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1、MIPS体系结构的特点1. MIPS指令集的限制o所有的指令长度都是32位o指令操作必须适合流水线o三操作数的指令o 32个寄存器o寄存器零（？作用）o没有条件码（很强大）？没有标志位，但是所有信息保存在寄存器 堆中2. 寻址和访存o访问内存只能通过简单的寄存器加载和存储（对内存变量进行算术 运算会打乱流水线）o只有一种数据寻址方式（单个寄存器基址加上一个16位的常数偏 移量寻址内存）o字节地址访问（？）o load/store必须对齐o跳转指令（有228=256MB的地址空间）（超过的可以使用一个寄存 器跳转指令做到，可以跳到任意32位地址）（条件分支只有128KB 的范围）3. MIPS的
2、特性o没有字节或半字数据的运算：所有的算术和逻辑操作都在32位的 数据上进行（int类型32位的整数）o没有对堆栈的特殊支持（堆栈弹出不能适应流水线（因为有两个寄 存器要写：来自堆栈的数据和增加指针值）o最少的子程序支持（？很大的好处？（返回地址存入$31 （返回地 址寄存器）o最少的中断处理o最少的异常处理（保留了两个寄存器给用于异常，这样异常处理程 序可以自举？）MIPS架构中的PC（程序计数）MIPS架构中没有X86中的PC（程序计数）寄存器，它的程序计数器不是一个寄存 器。因为在MIPS这样具有流水线结构的CPU中，程序计数器在同一时刻可以有 多个给定的值，如jal指令的返回地址跟随其
3、后的第二条指令。jal printf move $4, $6xxx # return here after callMIPS32中也没有条件码，比如在X86中常见的状态寄存器中的Z、C标志位在MIPS32中是没有的，但是MIPS32中是有状态寄存器MIPS32中整数乘法部件MIPS32中不同于其它的RISC架构的地方是其有 整数乘法部件，这个部件使用 两个特殊的寄存器HI、LO，并且提供相应的指令mfhi/mthi,mthi/mtlo来实现 整数乘法结果一hi/lo寄存器与通用寄存器之间的数据交换CP0 （协处理器0）-MIPS处理器控制MIPS支持最多4个协处理器。协处理器CP0为CPU的控
4、制协处理器，是体系结 构中必须实现的。CP1为浮点处理器。CP2保留，各生产厂商往往用来实现一些 自己的特色功能，例如RMI的Fast Message Ring等。CP3原本也是保留共扩展 用，但很多MIPS III和MIPS IV时代的扩展指令集使用了它。为适应处理器向 多核时代的演进，MIPS引入了多核操作必要的原子指令（Atomic operation） 内存屏障（Barrier）等操作。在SMP或AMP等多核架构中，这些指令是并行计算 同步的保障。CP0用于控制和设置MIPS CPU，里面包含了一些寄存器，同过对这些寄存器的不 同的位的操作可以实现对处理器的设置。CP0类似于X 86只
5、能有内核（高优先 级权限）访问的一些处理器资源，而提到的通用寄存器GPR和FPR则可以有由所 有的优先级权限访问CP0提供了中断异常处理、内存管理（包括CACHE、TLB）、 外设管理 等途径（而这些只能由高优先级的内核才能访问到）。起作用的寄存器及其作用：加电后，你需要设置SR和Config寄存器，以确保 CPU进入正确的引导状态，并且SR寄存器还设置了中断码。以决定系统响应哪 些中断。进入任何异常：处理任何例外都会调用一个“通用异常处理程序”。MIPS体系 并没有为进入异常作任何的寄存器保存，也没有关于堆栈方面的任何支持，进入 异常时唯一保存的就是异常返回地址保存在EPC中。所以这些都需要
6、操作系统 的软件实现。操作系统可以使用K0或者K1寄存器作为堆栈指针，指向某个位置， 并且在需要保存的寄存器保存到这个栈上。然后通过Cause寄存器找到发生异 常的原因，这样才能跳转到对应的中断处理程序中。从异常返回：从异常返回到 EPC制定的地址之前要把CPU的状态回复到异常之前，好象什么事情都没有发生 一样。在R3000中使用rfe指令作这样的事情，但是着条指令仅仅恢复了 一些 寄存器中的内容，但是并没有转移控制指令，你需要把EPC内容保存到一个通用 寄存器中，然后调用jr指令返回到EPC指向的地址处，数据加载与存储MIPS名字大小（子 节）汇编助记 符dword8d代表 ldword4w
