mips中的li MIPS指令學習二

2021-10-13 09:43:15 字數 3639 閱讀 1311

1、mips定址方式

mips架構的定址模式有暫存器定址、立即數定址、暫存器相對定址和pc相對定址4種,其中暫存器相對定址、pc相對定址介紹如下:

1.1、暫存器相對定址

這種定址模式主要被載入/儲存指令使用,其對乙個16位的立即數進行符號擴充套件,然後與指定通用暫存器的值相加,從而得到有效位址。

通用暫存器grp   +   16位立即數做符號擴充套件      =       有效位址

1.2、pc相對定址

這種定址模式主要被轉移指令使用。在轉移指令中有乙個16位的立即數,將其左移2位並進行符號擴充套件,然後與程式計數器pc的值相加,可得到有效位址。

程式計數器pc     +      16位立即數左移2位並做符號擴充套件     =     有效位址

2、mips指令集

2.1、mips指令特點

mips固定4位元組指令長度。

記憶體中的資料訪問(load/store)必須嚴格對齊(至少4位元組對齊)。

跳轉指令只有26位目標位址,加上2位對齊位,可定址28位定址空間,即256mb。

條件分支指令只有16位跳轉位址,加上2位對齊位,共18位定址空間,即256kb。

mips預設不把子函式的返回位址(就是呼叫函式的受害指令位址)存放到棧中,而是存放到$31($ra)暫存器中,這對那些葉子函式(在函式中不再呼叫其他函式的函式)有利。如果遇到巢狀函式,有其他機制處理。

流水線效應。mips採用了高度的流水線,其中乙個最重要的效應就是分支延遲效應。在分支跳轉語句後面的那條語句叫做分支延遲槽。實際上,在程式執行到分支語句時,當它剛把要跳轉到的位址填充好(填充到**計數器裡),還沒有完成本條指令時,分支語句後面的那個指令就已經執行了,其原因就是流水線效應 ---- 幾條指令同時執行,只是處於不同的階段。

流水線效應:

mov $a0, $s2

jalr strrchr

move $a0, $s0

在執行第2行跳轉分支時,第3行的move指令已經執行完了。因此,在上面指令序列中,strrchr函式的引數來自第3行的$s0,而不是第1行的$s2。

從流水線效應中可以看出,是否正確理解mips指令的這些特點會直接影響我們對mips程式逆向分析的結果,因此,我們需要熟悉把握這些特點。

2.2、指令格式

所有mips指令的長度相同,都是32位。為了讓指令的格式剛好合適,設計者做了折中:將所有指令定長,但是不同的指令有不同的格式。在mips架構中,指令的最高6位均為opcode碼,剩下的26位可以將指令分為3種型別,分別為r型、i型和j型。

r型指令用連續3個5位二進位製碼表示3個暫存器的位址,然後用1個5位二進位製碼表示移位的位數(如果未使用移位操作,則全為0),最後是6位的function碼(它與opcode碼共同決定r型指令的具體操作方式)。

i型指令則用連續2個5位二進位製碼表示2個暫存器的位址,然後是由1個16位二進位製碼表示1個立即數二進位製碼。

j型指令用26位二進位製碼表示跳轉目標的指令位址(實際的指令位址應為32位,其中最低2位為「00」,最高4位由pc當前位址決定)。

型別格式

ropcode(6)

rs(5)

rt(5)

rd(5)

shamt(5)

funct(6)

iopcode(6)

rs(5)

rt(5)

immediate(16)

jopcode(6)

address(26)

opcode: 指令基本操作,稱為操作碼。

rs: 第乙個源運算元暫存器。

rt: 第二個源運算元暫存器。

rd: 存放操作結果的目的運算元。

shamt: 位移量。

funct: 函式,這個字段選擇opcode操作某個特定變體。

3、彙編常用的指令

注意:$rd表示目的暫存器, $rs表示源暫存器,$rt表示作為中間快取的暫存器,"imm"表示立即數,「mem「表示ram中的一段記憶體,「offset"表示偏移量。

3.1、load/store指令

load/store指令有14條,分別是lb、lbu、lh、lhu、ll、lw、lwl、lwr、sb、sc、sh、sw、swl和swr。

以"l"開頭的都是載入指令,以"s"開頭的都是儲存指令,這些指令用於從儲存器中讀取資料,或者將資料儲存在儲存器中。

3.1.1、la(load address) 指令用於將乙個位址或標籤存入乙個暫存器。

語法例項

備註la $rd, label

la $t0, val_1

複製val_1表示的位址到$t0暫存器中,其中val_1是乙個label

3.1.2、li(load immediate)指令用於將乙個立即數存入乙個通用暫存器。

語法例項

備註lw $rt, offset($rs)

lw $s0, 0($sp)

"$s0 = mem[$sp+0]",相當於取堆疊位址偏移0記憶體word長度的值到$s0中

3.1.3、lw(load word) 指令用於從乙個指定的位址載入乙個word型別的值到乙個暫存器中。

語法例項

備註lw $rt, offset($rs)

lw $s0, 0($sp)

"$s0=mem[$sp+0];",相當於取堆疊位址偏移0記憶體word長度的值到$s0中

3.1.4、sw(store word)用於將源暫存器中的值存入指定的位址。

語法例項

備註sw $rt, offset($rs)

sw $a0,0($sp)

"mem[$sp+0]=$a0;",相當於將$a0暫存器中乙個word大小的值存入堆疊,且$sp自動堆疊

3.1.5、move指令用於暫存器之間值的傳遞。

語法例項

備註move $rt, $rs

move $t5, $t1

$t5=$t1;

3.2、算術運算指令

mips彙編指令的算術運算特點如下:

算術運算指令的所有運算元都是暫存器,不能直接使用ram位址或間接定址。

運算元大小都為word(4 byte)。

算術運算指令有21條,分別為add、addi、sub、subu、clo、clz、slt、slti、sltiu、sltu、mul、mult、madd、maddu、msub、msubu、div和divu,實現了加、減、比較、乘、乘累加、除等運算。

指令格式與例項

注釋add $t0,$t1,$t2

"$t0=$t1+$t2;",帶符號數相加

sub $t0,$t1,$t2

"$t0=$t2 - $t2;", 帶符號數相減

addi $t0,$t1,5

$t0 = $t1 + 5;

addu $t0,$t1,$t2

"$t0 = $t1 + $t2;",無符號數相加

subu $t0, $t1, $t2

"$t0 = $t2 - $t2;",無符號數相減

mult $t3, $t4

"$t3 * $t4", 把64 bits的積儲存到"lo,hi"中,即"(hi,lo)=$t3 * $t4;"

div $t5, $t6

"$lo=$t5/$t6", $lo為商的整數部分;"$hi=$t5 mod $t6", $hi為餘數

mfhi $t0

$t0 = $hi

mflo $t1

$t1 = $lo

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