MIPS32指令集

MIPS32指令集

MIPS指令可以分成以下各类：
    空操作no-op;
    寄存器／寄存器传输：用得很广，包括条件传输在内；
    常数加载：作为数值和地址的整型立即数；
    算术／逻辑指令；
    整数乘法、除法和求余数；
    整数乘加；
    加载和存储；
    跳转、子程序调用和分支；
    断点和自陷；
    CP0功能：CPU控制指令
    浮点；
    用户态的受限访问：rdhwr和synci
注：64位版本开头以“d”表示，无符号数以“u”结尾，立即数通常以“i”结尾，字节操作以“b”结尾，双字操作以“d”结尾，字操作以“w”结尾

1、空操作：nop:相当于 sll zero,zero,o，
                   ssnop: equals sll zero,zero,1.
      这个指令不得与其它指令同时发送，这样就保证了其运行要花费至少一个时钟周期。这在简单的流水线的CPU上无关紧要，但在复杂些的实现上对于实现强制的延时很有用。

2、寄存器／寄存器传送：
      move: 通常用跟$zero寄存器的or来实现，或者用addu。
      movf, movt, movn, movz: 条件传送。

3、常数加载：
      dla、la: 用来加载程序中某些带标号的位置或者变量的地址的宏指令；
      dli、li: 装入立即数常数，这是一个宏指令；
      lui: 把立即数加载到寄存器高位。

4、算术／逻辑运算：
      add、addi、dadd、daddi、addu、addiu、daddu、daddiu、dsub、sub、subu：加法指令和减法指令；
      abs，dabs：绝对值；
      dneg、neg、negu：取相反数；
      and、andi、or、ori、xor、nor：逐位逻辑操作指令；
      drol、rol、ror：循环移位指令；
      sll、srl、sra：移位。

5、条件设置指令：
      slt、slti、sltiu、sltu、seq、sge、sle、sne：条件设置。

6、整数乘法、除法和求余数：
      div、mul、rem等等。

7、整数乘加（累加）：
      mad等。

8、加载和存储：
      lb、ld、ldl、ldr、sdl、sdr、lh、lhu、ll、sc、pref、sb等操作。

9、浮点加载和存储：
      l.d、l.s、s.d、s.s等


常用MIPS指令集及格式：

MIPS 指令集(共31条）

助记符

指令格式

示例

示例含义

操作及其解释

Bit #

31..26

25..21

20..16

15..11

10..6

5..0

 

 

 

R-type

op

rs

rt

rd

shamt

func

 

 

 

add

000000

rs

rt

rd

00000

100000

 add $1,$2,$3

 $1=$2+$3

 rd <- rs + rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

addu

000000

rs

rt

rd

00000

100001

 addu $1,$2,$3

 $1=$2+$3

 rd <- rs + rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数

sub

000000

rs

rt

rd

00000

100010

 sub $1,$2,$3

 $1=$2-$3

 rd <- rs - rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

subu

000000

rs

rt

rd

00000

100011

 subu $1,$2,$3

 $1=$2-$3

 rd <- rs - rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数

and

000000

rs

rt

rd

00000

100100

 and $1,$2,$3

 $1=$2 & $3

 rd <- rs & rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

or

000000

rs

rt

rd

00000

100101

 or $1,$2,$3

 $1=$2 | $3

 rd <- rs | rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

xor

000000

rs

rt

rd

00000

100110

 xor $1,$2,$3

 $1=$2 ^ $3

 rd <- rs xor rt   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(异或）

nor

000000

rs

rt

rd

00000

100111

 nor $1,$2,$3

 $1=~($2 | $3)

 rd <- not(rs | rt)   ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(或非）

slt

000000

rs

rt

rd

00000

101010

 slt $1,$2,$3

 if($2<$3) 
  $1=1 else
   $1=0

 if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

sltu

000000

rs

rt

rd

00000

101011

 sltu $1,$2,$3

 if($2<$3) 
  $1=1 else
   $1=0

 if (rs < rt) rd=1 else rd=0 ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1
  (无符号数）

