• MIPS汇编基础
  • 简介
  • 寄存器
    • 通用寄存器
    • 特殊寄存器
  • 字节序
  • MIPS指令集
    • MIPS指令的特点
    • 指令格式
    • 汇编常用命令
      • LOAD/STORE指令
      • 算术运算指令
      • 类比较指令
      • SYSCALL（SYStem CALL）
      • 分支跳转语句
      • 跳转指令
  • 参考链接

MIPS汇编基础

简介

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。

MIPS21架构是一种基于固定长度的定期编码指令集，并采用导入/存储数据模型。在路由器中经常使用的一种MIPS架构就是MIPS32。

寄存器

通用寄存器

在MIPS体系结构中有32个通用寄存器，在汇编程序中可以用编号$0-$31表示，也就可以用寄存器的名字表示。

特殊寄存器

PC（程序计数器）、HI(乘除结果高位寄存器)、LO（乘除结果低位寄存器）。在除法计算中HI保存余数，LO保存商。

字节序

有大端模式（MSB）和小端模式（LSB）

MIPS指令集

MIPS指令的特点

1. 固定4字节指令长度。

2. 内存中的数据访问（load/store）必须严格对齐（至少4字节对齐）。

3. 跳转指令只有26位目标地址，加上2位对齐位，可寻址28位空间，即256MB。

4. MIPS默认不把子函数的返回地址存放到栈中，而是存放到$31（$ra）寄存器中，如果遇到嵌套子函数，则把返回地址存放到栈中，$31用来存嵌套子函数的返回地址。

5. 流水线效应：MIPS采用高度的流水线，其中一个最重要的效应就是分支延迟效应。在分支跳转语句后面的那条语句叫做分支盐池曹。实际上，在程序执行到分支语句时，当它刚把要跳转到的地址填充好（填充到代码计数器里），还没有完成本条指令时，分支语句后面的那个指令就已经执行了，其原因就是流水线效应——几条指令同时执行，只是处于不同的阶段。

如下面的代码：寄存器$a0存的是调用函数的参数，根据流水线效应，在执行第二句跳转分支时，第三行的move指令已经完成，也就是说实际传入strrchr函数的参数时$s0而不是$s2。

mov $a0,$s2

jalr strrchr

move $a0,$s0

指令格式

所有的MIPS指令的长度都为32位，设计者将所有指令定长，但不同的指令有不同的格式。在MIPS架构中指令最高6位均为6位的Opcode码，剩下的24位可以将指令分为3种类型，分别时R型、I型和J型。

1. R型指令连续3个5位二进制码表示3个寄存器的地址，然后用1个5位二进制码表示移位的位数（如果未使用移位操作则全为0），最后6位地Function码（它与Opcode码共同决定R型指令地具体操作方式）。

2. I型指令连续2个5位二进制码表示2个寄存器地地址，然后是由1个16位二进制码表示1个立即数二进制码。

3. J型指令用26位二进制码表示跳转目标地指令地址（实际地指令地址应为32位，其中最低2位为“00”，最高4为由PC当前地址决定）。

各字段含义：

1. Opcode：指令基本操作，操作码。

2. Rs：第一个源操作数寄存器。

3. Rt：第二个源操作数寄存器。

4. Shamt：位移量。

5. Funct：函数，这个字段选择Opcode操作地某个特定变体。

汇编常用命令

LOAD/STORE指令

LOAD/STORE指令一共有14条la、lb、lbu、lhu、li、lw、lwl、lwr、sb、sc、sh、sw、swl、swr。以“l”开头的是加载，以“s”开头的是存储。

例子：

算术运算指令

特点：

1. 算术运算指令的所有操作码都是寄存器，不能直接使用RAM地址或间接寻址。

2. 操作数的大小都为word（4Byte）

算术运算指令一共21条，实现了加、减、比较、乘、乘累加、除等运算。

例：

类比较指令

在MIPS寄存器种没有标志位寄存器，但有SLT系列指令，可以通过比较设置某个寄存器后与分支跳转指令联合使用。

例：

li $v1,1

beq $v0,$v1,loc_41A394

slti $v0,$s2,2

beq是分支跳转语句，所以需要注意流水线效应，上面的代码实现的功能相当于“if($s2<2)goto loc_41A394”。

SYSCALL（SYStem CALL）

SYSCALL可以产生一个软中断，从而实现系统调用。系统调用号存放在$v0中，参数存放在$a0-$a3中，系统返回值放在$v0中，如果系统出错，会在$a3中返回一个错误号。

分支跳转语句

跳转指令

参考链接

《揭秘家用路由器0day漏洞挖掘技术》

https://www.cnblogs.com/tkid/p/3873272.html

https://www.cnblogs.com/thoupin/p/4018455.html