組込みシステム

先端ソフトウェア工学II
スケジュール


10/8,22,29,11/19,26:組込みプログラミン
グ担当宮本
10/15,11/5,11/12:組込み信号処理担当
岡田
組込みシステムとは？

組込みシステムの例






携帯電話
ゲーム機
ディジタル家電
車載機器（解釈によっては自動車そのもの）
etc
定義

厳密な定義があるわけではなく、製品に組込
まれている汎用ではないディジタルシステム
のことを言う。
組込みプログラミングの特色





開発環境がクロスであることが多い
OSの機能が制限されている(場合によって
は無い)
プロセッサ周辺のデバイスを叩く必要があ
ることが多い
スタートアップコードを書かなければならな
いこともある
リソースが制限されている
クロス開発とは？

開発対象(ターゲット)と開発環境(ホスト)
が異なる

多くはバイナリ互換性も無い
RS232C or Ether
組込みシステムの開発手順
通常のアプリケーション
 コーディング
 コンパイル
 デバッグ
組込みシステム
 コーディング
 クロスコンパイル
 ダウンロード
 クロスデバッグ
開発における考え方

目的を定める


制約条件を調べる


例)メモリサイズの制限
最適な実装方式の検討を行う


例)速度を向上するor電力を最小化する
例)最も支配的な処理の実装を効率化
仕様決定&コーディング
トップダウンアプローチが必須
顧客が本当に必要だったもの
理解しなければならないこと

プロセッサの仕組み



演算
制御
ソフトウェアとハードウェアのインターフェース






オブジェクトコード
リンカ
ローダ
デバイスドライバ
スタートアップルーチン/BIOS
オペレーティングシステム（OS）
プロセッサの仕組み
参考書

コンピュータの構成と設計~ハードウエア
とソフトウエアのインタフェース第3版 (上)
(単行本) デイビッド・A. パターソン (著),
ジョン・L. ヘネシー (著), David A.
Patterson (原著), John L. Hennessy (原
著), 成田光彰 (翻訳)
プロセッサの構成要素






プログラムカウンタ:命令の位置を保持
レジスタ:データを保持
メモリバス:命令・データの読み書き
メモリ:命令・データを保持
命令デコーダ:命令を解釈
算術論理演算器（ALU）:演算を実行
プロセッサの基本的な構造
0
メモリバス
PC
r0
r4
命令
デコーダ
r1
r5
制御処理
メモリ
r2
r6
r3
r7
7
ALU
演算処理
15
リセット
メモリ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
0番地の命令のフェッチ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
メモリ
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
メモリ
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
2
メモリ
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
3
メモリ
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
4
メモリ
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
分岐命令
メモリ
0
メモリバス
PC
4
命令
デコーダ
制御処理
命令:PCに0を代入
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
分岐命令
メモリ
0
メモリバス
PC
0
命令
デコーダ
制御処理
PCに0を代入
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
0番地の命令のフェッチ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
メモリ
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
ロード命令
メモリ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
ロード命令
メモリ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
命令:r0に16番地のデータをロード
演算処理
15
ロード命令
メモリ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
r0
0
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
命令:r0に16番地のデータをロード
演算処理
15
1
ロード命令
メモリ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
r0
1
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
2
メモリ
r0
1
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
3
メモリ
r0
1
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
ロード命令
メモリ
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
3
r0
1
r4
0
r1
0
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
命令:r1に17番地のデータをロード
演算処理
15
2
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
4
メモリ
r0
1
r4
0
r1
2
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
4
r0
1
r4
0
r1
2
r5
0
r2
0
r6
0
r3
0
r7
0
命令:r2にr0とr1を加えて代入
メモリ
7
ALU
演算処理
15
命令実行&PCインクリメント
0
メモリバス
PC
命令
デコーダ
制御処理
4
メモリ
r0
1
r4
0
r1
2
r5
0
r2
3
r6
0
r3
0
r7
0
7
ALU
演算処理
15
ソフトウェアとのインターフェース
アセンブリ言語

MIPS アセンブリ言語による加算


動作


a=b+c
減算


add a, b, c
sub a, b, c
動作

a=b-c
オペランド
アセンブリ言語

MIPS アセンブリ言語による加算


動作


a=b+c
減算


add a, b, c
sub a, b, c
動作

a=b-c
ディスティネーション
オペランド
アセンブリ言語

MIPS アセンブリ言語による加算


動作


a=b+c
減算


add a, b, c
sub a, b, c
動作

a=b-c
ソース
オペランド
Cからアセンブリ言語への変換

C コード
a=b+c;
d=a-e;

アセンブリコード
add a,b,c
sub d,a,e
Cからアセンブリ言語への変換

C コード
f=(g+h)-(i+j);

アセンブリコード
add t0,g,h
add t1,i,j
sub f,t0,t1
メモリにある値をオペランドとした演算

C コード
g=h+A[8];

