Hướng dẫn thực hành mip asm trên Pcspim

Chia sẻ: Nguyen Thi Thanh Thao | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

286
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'hướng dẫn thực hành mip asm trên pcspim', giáo dục - đào tạo, cao đẳng - đại học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hướng dẫn thực hành mip asm trên Pcspim

1. Giới thiệu PCSPim PCSpim là chương trình chạy và mô phỏng chương trình hợp ngữ dành cho MIPS. Sau khi cài đặt PCSpim và chạy chương trình (Start -> All Programs -> PCSpim.exe), cửa sổ chương trình PCSpim hiện lên như hình 1. Hình 1: Cửa sổ chương trình PCSpim Cửa sổ hiển thị chia làm 4 phần: Phần trên cùng hiển thị nội dung của 32 thanh ghi của CPU và FPU. Nội dung sẽ tự động cập nhật khi chương trình hợp ngữ chạy. • Phần dưới kế tiếp hiển thị mã của chương trình ở dạng hợp ngữ, dạng mã máy (số hex cột thứ 2 từ trái qua), và địa chỉ tương ứng của mỗi lệnh (cột đầu tiên bên trái). • Phần dưới kế tiếp hiển thị dữ liệu khai báo trong chương trình hợp ngữ (ví dụ: mảng hay chuỗi) và dữ liệu trong vùng ngăn xếp khi chương trình hợp ngữ được thực thi. • Phần dưới cùng hiển thị các thông tin phụ của SPIM, thông tin về lỗi nếu có. Chương trình hợp ngữ muốn chạy được phải được load trước. Đế load chương trình hợp ngữ (ở dạng một file có đuôi mở rộng là *.asm hay *.s), thực hiện thao tác File menu -> Open -> chọn file chứa chương trình cần load. Để tạo file *.asm, chúng ta có thể dùng các chương trình soạn thảo thô như Notepad, Notepad++, EditPlus… •
Hình 2. Load file chứa chương trình nguồn. Sau khi chương trình hợp ngữ đã được load, chúng ta có thể thực hiện chạy chương trình và quan sát sự thay đối giá trị các thanh ghi, các ô nhớ, vị trí và lệnh đang được thực thi … Các tác vụ chạy chương trình ở trong Simulator menu. Các bước để chạy và quan sát quá trình chạy của chương trình hợp ngữ trên PCSpim: • • Chọn Simulator -> Breakpoints… (hoặc nhấn Ctrl+B). Cửa sổ hiện ra điền vào textbox Address giá trị 0x00400000, chọn Add. Chọn Simulator -> Go (hoặc nhấn F5). Điền giá trị 0x00400000 vào texbox Starting Address, chọn OK. Giá trị của thanh ghi PC lúc này là 0x00400000. Chọn Simulator -> Single Step (hoặc nhấn F10) để chạy từng dòng lện trong chương trình. Chúng ta có thể quan sát kết quả thực hiện thông qua giá trị của các thanh ghi, các ô nhớ liên quan. •
Cách khác để chạy chương trình nguồn: Simularor -> SetValue…, cửa sổ hiện ra, điền vào textbox Register Name giá trị PC, điền vào textbox Value giá trị 0x00400000. Sau đó nhấn F10 để chạy từng bước hay F5 để chạy cho đến khi gặp breakpoints. 