问如何计算跳转目标地址和分支目标地址？

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(在下面的图表和文本中，PC是分支指令本身的地址。PC+4是分支指令本身的结尾，也是分支延迟时隙的开始。除了在绝对跳跃图中。)

1.分支地址计算

在MIPS中，分支指令只有16位偏移量来确定下一条指令。我们需要一个寄存器加到这个16位的值上，以确定下一条指令，而这个寄存器实际上是体系结构所暗示的。它是PC寄存器，因为PC在提取周期期间得到更新(PC+4)，因此它保存下一条指令的地址。

我们还将分支距离限制为从分支指令之后的(指令)到-2^15 to +2^15 - 1指令。然而，这并不是真正的问题，因为大多数分支机构都是本地的。

按部就班地So :

• Sign扩展16位偏移值，以4保留其value.
• Multiply结果值。这背后的原因是，如果我们要转移一些地址，并且PC已经字对齐，那么立即值也必须字对齐。然而，使立即的字对齐是没有意义的，因为强制它们为00会浪费低两位。
• 现在我们有一个32位的相对偏移量。将此值与PC +4相加，即为您的分支机构地址。

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2.跳转地址计算

对于跳转指令，MIPS只有26位来确定跳转位置。跳跃是相对于MIPS中的PC而言的。与分支一样，立即跳转值需要字对齐；因此，我们需要将26位地址乘以4。

一步一步地再次使用：

• 将26位值乘以4。
• 由于我们是相对于PC+4值进行跳转的，因此将PC+4值的前四位串联到跳转地址的左侧就是跳转值。

换句话说，将PC +4的低28位替换为所取指令的低26位左移2位。

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跳跃是相对于分支延迟时隙的区域，而不一定是分支本身。在上图中，PC在跳转计算之前已经前进到分支延迟槽。(在经典的RISC5阶段流水线中，BD在跳转被解码的同一周期内被获取，因此PC+4下一指令地址已经可用于跳转和分支，并且相对于跳转自身地址的计算将需要额外的工作来保存该地址。)

来源：比尔肯特大学CS 224课程幻灯片

通常，您不必担心计算它们，因为您的汇编程序(或链接器)将采取正确的计算。假设你有一个小函数：

func:
  slti $t0, $a0, 2
  beq $t0, $zero, cont
  ori $v0, $zero, 1
  jr $ra
cont:
  ...
  jal func
  ... 

当把上面的代码翻译成二进制指令流时，汇编器(或者链接器，如果你首先汇编成一个目标文件)，它将确定函数在内存中的位置(现在让我们忽略与位置无关的代码)。它将驻留在内存中的位置通常是在ABI中指定的，或者如果您正在使用模拟器(如在0x400000加载代码的SPIM -注意，该链接也包含了对该过程的很好的解释)。

假设我们在讨论SPIM的情况，并且我们的函数首先在内存中，那么slti指令将驻留在0x400000中，beq将驻留在0x400004中，依此类推。现在我们就快到了！对于beq指令，分支目标地址是cont (0x400010)的地址。查看MIPS instruction reference，我们可以看到它被编码为相对于下一条指令的16位有符号立即数(除以4，因为无论如何所有指令都必须驻留在4字节对齐的地址上)。

这就是：

Current address of instruction + 4 = 0x400004 + 4 = 0x400008
Branch target = 0x400010
Difference = 0x400010 - 0x400008 = 0x8
To encode = Difference / 4 = 0x8 / 4 = 0x2 = 0b10

beq $t0, $zero, cont的编码

0001 00ss ssst tttt iiii iiii iiii iiii
---------------------------------------
0001 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0010

正如您所看到的，您可以在-0x1fffc .. 0x20000字节内进行分支。如果出于某种原因，你需要跳得更远，你可以使用弹床(无条件地跳到放置在给定限制内的真实目标)。

与分支目标地址不同，跳转目标地址使用绝对地址(同样除以4)进行编码。由于指令编码使用6位作为操作码，因此只留下26位用于地址(假设最后两位为0，则有效为28位)，因此在形成地址时使用PC寄存器的4位最高有效位(除非您打算跨越256MB边界，否则无关紧要)。

返回到上面的示例，jal func的编码是：

Destination address = absolute address of func = 0x400000
Divided by 4 = 0x400000 / 4 = 0x100000
Lower 26 bits = 0x100000 & 0x03ffffff = 0x100000 = 0b100000000000000000000

0000 11ii iiii iiii iiii iiii iiii iiii
---------------------------------------
0000 1100 0001 0000 0000 0000 0000 0000

您可以使用我遇到的这个online MIPS assembler快速验证这一点，并尝试不同的指令(请注意，它不支持所有操作码，例如slti，所以我在这里将其更改为slt )：

00400000: <func>    ; <input:0> func:
00400000: 0000002a  ; <input:1> slt $t0, $a0, 2
00400004: 11000002  ; <input:2> beq $t0, $zero, cont
00400008: 34020001  ; <input:3> ori $v0, $zero, 1
0040000c: 03e00008  ; <input:4> jr $ra
00400010: <cont>    ; <input:5> cont:
00400010: 0c100000  ; <input:7> jal func

对于像这样的小函数，您可以根据分支指令下的指令，手工计算到目标的跳数。如果它向后分支，则将该跳数设为负数。如果这个数字不需要所有的16位，那么对于你的跳数的最高有效位左边的每个数字，将它们设为1，如果跳数为正，则将它们设为全0，因为大多数分支离它们的目标很近，这在大多数情况下为您节省了大量额外的计算。

• chris