アセンブリコード
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0 #h は$s2に格納
lw : 1ワードをロードする命令
この場合、8+$s3のアドレスをロードする
今の例では32bitを考えているので1wordは32bit
lw
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
0
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
lw
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
0
s0
0
s4
0
命令
デコーダ
lw
$t0,8($s3)
s1
0
s5
0
制御処理
s2
h
t0
0
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
lw
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
0
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
lw
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
A[8]
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
add
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
1
s0
0
s4
0
命令
デコーダ
add
$s1,$s2,$t0
s1
0
s5
0
制御処理
s2
h
t0
A[8]
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
add
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
1
s0
0
s4
0
命令
デコーダ
add
$s1,$s2,$t0
s1
h＋A[8]
s5
0
制御処理
s2
h
t0
A[8]
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
lw
メモリ
0
メモリバス
lw $t0,8($s3)
add $s1,$s2,$t0
PC
0
s0
0
s4
0
命令
デコーダ
lw
$t0,8($s3)
s1
0
s5
0
制御処理
s2
h
t0
0
s3
7
t1
0
7
ALU
演算処理
ベースレジスタ
オフセット
15
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
メモリのアドレス

通常、多くのアーキテクチャではbyteつま
り8bitを単位としてアドレスを表現する。


今までの図はワードアドレスとしては正しいが
バイトアドレスとしては正しくない。MIPS32を
仮定すると1word=32bit=4byte
先のアセンブリコードは本来以下のようになる。
lw $t0,32($s3)
add $s1,$s2,$t0 #h は$s2に格納
バイトアドレス
メモリ
メモリバス
PC
r0
r4
命令
デコーダ
r1
r5
制御処理
r2
r6
r3
r7
3
0
31
28
63
60
ALU
演算処理
ロードとストアが使用されるコード

C コード
A[0]=h+A[8];

アセンブリコード
lw $t0,32($s3)
add $t0,$s2,$t0 #h は$s2に格納
sw $t0,0($s3)
lw
メモリ
3 lw $t0,32($s3)
メモリバス
0
add $t0,$s2,$t0
sw $t0,0($s3)
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
0
s3
28
t1
0
31
ALU
演算処理
63
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
28
60
lw
メモリ
3 lw $t0,32($s3)
メモリバス
0
add $t0,$s2,$t0
sw $t0,0($s3)
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
A[8]
s3
28
t1
0
31
ALU
演算処理
63
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
28
60
add
メモリ
3 lw $t0,32($s3)
メモリバス
0
add $t0,$s2,$t0
sw $t0,0($s3)
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
A[8]
s3
28
t1
0
ALU
＋
演算処理
31
63
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
28
60
add
メモリ
3 lw $t0,32($s3)
メモリバス
0
add $t0,$s2,$t0
sw $t0,0($s3)
PC
命令
デコーダ
制御処理
1
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
h+A[8]
s3
28
t1
0
31
ALU
演算処理
63
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
28
60
sw
メモリ
3 lw $t0,32($s3)
メモリバス
0
add $t0,$s2,$t0
sw $t0,0($s3)
PC
命令
デコーダ
制御処理
2
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
h+A[8]
s3
28
t1
0
31
ALU
演算処理
63
A[0]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
28
60
sw
メモリ
3 lw $t0,32($s3)
メモリバス
0
add $t0,$s2,$t0
sw $t0,0($s3)
PC
命令
デコーダ
制御処理
2
s0
0
s4
0
s1
0
s5
0
s2
h
t0
h+A[8]
s3
28
t1
0
31
ALU
演算処理
63
h+A[8]
A[1]
A[2]
A[3]
A[4]
A[5]
A[6]
A[7]
A[8]
28
60
コンピュータ内での命令の表現

アセンブリコード
add $t0,$s1,$s2

マシンコード
000000

10001
10010
01000
000000 100000
MIPSのフィールド

R形式
op

rs
rt
rs
rt
rd
shamt
funct
I形式
op
constant or address
条件判定(if-then-else)

C コード
if(i==j) f=g+h;else f=g-h;

アセンブリコード
bne $s3,$s4,Else #i と j が等しくなければ Else
add $s0,$s1,$s2
j Exit #Exit へジャンプ
Else: sub $s0,$s1,$s2
Exit:
条件判定(while)

C コード
while(a[i]==k)
i+=1;

アセンブリコード
Loop:sll $t1,$s3,2 #$3を2ビットシフト=i*4
add $t1,$t1,$s6 #ベースアドレス加算
lw $t0,0($t1)#a[i]をロード
bne $t0,$s5,Exit#a[i] と k の比較
addi $s3,$s3,1
j Loop
Exit:
関数呼び出し

関数実行の手順






関数からアクセス可能な場所に引数を置く
関数に制御を移す
関数に必要なメモリ資源の確保
処理の実行
呼び出し元からアクセス可能な場所に結果を置く
制御を元に戻す
関数呼び出し用レジスタ

