c - C编程为MIPS汇编(用于循环)

Question

我正在尝试将此C代码转换为MIPS程序集，但不确定是否正确。有人能帮我吗？请

问题：假设a，b，i和j的值分别在寄存器$ s0，$ s1，$ t0和$ t1中。同样，假定寄存器$ s2保持数组D的基地址

C代码：

for(i=0; i<a; i++)
   for(j=0; j<b; j++)
       D[4*j] = i + j;

我在MIPS ASSEMBLY上的尝试

     add $t0, $t0, $zero   # i = 0
     add $t1, $t1, $zero   # j = 0
L1 : slt $t2, $t0, $s0     # i<a 
     beq $t2, $zero, EXIT  # if $t2 == 0, Exit
     add $t1, $zero, $zero # j=0
     addi $t0, $t0, 1      # i ++
L2 : slt $t3, $t1, $s1     # j<b 
     beq $t3, $zero, L1,   # if $t3 == 0, goto L1
     add $t4, $t0, $t1     # $t4 = i+j
     muli $t5, $t1, 4      # $t5 = $t1 * 4 
     sll $t5, $t5, 2       # $t5 << 2
     add $t5, $t5, $s2     # D + $t5
     sw $t4, $t5($s2)      # store word $t4 in addr $t5(D)
     addi $t0, $t1, 1      # j ++
     j L2                  # goto L2
EXIT :

Answer 1

add $t0, $t0, $zero # i = 0不，不会更改$t0，保留以前所做的任何垃圾。也许您打算使用addi $t0, $zero, 0？

此外，MIPS没有2寄存器寻址模式（用于整数加载/存储），只有16-bit-constant ($reg)。 $t5($s2)是非法的。您需要单独的addu指令，或者更好的是指针增加。

（对于指针数学运算，应使用addu而不是add；如果地址计算从地址空间的低半到高半交叉，这不是错误。）



在C语言中，另一个线程在编写对象时正在读取对象是未定义的行为，因此我们可以优化外循环的实际循环。除非D的类型是_Atomic int *D或volatile int *D，否则问题中未指定。

内部循环每次都与外部循环计数器无关地写入相同的元素，因此我们可以使用i = a-1优化外部循环并仅执行最终的外部迭代。除非a <= 0，否则我们必须跳过外循环主体，即不执行任何操作。

优化除最后一个商店之外的所有商店到每个位置的过程称为“消除死商店”。较早的外循环迭代中的存储是“无效”的，因为它们被覆盖而没有读取其值。



通常，您希望将循环条件放在循环的底部，因此循环分支是一个bne $t0, $t1, top_of_loop。 （MIPS具有bne作为本机硬件指令；除非第二个寄存器为blt，否则$zero只是伪指令。）所以我们想将j<b优化为j!=b，因为我们知道我们在计数向上。

在循环之前放置一个条件分支，以检查是否需要运行零次。例如如果blez $s0, after_loop，则b <= 0跳过内循环主体。

asm中惯用的for(i=0 ; i<a ; i++)循环在C语言中看起来像这样（或对此有所变化）。

 if(a<=0) goto end_of_loop;
 int i=0;
 do{ ... }while(++i != a);

或者，如果循环内未使用 i，则 i=a和 do{}while(--i)。 （即添加 -1并使用 bnez）。尽管MIPS在 i!=a上可以像在 i!=0上一样高效地分支，但与大多数带有FLAGS寄存器的体系结构不同，在递减计数的位置保存比较指令。



D[4*j]表示我们在一个字数组中跨了16个字节。分别使用乘以4和以2移位是疯狂的冗余。只需将指针保存在单独的寄存器中，就可以在每次迭代中将其递增16，就像C编译器一样。



我们不知道 D的类型，也不知道其他任何变量。如果它们中的任何一个都是窄无符号整数，则可能需要实现8或16位截断/换行。

但是您的实现假定它们都是 int或 unsigned，所以让我们开始吧。

我假设没有分支延迟插槽的MIPS，例如默认情况下MARS模拟。

在设置最终值的最后一次外循环迭代中， i+j以 a-1开头（j = 0）。它最多可运行 j=b-1，因此最大值为 a-1 + b-1。

在编写任何asm之前，将问题简化为我们需要存储的值以及需要将它们存储在其中的位置，这意味着我们编写的asm更加简单且易于调试。

您可以通过在C源代码中进行转换并在C中进行单元测试来检查其中大多数转换的有效性。

# int a: $s0
# int b: $s1
# int *D: $s2

# Pointer to D[4*j] : $t0
# int  i+j          : $t1
# int  a-1 + b      : $t2 loop bound

     blez   $s0,  EXIT                        # if(a<=0) goto EXIT
     blez   $s1,  EXIT                        # if(b<=0) goto EXIT
  # now we know both a and b loops run at least once so there's work to do

     addiu  $t1, $s0, -1      # tmp = a-1        // addu because the C source doesn't do this operation, so we must not fault on signed overflow here.  Although that's impossible because we already excluded negatives
     addu   $t2, $t1, $s1     # tmp_end = a-1 + b  // one past the max we store
     add    $t0, $s2, $zero   # p = D              // to avoid destroying the D pointer?  Otherwise increment it.

inner:                           # do {
     sw     $t1, ($t0)                 # tmp = i+j
     addiu  $t1, $t1, 1                # tmp++;
     addiu  $t0, $t0, 16               # 4*sizeof(*D)   # could go in the branch-delay slot
     bne    $t1, $t2, inner      # }while(tmp != tmp_end)
EXIT:

我们可以先进行增量，然后再存储，然后将 a-2和 a+b-2用作 tmp和 tmp_end的初始化程序。在某些实际的流水线/超标量MIPS CPU上，最好避免将增量放在读取它的 bne之前。 （将指针增量移动到分支延迟插槽后）。当然，您实际上会展开以节省工作，例如使用 sw $t1, 16($t0)和 32($t0) / 48($t0)。

再次在具有分支延迟的实际MIPS上，您将移动 $t0..2的一些初始值以填充早期 blez指令中的分支延迟时隙，因为它们不能相邻。

如您所见，至少可以说您的版本过于复杂。问题中没有什么要说的是我们不必将每个C表达式分别音译为asm，并且C的全部要点是“假设”规则，该规则允许进行这样的优化。