概要

MIPSについてまとめてみた
MIPSのプログラムの実行はシミュレータのSPIMを使用している

Hello World

Hello Worldの表示

最初にHello Worldを表示するプログラムを作ってみる。

hello.asm

# Hello Worldを表示するプログラム

# データ
        .data
msg:    .asciiz "Hello World\n"

# テキスト

        .text
        .globl main
main:
  li    $v0, 4
        la        $a0, msg
        syscall
        jr        $ra

# end

実行結果

Hello World

hello.asmの説明

#の後はコメントアウト
プログラムはデータ領域とテキスト領域で構成される。

データ領域

データ領域とは変数値や計算の途中で一時的に使われる領域のこと。

hello.asmのデータ領域

        .data
msg:    .asciiz "Hello World\n"

1行目の.dataはデータ領域の開始の宣言を表す。
2行目のmsg: .asciiz "Hello World\n"はラベルmsgの宣言をしている。

ラベルを宣言することによって、このアドレスをmsgという記号で参照することができる。

テキスト領域

テキスト領域とはプログラムを配置する領域である。

hello.asmのテキスト領域

        .text
        .globl main
main:
  li    $v0, 4
        la        $a0, msg
        syscall
        jr        $ra

# end

1行目の.textでテキスト領域の開始の宣言をする。
2行目の.globl mainで下で定義されているmainというラベルがグローバル(このプログラムの外部から見える)であることを宣言する。
3行目でラベルmainを宣言。
4行目li $v0, 4は$v0レジスタに値4をロードする。
5行目la $a0, msg$a0はレジスタに付加パラメータ(この場合は表示する文字列を格納した領域のアドレス)をロードする。
6行目syscallはシステムコールを実行する。実行するシステムコールの種類は$v0で指す
7行目jr $raは呼び出しもとに戻る(return)。アドレスは$raに格納されている。

レジスタ

MIPSのレジスタは32個ある。

$s0〜$7 (16〜23)

プログラムの変数の値を保持

$t0〜$t7 (8〜15）

計算途中の一時的な値を保持

$zero (0)

常に0という値を持つ特別なレジスタ

アセンブリ命令

算術演算

add

add $s1, $s2, $s3

$s1 = $s2 + $s3

sub

sub $s1, $s2, $s3

$s1 = $s2 - $s3

addi

addi $s1, $s2, num

$s1 = $s2 + num

データ転送

load命令とstore命令がある。

load命令 : 主記憶かrレジスタに値を転送する
store命令 : レジスタから主記憶に値を転送する

lw

lw $s1, num($s2)

$s1 = メモリ[$s2 + num]

sw

sw $s1, num($s2)

$s1 = メモリ[$s2 + num]

論理演算

and

and $s1, $s2, $s3

$s1 = $s2 \quad \& \quad $s3

or

nor $s1, $s2, $s3

$s1 = $s2 \quad || \quad $s3

nor

nor $s1, $s2, $s3

$s1 = ! ($s2 \quad || \quad $s3)

sll

sll $s1, $s2, 10

$s1 = $s2 \quad << \quad 10

sli

sli $s1, $s2, 10

$s1 = $s2 \quad >> \quad 10

無条件ジャンプ

j

j 2500     意味　: go to 2500

MIPSのフィールド

op	rs	rt	rd	shamt	funct
6bit	5bit	5bit	5bit	5bit	6bit

OP : 命令の基本操作。オペコード
rs : 第１のソース・オペランドのレジスタ
rt : 第2のソース・オペランドのレジスタ
rd : ディスティネーション・オペランドのレジスタ。結果を収める先
shamt : シフト量
funct : 機能コード。命令操作フィールドのバリエーションを表す。

実際のプログラム例

assing.asm

assign.c

int src = 1234;
int dst;

int main()
{
	dst = src;

	return 0;
}

これをMIPSのコードにコンパイルすると

assign.asm

# データ領域の宣言
        .data

# int src = 1234
        .globl    src
src:    .word     1234

# int dst
        .globl    dst
dst:    .word     0

# データ領域の宣言の終了
        .text

# int main ()
        .globl    main
main:

# dst = src;
        la    $t0, src     # srcのアドレス値をt0にロードする
        lw    $s0, 0($t0)  # t0の内容をs0にロードする
        la    $t1, dst     # dstのアドレス値をt1にロードする
        sw    $s0, 0($t1)  # s0の内容をt1にストアする

# return 0
        li    $v0, 0    # $v0に値9をロードする
        jr    $ra       # 呼び出しもとに戻る

addition.asm

addition.c

int x1 = 1234;
int x2 = 5678;
int y;

int main()
{
	y = x1 + x2;

	return 0;
}

これをMIPSのコードにコンパイルすると

addition.asm

# データ領域開始の宣言
        .data

# int x1 = 1234
        .globl    x1
x1:     .word     1234

# int x2 = 5678
        .globl    x2
x2:     .word     5678

# int y
        .globl    y
y:      .word     0

# テキスト領域の開始
        .text

# int main
        .globl    main
main:

# y = x1 + x2
    la    $t0, x1    
    lw    $s0, 0($t0)
    la    $t0, x2
    lw    $s1, 0($t0)
    add   $s0, $s0, $s1
    la    $t0, y
    sw    $s0, 0($t0)

# return 0
    li    $v0, 0
    jr    $ra

addition2.asm

addition2.cはaddition.cとほぼ変わらないが、初期値宣言をしていない。

addition2.c

int p;
int q;
int r;

int main()
{
    p = 1;
    q = 2;
    r = p + q;

    return 0;
}

これをコンパイルすると

addition2.asm

# データ領域の開始の宣言
        .data

# int p
        .globl    p
p:      .word     0

# int q
        .globl    q
q:      .word     0

# int r
        .globl    r
r:      .word     0

# テキスト領域の開始の宣言
        .text

# int main
        .globl    main
main:

# p = 1
    la    $t0, p
    li    $s0, 1
    sw    $s0, 0($t0)

# q = 2
    la    $t0, q
    li    $s0, 2
    sw    $s0, 0($t0)

# r = p + q
    la    $t0, p
    lw    $s0, 0($t0)
    la    $t0, q
    lw    $s1, 0($t0)
    add   $s0, $s0, $s1
    la    $t0, r
    sw    $s0, 0($t0)

# return 0
    li    $v0, 0
    jr    $ra

addition2.asmとaddition.asmを比較してみると初期値宣言をしているaddition.asmの方が効率が良いことが分かる。

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