PMON学习记录3:PMON启动流程

article/2025/9/12 19:38:48

可以参考讯为电子的PMON学习视频：

https://www.bilibili.com/video/BV13M4y1P7H8?p=8&vd_source=7758aca909f593c8652fba5b3a94211dhttps://www.bilibili.com/video/BV13M4y1P7H8?p=8&vd_source=7758aca909f593c8652fba5b3a94211d

1.通用寄存器：

$0:即$zero ,该寄存器总是返回零，为0这个有用常数提供了一个简洁的编码形式。
           move $t0,$t1
       实际为
           add $t0,$0,$t1
       使用伪指令可以简化任务，汇编程序提供了比硬件更丰富的指令集。
$1:即$at，该寄存器为汇编保留，由于I型指令的立即数字段只有16位，在加载大常数时，编译器或汇编程序需要
       把大常数拆开，然后重新组合到寄存器里。比如加载一个32位立即数需要 lui（装入高位立即数）和addi两条
       指令。像MIPS程序拆散和重装大常数由汇编程序来完成，汇编程序必需一个临时寄存器来重组大常数，这
       也是为汇编保留$at的原因之一。
$2..$3:($v0-$v1)用于子程序的非浮点结果或返回值，对于子程序如何传递参数及如何返回，MIPS范围有一套约
       定，堆栈中少数几个位置处的内容装入CPU寄存器，其相应内存位置保留未做定义，当这两个寄存器不够存
       放返回值时，编译器通过内存来完成。
$4..$7:($a0-$a3)用来传递前四个参数给子程序，不够的用堆栈。 a0-a3和v0-v1以及ra一起来支持子程序／过程
       调用，分别用以传递参数，返回结果和存放返回地址。当需要使用更多的寄存器时，就需要堆栈（stack)
       了,MIPS编译器总是为参数在堆栈中留有空间以防有参数需要存储。
$8..$15:($t0-$t7)临时寄存器，子程序可以使用它们而不用保留。
$16..$23:($s0-$s7)保存寄存器，在过程调用过程中需要保留（被调用者保存和恢复，还包括 $fp和$ra ），MIPS
       提供了临时寄存器和保存寄存器，这样就减少了寄存器溢出（spilling,即将不常用的变量放到存储器的过程),
       编译器在编译一个叶（leaf)过程（不调用其它过程的过程）的时候，总是在临时寄存器分配完了才使用需要
       保存的寄存器。
$24..$25:($t8-$t9)同($t0-$t7)
$26..$27:($k0,$k1)为操作系统／异常处理保留，至少要预留一个。异常（或中断）是一种不需要在程序中显示
       调用的过程。MIPS有个叫异常程序计数器（exception program counter,EPC)的寄存器，属于CP0寄存器，

用于保存造成异常的那条指令的地址。查看控制寄存器的唯一方法是把它复制到通用寄存器里，指令mfc0
(move from system control)可以将EPC中的地址复制到某个通用寄存器中，通过跳转语句（jr)，程序可以返
回到造成异常的那条指令处继续执行。MIPS程序员都必须保留两个寄存器$k0和$k1，供操作系统使用。

       发生异常时，这两个寄存器的值不会被恢复，编译器也不使用k0和k1, 异常处理函数可以将返回地址放到这
       两个中的任何一个，然后使用jr跳转到造成异常的指令处继续执行。
$28:($gp) 为了简化静态数据的访问，MIPS软件保留了一个寄存器：全局指针gp(global pointer,$gp)，全局指针
       只想静态数据区中的运行时决定的地址，在存取位于gp值上下32KB范围内的数据时，只需要一条以gp为基
       指针的指令即可。在编译时，数据须在以gp为基指针的64KB范围内。
$29:($sp)MIPS硬件并不直接支持堆栈，你可以把它用于别的目的，但为了使用别人的程序或让别人使用你的程
       序，还是要遵守这个约定的，但这和硬件没有关系。
$ 30:($fp)GNU MIPS C编译器使用了帧指针(frame pointer), 而SGI的C编译器没有使用，而把这个寄存器当作保
       存寄存器使用（$s8), 这节省了调用和返回开销，但增加了代码生成的复杂性。
$31:($ra)存放返回地址， MIPS有个jal(jump-and-link,跳转并链接)指令，在跳转到某个地址时，把下一条指令的
       地址放到$ra中。用于支持子程序，例如调用程序把参数放到$a0~$a3,然后jal X跳到X过程，被调过程完成后

把结果放到$v0,$v1,然后使用jr $ra返回。

2.MIPS运行模式：

主要是两种运行模式:用户模式和核心模式

3.MIPS处理器地址映射

MIPS32将虚拟地址空间划分为4个区域：

kuseg 0x0000.0000 - 0x7FFF.FFFF(低2GB)：

这些地址是用户态可用的地址。对于有MMU的机器，这些地址需要经过MMU(TLB)的转换后才可以使用；对于没有MMU的机器，这些地址的行为与具体机器实现相关。

kseg0 0x8000.0000 - 0x9FFF.FFFF(512MB):

这段地址只需将最高位清零即转换为物理地址，映射到连续的低端512MB物理地址上，因此在描述其属性时一般称为unmapped。另外该段地址访问时总是需要通过cache，因此描述其属性时称为cached。在一般应用上，这段地址映射到的物理地址用于存放程序和数据或者操作系统核心。

kseg1 0xA000.0000 - 0xBFFF.FFFF(512MB):

与kseg0类似，这段地址同样映射到了低端512MB物理地址（将高3个bit清零），但其访问不经过cache，因此其属性可以称为 unmapped/uncached。由于unmaped/uncached特性，这段地址无需配置TLB和cache即可使用，是唯一的在系统重启时能正常工作的地址空间，因此复位入口点(0xBFC0.0000)被放在这个区域，其物理地址为0x1FC0.0000。