一、前言：MIPS與龍芯的淵源
MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipelined Stages）是一種經典的RISC（精簡指令集）架構，以流水線高效、指令簡潔、低功耗為特點。龍芯（Loongson）系列處理器（如LS1E、LS1F、LS2K等）早期基于MIPS架構擴展設計，因此掌握MIPS匯編是理解龍芯底層驅動開發（如BSP、設備驅動）的基礎。本文結合龍芯硬件特性，從寄存器、指令格式到實戰示例，快速入門MIPS匯編。
二、核心基礎：MIPS寄存器架構
MIPS架構采用32個32位通用寄存器（GPR），部分寄存器有特殊用途。在龍芯開發中，需重點關注以下幾類：
1. 通用寄存器（$0~$31）
| 寄存器編號 | 匯編名稱 | 用途說明（龍芯開發場景） |
|---|---|---|
| $0 | $zero | 恒為0，用于賦初值或比較 |
| $8~$15 | $t0 ~ $t7 | “臨時寄存器" (Temporary) |
| $16~$23 | $s0 ~ $s7 | “保存寄存器” (Saved)，函數調用需保存 |
| $gp | $28 | “全局指針” (Global Pointer) |
| $sp | $sp | “棧指針” (Stack Pointer) |
| $ra | $31 | “返回地址” (Return Address)，用于函數調用 |
龍芯實戰意義：在驅動開發中（如vxbMipsInt.c的中斷處理），需嚴格遵守寄存器使用約定（如臨時寄存器無需保存，保存寄存器需入棧），避免破壞上層調用上下文。
2. 特殊寄存器（核心控制）
程序計數器（PC）：存儲當前執行指令地址，MIPS指令按4字節對齊（PC+4指向下一條指令）。
狀態寄存器（CP0 Status）：控制中斷使能（IE位）、異常處理等，龍芯中斷控制器（如mipsLsnIntCtlr）需通過修改該寄存器開關全局中斷。
異常基地址寄存器（CP0 EBase）：指定異常/中斷處理程序入口，龍芯BSP初始化時需配置該寄存器指向中斷向量表。
三、指令格式：MIPS的3種基礎類型
MIPS指令長度固定為32位，按功能分為3類，格式如下：
1. R型（寄存器型）
格式：op(6位) | rs(5位) | rt(5位) | rd(5位) | shamt(5位) | funct(6位)
功能：寄存器間運算（如加法、邏輯運算）。
示例：
add $t0, $s0, $s1 ; $t0 = $s0 + $s1（op=0，funct=0x20）
2. I型（立即數型）
格式：op(6位) | rs(5位) | rt(5位) | immediate(16位)
功能：含立即數的運算、數據傳輸、條件分支。
示例：
lw $t0, 0x10($gp) ; 從地址$gp+0x10加載字到$t0（op=0x23，rt=$t0）
addiu $t1, $t0, 4 ; $t1 = $t0 + 4（無符號立即數加法，op=0x09）
beq $t0, $zero, loop ; 若$t0==0，跳轉到loop（op=0x04）
3. J型（跳轉型）
格式：op(6位) | target(26位)
功能：無條件跳轉、函數調用。
示例：
j main ; 跳轉到main標簽（op=0x02）
jal func ; 調用func函數，$ra = PC+4（op=0x03）
四、常用指令：從數據操作到控制流
1. 數據傳輸指令（核心！）
MIPS通過加載/存儲（Load/Store） 指令訪問內存，龍芯硬件（如UART、PCI控制器）的寄存器讀寫依賴此類指令。
| 指令 | 功能 | 示例（龍芯場景） |
|---|---|---|
| lw rt, imm(rs) | 從內存rs+imm加載32位字到rt | lw t0,0xbf002000(t0, 0xbf002000(t0,0xbf002000(zero) ; 讀取PCI控制器寄存器（地址0xbf002000） |
| sw rt, imm(rs) | 將rt的32位字存儲到rs+imm | sw t0,0xbf003204(t0, 0xbf003204(t0,0xbf003204(zero) ; 寫入中斷邊沿觸發寄存器（如GS1SOC_INT_EDGE） |
| lb/lh | 加載字節/半字（帶符號） | - |
| sb/sh | 存儲字節/半字 | - |
2. 算術與邏輯指令
| 指令 | 功能 | 示例 |
|---|---|---|
| add rd, rs, rt | 加法（可能溢出） | add $t0, $s0, $s1 |
| addu rd, rs, rt | 無符號加法（不溢出） | addu $t0, $t1, $t2 |
| sub rd, rs, rt | 減法 | sub $t0, $s0, $s1 |
| and/or/xor | 按位與/或/異或 | and $t0, $t1, $t2 |
| sll/srl | 邏輯左移/右移 | sll $t0, $t1, 2 ; $t0 = $t1 << 2 |
3. 控制流指令
驅動中的條件判斷、循環、中斷處理依賴控制流指令：
| 指令 | 功能 | 示例（龍芯中斷處理） |
|---|---|---|
| beq rs, rt, label | 若rs==rt，跳轉到label | beq $t0, $zero, int_end ; 若中斷標志為0，結束處理 |
| bne rs, rt, label | 若rs!=rt，跳轉 | bne $v0, $zero, error |
| j label | 無條件跳轉 | j isr_handler ; 跳轉到中斷服務程序 |
| jal label | 調用函數（$ra=PC+4） | jal pci_int_ack ; 調用PCI中斷確認函數 |
| jr rs | 從寄存器rs跳轉（用于函數返回） | jr $ra ; 返回到調用處 |
五、實戰示例：龍芯PCI中斷處理片段
PCI中斷處理邏輯，用MIPS匯編實現核心步驟（簡化版）：
場景：清除PCI中斷標志（地址0xbf003214）
函數：clear_pci_int()
clear_pci_int:li $t0, 0xbf003214 ; $t0 = 中斷清除寄存器地址（GS1SOC_INT_CLR）li $t1, 0x10000 ; $t1 = PCI_INTA_STATUS（中斷標志位）sw $t1, 0($t0) ; 寫入寄存器，清除中斷jr $ra ; 返回
解析：
li $t0, 0xbf003214：用立即數加載指令（偽指令，實際轉為lui+ori）將寄存器地址存入$t0。
sw $t1, 0($t0)：通過存儲指令清除中斷標志，對應C代碼IO_WRITE32(GS1SOC_INT_CLR, PCI_INTA_STATUS)。
六、龍芯開發注意事項
內存對齊：MIPS要求字（32位）訪問必須對齊到4字節邊界，否則觸發異常。龍芯硬件寄存器（如UART、PCI控制器）均按此設計，匯編中需確保lw/sw地址對齊。
中斷上下文：中斷服務程序（ISR）需快速執行，通常僅保存臨時寄存器（t0?t0~t0?t7），通過addiu $sp, $sp, -4*8入棧，處理完成后出棧恢復。
工具鏈：龍芯MIPS開發常用mipsel-linux-gcc編譯，objdump -d反匯編查看機器碼與匯編對應關系，輔助調試驅動中的匯編片段。
七、總結
MIPS匯編是龍芯底層開發的“語言鑰匙”，掌握寄存器架構、指令格式和常用操作，即可看懂BSP驅動（如hwconf.c的硬件配置）、優化中斷響應（ISR）。后續可深入學習MIPS異常處理、協處理器（CP0/CP1）編程，進一步理解龍芯硬件加速特性。從簡單的寄存器讀寫到復雜的驅動邏輯，MIPS匯編是連接軟件與龍芯硬件的橋梁。