7、代表 lwhalfword2h代表 lhbyte1b代表 lbMIPS CPU可以在一个单一操作中存储1到8个字节。文档中和用来组成指令助 记符的命名约定如下：C名字+long longint/longshortchar数据加载包括这样几条记载指令lb/lbu、lh/lhu、lwbyte和short的加载有两种方式。带符号扩展的lb和lh指令将数据值存放在 32位寄存器的低位中，剩下的高位用符号位的值来扩充（位7如果是一个byte， 位15如果是一个short）。这样就正确地将一个带符号整数放入一个32位的带 符号的寄存器中。不带符号指令lbu和lhu用0来扩充数据，将数据存放纵32位寄存器的
8、低位中， 并将高位用零来填充。例如，如果一个byte字节宽度的存储器地址为t1，其值 为0xFE（-2或254如果是非符号数），那么将会在t2中放入0xFFFFFFFE（-2作为 一个符号数）。t3的值会是0x000000FE（254作为一个非符号数）lb t2, 0（t1） lbu t3, 0（t1） 数据存储包括这样几条指令sb、sh、sw由于加载就是把寄存器中的数据加载到内存中，所以不存在位扩展的问题。MIPS的存储管理模型MIPS32中的存储器模型被划分为四个大块，其中：虚拟地址范围命描述+must be0x0000,00000x7fff,ffff(02G-1)0x8000,00000
9、x9fff,ffff(2G2.5G-1)0xa000,00000xbfff,ffff(2.5G3G-1)mapp ed (set page tabl US e and EG TLB) and set cach e befo re use dire ctly mapp ed(n o need to set page KS tabl EG e and 0 TLB) but need to set cach e befo re useKS dire EG ctly 1 mapped(n o need to set page tabl e and TLB) and neve r use cach e
10、muse be mapp ed(s et page0xc000,00000xffff,ffff(3G4G-1)KSEG2tabl e and TLB) andset cach e beforeuse这样的存储器管理模型和X86差距比较大，X86有一个实模式，内核在启动保护 模式之前，运行在实模式之下，直到设定了保护模式之后才能运行在保护模式下。 在MIPS32中没有保护模式那么系统是如何启动的呢？MIPS32中的 处理器启动向量 位于KSEG1中0xbf10,0000,由于KSEG1是 directly mapped的，所以直接对应了物理地址0x1fc0,0000,你可以在内核中一 直使用0x
11、a000,00000xbfff,ffff之间的虚拟地址 来访问物理地址0512M-1, 在设置了 KSEG0的cache之后，也可一使用0x8000,00000x9fff,ffff之间的虚 拟地址来访问0512M-1之间的物理地址。对于512M以上的物理地址只能由 KSEG2和USEG通过页表访问。x86的处理器启动向量为0xffff,fff0ARM的处理器启动向量为MIPS32的C语言中参数传递和返回值的约定caller至少使用16bytes堆栈空间存放参数，然后把这16 bytes存放到通用寄 存器a0a3中，called subroutine直接使用寄存器中的参数，同时caller堆 栈中的16bytes的数据可以不去理会了。需要理解的是带有浮点参数和结构体的参数传递，对于带有浮点参数的传递需要 看第一个参数是否是浮点，如果是浮点则将参数放到（f12和）f14这两个浮点 寄存器中，如果第一个参数不是浮点数，则不用浮点寄存器存放参数。对于结构 体的参数传递和x86类似对于整数和指针类型的