2. Các kiến thức cơ sở 2.1 Đổi qua lại giữ số thập lục phân (hexadecimal) và số nhị phân (binary) Số thập lục phân được tạo thành từ 16 ký số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, a, b, c, d, e, f. Số nhị phân tạo thành từ 2 ký số: 0, 1. Một ký số thập lục phân tương ứng với số nhị phân gồm 4 ký số theo bảng sau: Ví dụ: Số thập lục phân 0xeca86420 chuyển sang số nhị phân: Số nhị phân 1 0011 0101 0111 1001 1011 1101 1111 chuyển sang số thập lục phân: 2.2 Tổ chức bộ nhớ Bộ nhớ là một mảng 232 ô nhớ 8-bit, bắt đầu từ địa chỉ 0x000000 đến địa chỉ 0xFFFFFFFF. Người dùng chỉ có thể sử dụng vùng nhớ từ 0x00400000 đến 0x7FFFFFFF. Vùng nhớ người dùng chia làm 3 phần: vùng chứa mã (text segment), vùng chứa dữ liệu (data segment)
và vùng nhớ stack (stack segment). Bộ xử lý tương tác với bộ nhớ thông qua việc di chuyển dữ liệu giữa các ô nhớ và các thanh ghi. Có hai thao tác để thực hiện việc di chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ và thanh ghi: load và store. Dữ liệu di chuyển được tổ chức thành nhóm một, hai hay bốn byte liên tục nhau theo chiều tăng địa chỉ ô nhớ. • • load: nhóm byte liên tục nhau theo chiều tăng địa chỉ ô nhớ bắt đầu từ địa chỉ được chỉ định được copy vào thanh ghi. store: nhóm dữ liệu 1, 2 byte thấp của thanh ghi hay cả 4 byte của thanh ghi được copy vào bộ nhớ từ địa chỉ được chỉ định. 2.3 Tổ chức thanh ghi MIPS có tấc cả 32 thanh ghi 32-bit có thê sử dụng trong ngôn ngữ assembly được liệt kê trong bảng sau: Bộ xử lý MIPS có bộ tính toán số học/luận lý (ALU) bên trong thực hiện các phép toán số học và luận lý trên số nguyên 32-bit. Phép toán thực hiện bởi ALU gồm hai toán hạng. Một toán hạng là số nguyên chứa trong thanh ghi, toán hạng còn lại có thể chứa trên thanh ghi hay là một phần của lệnh thực hiện phép toán (hằng số). Kết quả của phép toán luôn đặt vào thanh ghi.
3. Tập lệnh của MIPS Lệnh Cộng số bù 2 Cộng không dấu Cộng với hằng số 16 bit bù 2 Cộng với hằng số 16 bit không dấu AND từng bit AND từng bit với hằng số 16 bit Nhảy nếu bằng Nhảy nếu lớn hơn hay bằng 0 Cú pháp add rd, rs, rt addu rd, rs, rt addi rd, rs, const addiu rd, rs, const and rd, rs, rt andi rd, rs, const beq rs, rt, addr bgez rs, addr Định dạng lệnh Ý nghĩa rd
Load byte và mở rộng dấu bne rs, rt, addr div rs, rt divu rs, rt j target jal target jr rs lb rd, offset(base)
offset, offset là số bù 2 Load byte và mở rộng số 0 đầu Load half-word và mở rộng dấu Load half-word và mở rộng số 0 Load hằng vào 16 bit cao Load word Chuyển giá trị từ hi vào thanh ghi Chuyển giá trị từ lo vào thanh ghi Nhân hai số bù 2 Nhân hai số không dấu NOT từng bit NOR từng bit OR từng bit OR từng bit với hằng 16 bit Lưu byte thấp của thanh ghi vào bộ nhớ Lưu hai byte thấp vào bộ nhớ Lệnh nop lbu rd, offset(base) rd byte đã được mở rộng 0 từ ô nhớ có địa chỉ base + offset, offset là số bù 2 rd 2 byte liên tiếp đã được mở rộng dấu từ ô nhớ có địa chỉ base + offset , offset là số bù 2 rd 2 byte liên tiếp đã được mở rộng 0 từ ô