sll

000000

00000

rt

rd

shamt

000000

 sll $1,$2,10

 $1=$2<<10

 rd <- rt << shamt  ；shamt存放移位的位数，
  也就是指令中的立即数，其中rt=$2, rd=$1

srl

000000

00000

rt

rd

shamt

000010

 srl $1,$2,10

 $1=$2>>10

 rd <- rt >> shamt ；(logical) ，其中rt=$2, rd=$1

sra

000000

00000

rt

rd

shamt

000011

 sra $1,$2,10

 $1=$2>>10

 rd <- rt >> shamt  ；(arithmetic) 注意符号位保留
 其中rt=$2, rd=$1

sllv

000000

rs

rt

rd

00000

000100

 sllv $1,$2,$3

 $1=$2<<$3

 rd <- rt << rs  ；其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1

srlv

000000

rs

rt

rd

00000

000110

 srlv $1,$2,$3

 $1=$2>>$3

 rd <- rt >> rs  ；(logical)其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1

srav

000000

rs

rt

rd

00000

000111

 srav $1,$2,$3

 $1=$2>>$3

 rd <- rt >> rs  ；(arithmetic) 注意符号位保留
 其中rs＝$3，rt=$2, rd=$1

jr

000000

rs

00000

00000

00000

001000

 jr $31

 goto $31

 PC <- rs

I-type

op

rs

rt

immediate

 

 

 

addi

001000

rs

rt

immediate

 addi $1,$2,100

 $1=$2+100

 rt <- rs + (sign-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2

addiu

001001

rs

rt

immediate

addiu $1,$2,100

 $1=$2+100

 rt <- rs + (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2

andi

001100

rs

rt

immediate

 andi $1,$2,10

 $1=$2 & 10

 rt <- rs & (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2

ori

001101

rs

rt

immediate

 andi $1,$2,10

 $1=$2 | 10

 rt <- rs | (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2

xori

001110

rs

rt

immediate

 andi $1,$2,10

 $1=$2 ^ 10

 rt <- rs xor (zero-extend)immediate ；其中rt=$1,rs=$2

lui

001111

00000

rt

immediate

 lui $1,100

 $1=100*65536

 rt <- immediate*65536 ；将16位立即数放到目标寄存器高16
         位，目标寄存器的低16位填0

lw

100011

rs

rt

immediate

 lw $1,10($2)

 $1=memory[$2
 +10]

 rt <- memory[rs + (sign-extend)immediate] ；rt=$1,rs=$2

sw

101011

rs

rt

immediate

 sw $1,10($2)

 memory[$2+10]
 =$1

 memory[rs + (sign-extend)immediate] <- rt ；rt=$1,rs=$2

beq

000100

rs

rt

immediate

 beq $1,$2,10

 if($1==$2) 
 goto PC+4+40

 if (rs == rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2 

bne

000101

rs

rt

immediate

 bne $1,$2,10

 if($1!=$2)
 goto PC+4+40

 if (rs != rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate<<2 

slti

001010

rs

rt

immediate

 slti $1,$2,10

 if($2<10) 
  $1=1 else
   $1=0

 if (rs <(sign-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ；
   其中rs＝$2，rt=$1

sltiu

001011

rs

rt

immediate

 sltiu $1,$2,10

 if($2<10) 
  $1=1 else
   $1=0

 if (rs <(zero-extend)immediate) rt=1 else rt=0 ；
  其中rs＝$2，rt=$1

J-type

op

address

 

 

 

j

000010

address

 j 10000

 goto 10000

 PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0   ；address=10000/4

jal

000011

address

 jal 10000

 $31<-PC+4;
 goto 10000

 $31<-PC+4；PC <- (PC+4)[31..28],address,0,0
   ；address=10000/4

32个寄存器：

寄存器号            符号名            用途
 0                 始终为0     看起来象浪费,其实很有用
 1                 at          保留给汇编器使用
 2-3               v0,v1       函数返回值
 4-7               a0-a3       前头几个函数参数
 8-15              t0-t7       临时寄存器,子过程可以不保存就使用
 24-25             t8,t9       同上
 16-23             s0-s7       寄存器变量,子过程要使用它必须先保存
                               然后在退出前恢复以保留调用者需要的值
 26,27             k0,k1       保留给异常处理函数使用
 28                gp          global pointer;用于方便存取全局或者静态变量
 29                sp          stack pointer
 30                s8/fp       第9个寄存器变量;子过程可以用它做frame pointer
 31                 ra         返回地址
硬件上这些寄存器并没有区别(除了0号),区分的目的是为了不同的编译器产生的代码可以通用