在 MIPS 的 HI 和 LO 寄存器中存储值

Question

我正在 MIPS 中编写某些代码，我已经到了需要将结果临时存储在 HI 和 LO 特殊寄存器（均为 4 字节宽）中的地步。我可以随意使用这些说明：

divu     s,t    lo <-- s div t ; hi <-- s mod t
multu    s,t    hi / lo < -- s * t ;

所以，divu 将除法的结果存储在 LO 中，余数存储在 HI 中，而 multu 将乘法的结果存储在 LO（低 4 字节）和 HI（高 4 字节）中。

稍后，要从HI 和LO 寄存器中检索结果，我可以：

mfhi $v0
mflo $v1

我已经知道如何将计算结果存储在LO：

ori     $v0,$0,1            # Store result from $a0 into LO
divu    $a0,$v0

• divu 将除法的结果存储在 LO 中，因此我只需将结果除以 1 即可。

但是，存储在HI 中更复杂。一种方法是强制 multu 指令将值移动 32 位（4 字节）：

multu    $a0,0x80000000     # Shift $a0 by 32 bits and store into HI/LO

但是，结果是HI 中的值比它应该在的位置右 1 位（所以如果我的值是0100 1000，那么HI 将包含0010 0100）。

有人知道如何在HI 寄存器中存储一些东西吗？

Answer 1

我想扩展 Nils Pipenbrinck 的回答：

来自面向程序员的 MIPS32 架构

mthi

格式：MIPS32 (MIPS I)

  MTHI rs

目的： 将 GPR 复制到专用 HI 寄存器

Description: HI ← rs

GPR rs 的内容被加载到特殊寄存器 HI 中。

限制：

由 DIV、DIVU、MULT 或 MULTU 写入 HI/LO 对的计算结果必须由 MFHI 或 MFLO 读取 在新结果可以写入 HI 或 LO 之前。 如果在这些算术指令之一之后执行 MTHI 指令，但在 MFLO 或 MFHI 之前 指令，LO 的内容是不可预测的。以下示例显示了这种非法情况：

 MUL       r2,r4   # start operation that will eventually write to HI,LO
 ...               # code not containing mfhi or mflo
 MTHI      r6
 ...               # code not containing mflo
                   # this mflo would get an UNPREDICTABLE value
 MFLO      r3

历史信息：

在 MIPS I-III 中，如果前面两个指令中的任何一个是 MFHI，则该 MFHI 的结果是不可预测的。 HI 或 LO 特殊寄存器的读取必须与写入它们的任何后续指令分开两个 或更多说明。在 MIPS IV 及更高版本中，包括 MIPS32 和 MIPS64，此限制不存在。

mtlo

格式：MIPS32 (MIPS I)

    MTLO rs

目的： 将 GPR 复制到专用 LO 寄存器 说明：

 LO ← rs

GPR rs 的内容被加载到特殊寄存器 LO 中。

限制： 由 DIV、DIVU、MULT 或 MULTU 写入 HI/LO 对的计算结果必须由 MFHI 或 MFLO 读取，然后才能将新结果写入 HI 或 LO。

如果在这些算术指令之一之后但在 MFLO 或 MFHI 指令之前执行 MTLO 指令，则 HI 的内容是不可预测的。 以下示例显示了这种非法情况：

 MUL       r2,r4   # start operation that will eventually write to HI,LO
 ...               # code not containing mfhi or mflo
 MTLO      r6
 ...               # code not containing mfhi
                   # this mfhi would get an UNPREDICTABLE value
 MFHI      r3

历史信息：

在 MIPS I-III 中，如果前面两个指令中的任何一个是 MFHI，则该 MFHI 的结果是不可预测的。 HI 或 LO 特殊寄存器的读取必须与写入它们的任何后续指令分开两个 或更多说明。在 MIPS IV 及更高版本中，包括 MIPS32 和 MIPS64，此限制不存在。

Answer 2

MIPS 指令集对应于 MFLO/MFHI。

它被称为 MTLO/MTHI，完全可以满足您的需求：

  mtlo $v0  # moves the contents of v0 into the lo-register
  mthi $v1  # moves the contents of v1 into the hi-register

这些指令很少见，通常不会出现在总结指令集参考中。

顺便说一句：请务必查看处理器手册，了解与 LO/HI regs 相关的延迟和危险。它们非常特殊，您的代码可能不得不在写入和读取之间等待至少三个周期。不幸的是，这种行为取决于您正在使用的 CPU。

对于有抱负的 MIPS 程序员来说，这个错误是一个常见的陷阱 :-)

Answer 3

想想当用作 multu/divu 的第二个参数时，还有哪些其他极端值可能会产生有趣的结果（我故意含糊其辞，因为这看起来像是一道作业题）。