nhớ có địa chỉ base + offset, offset là số bù 2 2 byte cao của rd 2 byte thấp của rd 16 bit const 0x0000 lh rd, offset(base) lhu rd, offset(base) lui rd, const lw rd, offset(base) mfhi rd mflo rd mult rs, rt multu rs, rt nor rd, rs, $0 nor rd, rs, rt or rd, rs, rt or rd, rs, const sb rs, offset(base) rd word bộ nhớ có địa chỉ base + offset, offset là số bù 2 rd rd hi lo rs*rt; rs và rt là value(hi, lo) hai số bù 2 value(hi, lo) rs*rt; rs và rt là hai số không dấu rd rd rd NOT từng bit của rs
NOR từng bit của rs và rt OR từng bit của rs và rt rd OR từng bit của rs và hằng sau khi mở rộng 0 byte ở offset +base byte thấp của rs, offset dạng bù 2 sh rs, offset(base) sll $0, $0, 0 2 byte ở offset +base 2 byte thấp của rs, offset dạng bù 2 tạo thời gian trễ cần thiết
Dịch trái không dấu So sánh hai thanh ghi dạng bù 2 sll rd, rs, shft rd rs sau khi dich trái shft bit; 0
4. Cú pháp của MIPS Assempler Chú thích (comment) chuỗi các từ bắt đầu bằng #, tất cả các từ bắt đầu từ # cho đến cuối dòng đều được bỏ qua. Tên định danh (identifier) là chuỗi các ký tự chữ, số, dấu gạch dưới (_) và dấu chấm (.) không bắt đầu bằng số. Tên không được trùng với các từ dành riêng là opcode của lệnh. Các ví dụ về tên định danh hợp lệ: main, loop, end_if, case1.2 Các ví dụ về tên định danh không hợp lệ: 1value# số đứng đầu b# trùng với opcode lệnh nhảy add# trùng với opcode lệnh cộng Nhãn bao gồm tên định danh theo sau là dấu hai chấm (:) được đặt ở đầu dòng. Ví dụ: .data item: main: .text .globl … .word 1 main # must be global Số (number) mặc định là cơ số 10. Số thập lục phân (hexadecimal) thêm 0x vào phía trước. Hai số 256 và 0x100 diễn tả số có cùng giá trị. Chuỗi (string) được đặt giữa hai dấu nháy kép (“). Ví dụ: “Hello world!\n”. Các ký tự đặt biệt cho phép trong chuỗi: newline tab quote \n \t \” Chỉ thị (directive) được hỗ trợ gồm có: Tên chỉ thị .text .ktext .globl sym .data Ý nghĩa Tất cả các phần theo sau cho tới chỉ thị mới (.text, .ktext, .data, .kdata) được đặt trong vùng nhớ chương trình (code segment). Tham số addr nếu có quy định địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ chương trình dùng để lưu các phần trong phân đoạn mã chương trình này. Phần theo sau thường là các lệnh. Tất cả các phần theo sau cho tới chỉ thị mới (.text, .ktext, .data, .kdata) được đặt vào vùng nhớ nhân (kernel) của hệ điều hành. Tham số addr nếu có quy định địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ dùng để lưu. Phần theo sau thường là các lệnh. Khai báo nhãn sym là toàn cục và có thể được tham khảo từ file khác Tất cả các phần theo sau cho tới chỉ thị mới (.text, .ktext, .data, .kdata) được đặt trong vùng nhớ dữ liệu nhân (kernel data segment). Tham số addr nếu có quy định địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ dùng để lưu.