引数用レジスタ


返り値用レジスタ


$a0-$a3
$v0-$v1
アドレス退避用レジスタ

$ra
関数専用命令

ジャンプ&リンク命令 jal


$raにPC+4を退避して指定のアドレスをPCに
セットする
関数から戻る時には jr 命令を用いる。
jr $ra;
より多くのレジスタが必要な場合

スタックの利用


スタック:LIFO(Last In First Out)の待ち行列
スタックポインタ$spで指定
プッシュ
1 をプッシュ
2 をプッシュ
1
1
2
高位
アドレス
$sp
$sp
低位
アドレス
$sp
ポップ
2 をポップ
1 をプッシュ
高位
アドレス
$sp
$sp
低位
アドレス
1
$sp
1
2
関数の呼び出し

C コード
int leaf_example(int g,int h,int i,int j){
int f;
f=(g+h)-(i+j);
return f
}
関数の呼び出し

引数を受け取る


返り値を返す


$a*
$v*
レジスタを関数呼び出し前の状況に戻す

スタックに退避
関数の呼び出し

アセンブリコード
leaf_example:
addi $sp,$sp, -12#スタックに３つスペース確保
sw $t1,8($sp) #関数で$t1を使うのであらかじめ退避
sw $t0,4($sp)#同じく$t0を退避
sw $s0,0($sp)#同様
add $t0,$a0,$a1#$a0=g $a1=h
add $t1,$a2,$a3#$a2=i $a3=j
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero#f を返す$zeroは0
関数の呼び出し

アセンブリコード
add $t0,$a0,$a1#$a0=g $a1=h
add $t1,$a2,$a3#$a2=i $a3=j
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero#f を返す$zeroは0
lw $s0, 0($sp) #退避した値の復旧
lw $t0,4($sp)
lw $t1,8($sp)
addi $sp,$sp,12 #スタックポインタの復旧
jr $ra #呼び出し元に戻る
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
0
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
4
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
4
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
7
ALU
演算処理
28
48
52
56
60
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
8
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
8
7
ALU
演算処理
28
48
52
56
60
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
12
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
演算処理
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
48
52
56
60
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
16
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
16
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
16
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
20
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
20
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
24
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
24
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
7
8
9
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
24
s0
v0
-4
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
28
s0
v0
9
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
28
s0
v0
-4
0
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
28
s0
v0
-4
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
32
s0
v0
-4
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
32
s0
v0
-4
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
32
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
36
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
1
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
36
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
40
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
5
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
40
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
44
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
44
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
48
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
44
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
48
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
ALU
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
9
8
7
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
48
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
本当はここにjr$ra
8
7
ALU
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
48
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
本当はここにjr$ra
8
7
ALU
60
演算処理
Func call
メモリ
addi $sp,$sp, -12
メモリバス
0
sw $t1,8($sp)
sw $t0,4($sp)
PC
命令
デコーダ
制御処理
64
s0
v0
9
-4
a2
a3
2
3
a0
0
t0
8
a1
1
t1
7
sp
60
ra
64
sw $s0,0($sp)
add $t0,$a0,$a1
add $t1,$a2,$a3
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero
28
lw $s0, 0($sp)
lw $t0, 4($sp)
lw $t1, 8($sp)
addi $sp,$sp,12
本当はここにjr$ra
8
7
ALU
60
演算処理
関数の呼び出し

退避
sw $t1,8($sp) #関数で$t1を使うのであらかじめ退避
sw $t0,4($sp)#同じく$t0を退避
sw $s0,0($sp)#同様

復旧
lw $s0, 0($sp) #退避した値の復旧
lw $t0,4($sp)
lw $t1,8($sp)
毎回やるとウザイ
$t0-$t9を復旧しなく
てもよいことにする
関数の呼び出し

アセンブリコード
leaf_example:
addi $sp,$sp, -4#スタックに1つスペース確保
sw $s0,0($sp)#同様
add $t0,$a0,$a1#$a0=g $a1=h
add $t1,$a2,$a3#$a2=i $a3=j
sub $s0,$t0,$t1
add $v0,$s0,$zero#f を返す$zeroは0
lw $s0, 0($sp) #退避した値の復旧
addi $sp,$sp,4 #スタックポインタの復旧
jr $ra #呼び出し元に戻る
新しいデータ用の領域割り当て

関数内の変数だがレジスタに割り付けられ
ないもの


配列
データ構造
フレームポインタ $fp のを利用して対応
フレームポインタの利用
高位
アドレス
$fp
$sp
関数呼び出し前
関数呼び出し中
$fp=$sp
として$sp
を保存
$fp
$fp
退避された引
数レジスタ
退避された戻りアドレス
退避されたレジ
スタ
低位
アドレス
$sp
$sp=$fp
として$sp
を復旧
ローカルな配列
とデータ構造
$sp
関数呼び出し後
ヒープの利用


動的に確保可能なメモリ領域
malloc や new で確保
$sp
スタック
動的データ
テキストセグメント：MIPSの機械語コード
静的データセグメント:静的変数、定数、配列
$gp
PC
0
静的データ
テキスト
予約済み
プログラムの翻訳と起動





コンパイル
アセンブル
リンク
ロード
実行
おわり

Download Report