情報システム学実験2ボードコンピュータ

2014年度

第4週

MipsIt

• Lund University, Royal Institute of Technology (Sweden)で開発されたMIPSの教育用システム

• Windows上で動作する開発環境（MipsIt Studio)とシミュレータを利用する

• スイッチ、LEDの入出力がプログラミング可能

• コンソール入出力用基本関数が利用できる

MipsItシミュレータ

操作手順

• MipsIt Studioでソースファイルを作る

• MipsIt Studioでコンパイルする

• シミュレータを起動する

• 実行ファイルをシミュレータにアップロードする

• シミュレータで実行する

操作方法

• MipsIt Studioの起動

– E¥MipsIt¥bin¥MipsIt.exeをクリックする

（エラーメッセージが出ても無視してOKを押す）

– File Menuでopen projectを選択

– E¥MipsIt¥example¥example4-1¥example4-1.mipを選択

– example4-1.sをクリックする

• コンパイル：Build menuでCompileを選択

• シミュレータの起動– E¥MipsIt¥bin¥Mips.exeをクリックする

• シミュレータへのアップロード：Build menuでuploadを選択

ディレクトリ構成以下のようにフォルダを作ること

課題ごとにprojectを作ること

MipsIt

example(例題）

kadai(課題）

example4-1example4-2

kadai4-3

kadai4-4

bin MipsIt.exe (開発環境）

Mips.exe (シミュレータ）

課題４－１：例４－１の総和を求めるプログラムをMipsItシミュレータで1命令ずつ実行し、動作を確認せよ。次にラベルがloopの命令にブレークポイントを設定して連続実行し、loopごとのレジスタの値の変化を観察せよ。

例4-1（総和を求める）.set noreorder # 命令の順序を変えない.data # データ領域の開始

A: .word 1 # 変数Aの宣言 ( word, 値は 1).word 2.word 4.word 3.word 0.text # 命令領域の開始.globl start # 開始命令startのglobal宣言.ent start # 関数startの開始

start: add $8, $0, $0 # $8 <= 0la $9, A # $9 <= Aのアドレス (ポインタの初期化)

loop: lw $10, 0($9) # $10 <= A[i]nop # beq $10,$0, halt # if ($10 == 0) goto haltnop # add $8, $8,$10 # $8 <= $8 + $10addi $9, $9, 4 # $9 <= $9 + 4 (ポインタのインクリメント)j loop # nop #

halt: j haltnop # .end start # 関数startの終了

la命令(load address)：擬似命令

la $9, A Aのアドレスを$9に格納する

• Aのアドレスの割当てはプログラマには見えないが、アセンブラには分かる

• アセンブラでは、以下のように置き換える

lui $9, Aの上位16bitaddiu $9, Aの下位16bit

課題４－２：例4－2の総和を求めるプログラムをMipsItシミュレータで実行せよ。また、アセンブラによりどこにNOPが挿入され、どのようにコードが生成されているかを調べよ。

例４－２.set noreorder がない→アセンブラが最適化を行う。（NOPは不要）#include <iregdef.h>→ レジスタの名称を使用できる

RAMウィンドウの中の命令を読み、例４－２の記述と比較するNOPの挿入、命令順序の変更に着目する

例4-2（総和を求める）#include <iregdef.h> # レジスタの名称を使用する

.data # データ領域の開始A: .word 1

.word 2

.word 4

.word 3

.word 0.text # 命令領域の開始.globl start # 開始命令startのglobal宣言.ent start # 関数startの宣言

start: add t0, zero, zero # t0 <= 0la t1, A # t1 <= Aのアドレス（ポインタ初期化）

loop: lw t2, 0(t1) # t2 <= A[i]beq t2, zero, halt # if (t2 == 0) goto haltadd t0, t0, t2 # t0 <= t0 + t2addi t1, t1, 4 # t1 <= t1 + 4 (ポインタのインクリメント)j loop # jump to loop

halt: j halt .end start # 関数startの終了

課題４－３：例４－２を参考にして、最大値を求めるプログラムを作成し、MipsItで実行せよ。また、アセンブラによりどのように最適化されるかを調べよ。

関数の呼び出し

main:

addi a0, zero, 1jal procadd s0, v0, zero

proc:

jr ra

引数：a0

結果：v0

関数呼び出しに用いるレジスタ• a0~a3：引数を渡す• v0~v1：結果の値を返す• ra： 戻りアドレスを格納する

関数の呼び出し ：jal命令（リターンアドレスをraレジスタに格納）関数のリターン ：jr ra （raに格納されているアドレスに分岐）

start:

addi a0, zero, 1addi a1, zero, 2jal max

max: slt s1, a0, a1bne s1, zero, L1add v0, a0, zeroj L2

L1: add v0, a1, zeroL2: jr ra

引数：a0,a1

戻り値：v0

これでは、maxの中でs1が破壊されるstartの中でs1を利用していると、関数呼び出しによりs1が破壊される.

そのため、呼び出された関数ではスタックを用いて値の退避と復元を行う

例4-3：２つの引数の大きい方を返す関数(1)

a0:a1

v0<=a0 v0<=a1

<

>= L1

例4-3：２つの引数の大きい方を返す関数(2)

max: addi sp, sp, -4sw s1, 0(sp) # s1の退避slt s1, a0, a1 # if (a0 < a1) s1 <= 1bne s1, zero, L1 # if (s1 != 0) goto L1add v0, a0, zero # v0 <= a0 (a0が大きいとき)j L2

L1: add v0, a1, zero # v0 <= a1 (a1が大きいとき)L2: lw s1, 0(sp) # s1の復元

addi sp, sp, 4jr ra # return.

退避

復帰

本体

スタック

SP

ここより下にはデータが格納されている

s1

MIPSでは、手続き呼び出しにおいてs0～s7レジスタの退避・復元は行うが、t0～t9レジスタの退避・復元は行わないことが規定されている。

課題4－4例4－3のmax関数を用いて課題４－３の最大値を求めるプログラムを書き換えよ。

課題４－３のプログラムで大小比較をしている部分をmaxに書換える引数の渡し方、戻り値の利用に注意

コンソール入出力関数関数 引数 戻り値

printf a0：format文字列a1～a3：引数formatは%d,%s,%fのみ

なし

putchar a0：文字 なし

getchar なし v0：文字

puts a0：文字列アドレス なし

gets a0：文字列アドレス v0：文字列アドレス

atoi a0:文字列アドレス v0：数値

例4-4：文字数をカウントするプログラム(1)

#include <iregdef.h>.data

Text1: .asciiz “input characters¥n”Text2: .asciiz “number of character is %d¥n”A: .space 80

.text

.globl startent start

start:

.end start

文字列の宣言

領域の宣言

プログラムの中身

例4-4：文字数をカウントするプログラム(2)

.ent startstart: add t1,zero,zero # カウンタの初期化

la a0, Text1jal printf # print Text1la a0, Ajal gets # 領域Aへの文字入力

LOOP: lb t2, 0(v0)beq t2,zero,NEXT # 入力文字列の最終チェックadd t1,t1,1 # カウンタのインクリメントadd v0,v0,1 # ポインタのインクリメントj LOOP

NEXT: la a0, Text2add a1, t1, zerojal printf # print Text2j start.end start

getsの使用例

printfの使用例

乗除算

mul rd, rs, rt # rd <= rs * rtdiv rd, rs, rt # rd <= rs / rt

アセンブラは機械語命令（MULT、DIV）と演算結果のレジスタへの転送命令を生成する。（ただし、符号なし整数32ビット）

剰余を求めるときは、mfhi命令を用いればよい。div t3, t1, t2mfhi t4

擬似命令

課題４－５

X<=M[i]

i<=0, S<=0

S<= S*10 +Xー’0’

X:’9’+1

X:’0’

開始

終了

i++

<0

>=0>=0

<0

コンソールから入力されたASCIIコードをintegerに変換するatoi関数を作成せよ。

int atoi(char s[]){int i, n;

n = 0;for (i=0; s[i] >= ‘0’ && s[i] <= ‘9’; ++i)

n = 10 * n + (s[i] – ‘0’);return n;}

進捗確認

① 課題4-1/4-2の動作（TA確認）

② 課題4-3の動作（TA確認）

③ 課題4-4の動作（TA確認）

④ 課題4-5の動作（TA確認）