.kdata .ascii str .asciiz str .byte b1,..,bn .half h1,..,hn .word w1,..,wn .float f1,..,fn .double d1,..,dn .space n .extern sym n Tất cả các phần theo sau cho tới chỉ thị mới (.text, .ktext, .data, .kdata) được đặt trong vùng nhớ dữ liệu (data segment). Tham số addr nếu có quy định địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ dùng để lưu. Lưu chuỗi str vào bộ nhớ, không có ký tự kết thúc chuỗi (giá trị = 0) sau cùng Lưu chuỗi str vào bộ nhớ, thêm ký tự kết thúc chuỗi (giá trị = 0) sau cùng Lưu n byte liên tiếp nhau b1,..,bn vào bộ nhớ Lưu n phần tử 16-bit liên tiếp nhau h1,..,hn vào bộ nhớ Lưu n phần tử 32-bit liên tiếp nhau w1,..,wn vào bộ nhớ Lưu n số thực dấu chấm động độ chính xác đơn liên tiếp nhau f1,..,fn vào bộ nhớ Lưu n số thực dấu chấm động độ chính xác đơn liên tiếp nhau d1,..,dn vào bộ nhớ Cấp phát n byte liên tiếp nhau trong phân đoạn dữ liệu hiện tại. Phải đặt sau chỉ thị .data Khai báo dữ liệu lưu ở sym có kích thước n byte và sym là nhãn toàn cục. Dữ liệu vùng nhớ này được truy xuất thông qua thanh ghi $gp
5. Các chương trình mẫu 5.1 Các lệnh luận lý: and andi or ori xor xori nor sll srl Thiết lập các tham số trong menu Simulator -> Settings: Bare Machine ON, Allow Pseudo Instructions OFF, Load Trap File OFF, Delayed Branches ON, Delayed Loads ON, Mapped IO OFF, Quiet OFF ## Put the bit pattern 0x0000FACE into register $1. .text .globl main main: ori$1,$0,0xFACE# 0x0000FACE into $1 andi andi sll or andi srl or $2,$1,0x0F0F $3,$1,0x00F0 $3,$3,8 $2,$2,$3 $3,$1,0xF000 $3,$3,8 $2,$2,$3 # 0x0A0E in $2 # 0x00C0 in $3 # 0xC000 in $3 # 0xCA0E in $2 # # # # 0xF000 in $3 0x00F0 in $3 0xCAFE in $3 done ## End of file 5.2 Các lệnh số học: add addi addiu addu sub subu div divu mult multu mfhi mflo Thiết lập các tham số trong menu Simulator -> Settings: Bare Machine ON, Allow Pseudo Instructions OFF, Load Trap File OFF, Delayed Branches ON, Delayed Loads ON, Mapped IO OFF, Quiet OFF
## ## ## ## ## ## ## ## ## ## Program to calculate 3x**2 + 5x - 8 Assumes that all results fit into 32 bits. Follows the hardware rule of keeping a new mult two instructions away from a previous mflo. Register Use: $8x $9result .text .globl main $8, $8, $9 $7, $6, $7, $9 $7, $9, $7, $7 $9, $0, $8 $0, $0, $9 1 3 5 # # # # # # # # # # # # put x into $8 lo = x**2 $9 = x**2 $7 = 3 $6 = 5 lo = 3x**2 $9 = 3x**2 $7 = 5 $9 = 3x**2 - 8 lo = 5x $7 = 5x $9 = 3x**2 + 5x - 8 main: addiu mult mflo ori ori mult mflo ori addi mult mflo addu $0, 5 $9, -8
$8 $9, $7 ## End of file 5.3 Các lệnh thao tác bộ nhớ lb lbu lh lui lw lhu sb sh sw Thiết lập các tham số trong menu Simulator -> Settings: Bare Machine ON, Allow Pseudo Instructions OFF, Load Trap File OFF, Delayed Branches ON, Delayed Loads ON, Mapped IO OFF, Quiet OFF
## ## ## ## ## copy $9 to memory in big-endian form Register Use: $8 --- first byte of the tape block $9 --- 4-byte integer .text .globl main # # # # # # # # # # put data in $9 $8 is base register least significant byte move next byte to low order bits 8-15 move next byte to low order bits 16-23 move next byte to low order most significant byte main: lui ori lui sb srl sb srl sb srl sb $9,0x1234 $9,0x5678 $8,0x1000 $9,3($8) $9,$9,8 $9,2($8) $9,$9,8 $9,1($8) $9,$9,8 $9,0($8) tape: .data .space 1024 # base register points here # tape buffer (1K bytes) ## End of file 5.4 Các lệnh