MIPS架构CPU指令格式详解

"MIPS32®架构程序员卷IA：介绍MIPS32®架构，修订版6.01" 本文档详细介绍了MIPS架构，特别是MIPS32®架构的指令格式，适用于修订版6.01。MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛应用于嵌入式系统和处理器设计。 MIPS32指令集基于三种基本指令格式：R型、I型和新型的I型（如Off21）。R型指令包含三个5位字段，用于指定寄存器编号（RD、RS、RT）和一个5位的移位量（SA）。I型指令则包含16位立即数，可用于不同类型的运算，包括计算、存储器偏移和分支位移。其中，Imm16格式在逻辑、算术、加载/存储和分支指令中常见。版本6引入了Off21格式，提供更大的21位分支偏移，适用于更广泛的分支条件。 文档中提到，对于即时（I型）指令，有多种格式，如图5.2所示，其中16位立即数可以用于不同目的，如逻辑操作数、算术操作数、加载/存储地址的字节偏移和PC相对分支指令的签名位移。此外，某些PC相关的指令可能使用更宽的18位或19位偏移，并且21位直接低位作为额外的操作码位。 MIPS架构经历了多个版本的演进，从最初的MIPS I到MIPS32架构的第2版、发布2.5+、MIPSr3、发布5以及最终的版本6。每个版本都带来了架构改进和扩展，以适应不断变化的计算需求。MIPS32版本6引入的新特性之一就是Off21格式的I型指令，这增强了分支指令的灵活性。 文档还提到了一些重要的编程和文档处理规则，如不可预测行为、未定义行为和不稳定行为的定义，以及伪符号和特殊符号的使用。此外，它还涵盖了MIPS架构的不同组件，如指令集架构（ISA）、特许资源架构（PRA）、模块和专用扩展（ASE），以及用户定义指令（UDIS）。 MIPS架构的兼容性和子集也得到了讨论，区分了非特权架构和特权架构的子集，以满足不同应用场景的需求。此外，文档还介绍了各种应用特定扩展，如MIPS16e、MDMX、MIPS-3D、SmartMIPS和MIPS DSP模块，这些扩展增强了MIPS32架构在特定领域的性能和功能。 这份用户手册提供了深入的MIPS32指令格式和架构的详细信息，是理解和开发基于MIPS32系统的关键资源。