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MIPS指令详解

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1. 核心解构

MIPS 是 RISC 的教科书代表。

  • 字长：32位。所有指令都是 32 位长（定长），按字（4字节）对齐。
  • 寄存器：32 个通用寄存器 ($0 - $31)。
    • $0 ($zero)：恒为 0。这是硬件层面的 /dev/null 或 const 0，用于清零或空操作。
    • $sp ($29)：栈指针 (Stack Pointer)。
    • $ra ($31)：返回地址 (Return Address)。栈溢出攻击的首要目标。

2. 指令格式 (The Big Three)

MIPS 只有三种格式，极致简洁（全都是 32 位指令）：

  1. R 型 (Register)：OP | rs | rt | rd | shamt | funct
    • 位数：6 + 5 + 5 + 5 + 5 + 6
    • 用于寄存器间的运算 (add, sub, or)。无需从内存取
    • 典型指令：add sub and or slt（set on less than）
    • 特点：操作码 op 通常全为 0，靠 funct 区分功能。
    • rs、rt：源寄存器
    • rd：目标寄存器
    • shamt：位移量，只有在做位移指令时才有用
  2. I 型 (Immediate)：OP | rs | rt | Immediate(16bit)
    • 用于带立即数的运算、Load/Store (lw, sw)、条件分支 (beq).
    • 位数：6 + 5 + 5 + 16
    • 典型指令：addi lw sw（store word） beq(branch if equal) bne(branch if not equal)
    • 陷阱：立即数只有 16 位！如果需要 32 位常数，必须用 lui (Load Upper Immediate) + ori 拼接。
    • op (6位)：操作码。这里必须有具体的值（不能是0了），直接告诉 CPU 我是 addi 还是 lw。
    • rs (5位)：第一个源寄存器（或者基址寄存器）。
    • rt (5位)：变形金刚！
      • 最坑考点：在 I 型指令中，rt 的角色变了！
      • 如果是运算/取数指令（addi, lw）：它是目的寄存器（接收结果）。
      • 如果是存数/分支指令（sw, beq）：它是第二个源寄存器（提供数据）。
    • Immediate (16位)：立即数。
      • 可以是常数（addi $1, $2, 100 里的 100）
      • 可以是地址偏移量（lw $1, 8($2) 里的 8）。
  3. J 型 (Jump)：OP | Address(26bit)
    • 用于 j (跳转), jal (跳转并链接/函数调用)。
    • 计算：目标地址 = (PC+4)[31:28] | (Address << 2)。只能在 256MB 区域内跳转。
      • 原因：需要将 26 位的地址还原为 32 位的地址，才能进行索引
      • 32 位 = PC的4 + 26原本 + 2（00），因为只有 …x00 是合法的地址，指令地址是 4 的倍数，所以先左移出两个 0 就可以
      • 结果：只能在 范围内跳转

注意

汇编的寄存器顺序与指令的寄存器顺序不同！ 汇编语法：

  • R型：操作码 目的, 源1, 源2
  • I型：操作码 目的, 偏移(基址)

3. 期末/实战考点

  • 汇编翻译：
    • if (i == j) f = g + h; else f = g - h;
    • 翻译为 MIPS 需要用到 bne (不相等则跳转) 来实现 else 逻辑。
  • 寻址陷阱：
    • lw $s1, 8($s2) 中，8 是字节偏移量。如果数组是 int A[]，访问 A[2] 的偏移量是 。不要漏乘数据宽度！

4. 关联链接

  • IoT安全：大量路由器（如 Cisco）和摄像头使用 MIPS 架构，逆向固件时必须掌握 MIPS 汇编。

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