nhảy j beq bgez bne bltz slt slti sltu sltiu Thiết lập các tham số trong menu Simulator -> Settings: Bare Machine ON, Allow Pseudo Instructions OFF, Load Trap File OFF, Delayed Branches ON, Delayed Loads ON, Mapped IO OFF, Quiet OFF ## ## ## ## ## ##
## ## ## Find the Significant bits in a pattern The significant bits are the leftmost one bit and all its to its right Approach: Count the number of right shifts needed before the pattern becomes all zeros Register Use: $7 --- shift count $8 --- the bit pattern, 0x00298D7D for example. .text .globl main: ori sll ori main # load $8 with the pattern # shift into MSBs # or in the LSBs $8,$0,0x0029 $8,$8,16 $8,$8,0x8D7D
loop: beq sll srl addu j sll exit: j sll $8,$0,exit $0,$0,0 $8,$8,1 $7,$7,1 loop $0,$0,0 exit $0,$0,0 # # # # # done when pattern == 00 delay or nop after a branch or jump instruction shift right one bit increment shift count # repeat # sponge for extra cycles ## End of file 5.5 Các ví dụ xử lý chuỗi, xử lý mảng Các lệnh đã biết cho đến giờ: add addi addiu addu and andi beq bgez bltz bne div divu j lb lbu lh lhu lui lw mfhi mflo mult multu nor or ori sb sh sll slt, slti sltu, sltiu sra srl sub subu sw xor xori Thiết lập các tham số trong menu Simulator -> Settings: Bare Machine ON, Allow Pseudo Instructions OFF, Load Trap File OFF, Delayed Branches ON, Delayed Loads ON, Mapped IO OFF, Quiet OFF ## To Lower Case ## ## ## Write a program that converts the string to all lower case ## characters. Do this by adding 0x20 to each character in the string.
## Register Use: ## ## $8 --- current character ## $10 --- character pointer
.text .globl main: lui lbu sll loop: beq sll addiu sb addiu lbu j sll halt: j sll .data .asciiz main $10,0x1000 $8,($10) $0,$0,0 $8,$0,halt $0,$0,0 $8,$8,0x20 $8,($10) $10,$10,1 $8,($10) loop $0,$0,0 halt $0,$0,0 "ABCDEFGHIJKLMNOP" # initialize base register of the string # get the first char of the string # while ( char != '/0' ) # #uncapitalize char #replace char in string #advance the char pointer #get the next char of the string # end while # cycle sponge string: ## End of file 5.6 Các lệnh mã giả mở rộng move d,s li lw la nop sw d,exp d,value d,exp d,exp # # # # # # # # # # # # copy the contents of the source register s to the destination register d load register $d with the positive or negative integer "value". Value may be a 16 or a 32-bit integer. Load register $d with the value at address "exp". "exp" is often a symbolic address. load register $d with the address described by the expression "exp". "exp" is often a symbolic address. no operation. do nothing for one machine cycle. Store register $d into the word at address exp. exp can be any of several expression types that evaluate to an address mul
div d,s,t d,s,t # multiply $s by $t. put the result in $d # # # # # # divide $s by $t. Put the quotient in $d. Operands are two's complement. divide $s by $t. Put the quotient in $d. Operands are unsigned. divide $s by $t. Put the remainder in $d. Operands are unsigned. divu d,s,t remu d,s,t Thiết lập các tham số trong menu Simulator -> Settings: SPIM set Bare Machine OFF, Allow Pseudo Instructions ON, Load Trap File OFF, Delayed Branches ON, Delayed Loads ON, Mapped IO OFF, Quiet OFF. Ví dụ theo sau thực hiện việc tính hóa đơn bữa ăn: tổng phí = tiền thức ăn + 8% tiền thuế +15% tiền phục vụ