自己动手写CPU之第九阶段（2）——加载存储指令说明2（lwl、lwr）

将陆续上传新书《自己动手写CPU》，今天是第38篇，我尽量每周四篇，但是最近已经很久没有实现这个目标了，一直都有事，不好意思哈。

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今天继续对MIPS32中加载存储指令进行说明（主要是lwl、lwr），上次已经介绍一些其他的加载存储指令，大家可以回顾。

9.1.4 加载指令lwl、lwr说明

      加载指令lwl、lwr的格式如图9-6所示。

•  当指令中的指令码为6'b100010时，是lwl指令，非对齐加载指令，向左加载

      指令用法为：lwl rt, offset(base)

      指令作用为：从内存中指定的加载地址处，加载一个字的最高有效部分。lwl指令对加载地址没有要求，从而允许地址非对齐加载，这是与前面介绍的lh、lhu、lw指令的不同之处。在大端模式、小端模式下，lwl指令的效果不同，因为OpenMIPS是大端模式，所以此处只介绍在大端模式下lwl指令的效果。假设计算出来的加载地址是loadaddr，loadaddr的最低两位的值为n，将loadaddr最低两位设为0后的值称为loadaddr_align，如下。

加载地址loadaddr = signed_extended(offset) + GPR[base]

n = loadaddr[1:0]

loadaddr_align = loadaddr – n

      例如：假设计算出来的加载地址是5，lwl指令要从地址5加载数据，那么loadaddr就等于5，n等于1，loadaddr_align等于4。

      lwl指令的作用是从地址为loadaddr_align处加载一个字，也就是4个字节，然后将这个字的最低4-n个字节保存到地址为rt的通用寄存器的高位，并且保持低位不变。

      继续上例，此时loadaddr_align为4，所以从地址4处加载一个字，对应的是地址为4、5、6、7的字节，因为n等于1，所以将加载到的字的最低3个字节保存到地址rt的通用寄存器的高3个字节。如图9-7所示。一个更加通用的描述如图9-8所示。

•  当指令中的指令码为6'b100110时，是lwr指令，非对齐加载指令，向右加载

      指令用法为：lwr rt, offset(base)

      指令作用为：从内存中指定的加载地址处，加载一个字的最低有效部分。还是假设计算出来的加载地址是loadaddr，loadaddr的最低两位的值为n，将loadaddr最低两位设为0后的值称为loadaddr_align，如下。

加载地址loadaddr = signed_extended(offset) + GPR[base]

n = loadaddr[1:0]

loadaddr_align = loadaddr – n

      例如：假设计算出来的加载地址是9，lwr指令要从地址9加载数据，那么loadaddr就等于9，n等于1，loadaddr_align等于8。

      lwr指令的作用是从地址为loadaddr_align处加载一个字，也就是4个字节，然后将这个字的最高n+1个字节保存到地址为rt的通用寄存器的低位，并且保持高位不变。

      继续上例，此时loadaddr_align为8，所以从地址8处加载一个字，对应的是地址为8、9、10、11的字节，因为n等于1，所以将加载到的字的最高2个字节保存到地址rt的通用寄存器的低2个字节。如图9-9所示。一个更加通用的描述如图9-10所示。

      lwl与lwr指令配合可以实现从一个非对齐地址加载一个字，而且只需要使用2条指令，提高了效率。例如：使用一般指令从地址7处加载一个字，那么可以使用以下代码实现，共5条指令。

lw  $1, 4($0)          # 取得地址0x4处的字，保存在$1中lw  $2, 8($0)          # 取得地址0x8处的字，保存在$2中sll $1, $1, 24         # $1左移24位slr $2, $2, 8          # $2右移8位or  $1, $1, $2         # $1与$2进行逻辑“或”运算，得到最终结果

      而有了lwl、lwr指令后，只需要2条指令即可。如下，图9-11是对这个过程的描述。

lwl $1, 7($0)lwr $1,10($0)