栈(stack)来存储, 毕竟 $ra 只有一个，（哥哥我分身乏术啊）
9 系统调用和输入/输出
1. 通过系统调用实现终端的输入输出，以及声明程序结束
2. 学会使用 syscall
3. 参数所使用的寄存器：v0， a0,
4. 返回值使用：$v0
大概意思是要打印的字符串应该有一个终止符，估计类似C中的'\0', 在这里我们只要声明字符串为 .asciiz 类型即可。下面给个我用Mars4.4的提示：
1. 对于读取整型， 浮点型，双精度的数据操作， 系统会读取一整行，（也就是说以换行符为标志 '\n'）
2. read_string和fgets类似
举例 打印一个存储在寄存器$2里的整型：
Print out integer value contained in register $t2
li $v0, 1 # load appropriate system call code into register $v0;
# 声明需要调用的操作代码为 1 （print_int) 并赋值给 $v0
# code for printing integer is 1
move $a0, $t2 # move integer to be printed into $a0: $a0 = $t2
# 将要打印的整型赋值给 $a0
syscall # call operating system to perform operation举例 读取一个数，并且存储到内存中的 int_value 变量中：
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 5
syscall # call operating system to perform operation
sw $v0, int_value # value read from keyboard returned in register $v0;
# store this in desired location举例 打印一个字符串(这是完整的，其实上面栗子都可以直接替换main: 部分，都能直接运行
.data
string1 .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举例 执行到这里，程序结束，立马走人，管他后边洪水滔天~~
li $v0, 10 # system call code for exit = 10
syscall # call operating sys参考引用：
本文属于转载非原创，略有修改： https://www.cnblogs.com/thoupin/p/4018455.html
这篇文章的英文原版地址在这里： https://minnie.tuhs.org/CompArch/Resources/mips_quick_tutorial.html