Documentación del simulador SPIM.

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Silvia de la Cruz Toro
hace 8 años
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1 Universidad de León Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas y Automática (C) Prof. José M. Foces, diejfm@unileon.es Documentación del simulador SPIM. Versión para Windows. Adaptada de la versión original de la Universidad de Wisconsin, profesor James Larus. Con una introducción esquemática. SPIM es un simulador software que ejecuta programas escritos para procesadores MIPS R2000/3000. El nombre SPIM es simplemente MIPS escrito al revés. SPIM puede leer y ejecutar inmediatamente ficheros escritos en lenguaje de ensamblaje o ficheros ejecutables de algunos sistemas. SPIM constituye un sistema auto-contenido para la ejecución de programas de MIPS. SPIM contiene un depurador y ofrece algunos servicios típicos de sistemas operativos. SPIM es mucho más lento que el computador real (100 o mas veces). Sin embargo, su gratuidad y amplia disponibilidad no pueden compararse con los del hardware verdadero! Extraído de la introducción a SPIM incluída en el apéndice A.9 del libro de los profesores Patterson y Hennessy Computer Organization & Design, The hardware/software interface., MKP (C) 1998, S.Francisco, California. Este apéndice, podéis encontrarlo en:

SPIM es un simulador software que ejecuta programas escritos para procesadores MIPS R2000/3000. El nombre SPIM es simplemente MIPS escrito al revés.

2 PCSpim: SPIM sobre Windows Consola: permite interactuar con el programa que está siendo simulado. TEXT SEGMENT:Ver instrucciones en su formato binario y ensamblador Ventana principal de PCSpim DATA SEGMENT: Ver el segmento de datos del programa simulado. REGISTERS: Ver los registros arquitecturados de MIPS en tiempo real MESSAGES: Progreso de la simulación.

TEXT SEGMENT:Ver instrucciones en su formato binario y ensamblador Ventana principal de

3 SPIM: Arquitectura Arquitectura de 32 bits. Los registros son de 32 bits de ancho Las direcciones de memoria Las instrucciones tienen 32 bits de ancho. Arquitectura Load/Store: Las operaciones con la memoria están limitadas a cargas y almacenamientos. No hay ninguna instrucción de incremento de memoria. No hay modos indirectos. Las instrucciones emplean tres direcciones: destino, fuente1, fuente2 add t0, t1, t2 Tiene 32 registros Uno de ellos, llamado $zero, contiene un cero, siempre. Little-endian: extremista inferior. Esta versión de Spim, la cual, corre sobre Windows para Intel-32, es little-endian, igual que la plataforma Intel-32. Sobre UNIX o LINUX para SPARC, por ejemplo, es bigendian.

4 SPIM: MIPS assembly language. Lenguaje ensamblaje de MIPS(assembly). Ofrece un nivel de abstracción superior al de la arquitectura. Los programas se van escribiendo instrucción-ainstrucción, igual que en el caso anterior. Constituye una forma más "simbólica" de escribir un programa. Una sentencia de lenguaje de ensamblaje tiene: Etiqueta - nombres simbólicos: Permite nombrar tanto instrucciones como datos simples y arrays. Campo de instrucción: Nemónico de la operación (P.ej.: add). Operandos: Pueden ser etiquetas o números. Bandera de indirecto. Campo de comentarios: ;

Constituye una forma más "simbólica" de escribir un programa.

5 SPIM: Registros. MIPS posee 32 registros de propósito general: $0 a $32. El lenguaje de ensamblaje de MIPS (y también SPIM) les asocia un nombre simbólico representativo de los convenios que se aplican al uso de cada registro. REGISTROS de SPIM/MIPS. El nombre indica el propósito del registro: $v0-$v1, el valor de retorno de una función. $a0-$a3, los argumentos 1-4 $t0-$t9, registros temporales $s0-$s7, registros temporales con garantía de que se salvan entre llamadas a subrutinas. $gp, puntero al area global $sp, puntero de pila $fp, puntero de marco de pila $ra, dirección de retorno $k0-$k1, reservados para el kernel del SO. INSTRUCCIONES QUE MANEJAN REGISTROS. Copiar el contenido de rs a rd move rd, rs Obtener la suma de rs1 y rs2 y poner el resultado en rd addu rd, rs1, rs2 Obtener la resta rs1- rs2, sin signo y poner resultado en rd: subu rd, rs1, rs2

El nombre indica el propósito del registro: $v0-$v1, el valor de retorno de una función.

6 SPIM: Segmentos. Los programas que simula SPIM son programas escritos en ensamblador de MIPS y su estructura contiene al menos tres segmentos: datos, código y pila. SEGMENTOS Dentro de un fichero ejecutable los datos y los programas están separados en tres áreas : SEGMENTO DE CODIGO: Contiene las instrucciones del programa Es de sólo lectura El directivo empleado para delimitar el segmento de código en el texto fuente es:.text SEGMENTO DE DATOS: Contiene datos estáticos Lectura y escritura El directivo empleado para delimitar el segmento de datos en el texto fuente es:.data SEGMENTO DE PILA: Guarda información sobre los procedimientos/subrutinas en ejecución. Guarda la dirección de retorno de proc/subrutina. Guarda las variables locales de una proc/subrutina.

empleado para delimitar el segmento de código en el texto fuente es:.

7 SPIM: Reserva de espacio de memoria para constantes y variables. Cadenas terminadas en \0. El directivo es.asciiz.el ejemplo siguiente crea una cadena llamada auto-terminada en \0 llamada mi_mensaje mi_mensaje.asciiz Hola mundo!\n bytes, fp-simple precisión, fp-doble, words: El directivo.byte reserva espacio para datos de 8 bits. El ejemplo siguiente crea una lista de bytes cuya dirección base es mis_datos_de_8bits inicializados con los valores 45 decimal, 50 hexadecimal, etc. mis_datos_de_8bits.byte 45, 0x50, 0x10, 0.word reserva espacio para datos de 32 bits. El ejemplo siguiente crea una lista de bytes cuya dirección base es mis_datos_de_32bits inicilaizados con los valores siguientes separados por comas. mis_datos_de_32bits.word 0x , 0xFF00FF00El.float reserva espacio para datos de punto flotante de 32 bits(simple precisión). mis_datos_de_fp32.float 3.14E0, 1.0, -1.0.double reserva espacio para datos de punto flotante de 64 bits (doble precisión). mis_datos_de_fp32.double E-600, 1.0, -1.0

byte reserva espacio para datos de 8 bits. El ejemplo siguiente crea una lista de bytes cuya dirección base es mis_datos_de_8bits inicializados con los valores 45 decimal, 50 hexadecimal, etc.

8 SPIM: Llamadas del sistema El simulador Spim incluye algunas llamadas del sistema compatibles con UNIX para imprimir datos en la ventana Console, leer datos desde Console, salir del programa, etc. Servicio Llamada del sistema Sirve para Registro para el paso de argumentos Print_int 1 Imprimir un int en la $a0 = integer Print_float 2 Imprimir un float en la $f12= float Print_double 3 Imprimir un double en la $f12 = double Resultados Print_string 4 Imprimir una string $a0 = dirección de terminada en NULL en la memoria de la cadena terminada en \0 Read_int 5 Leer un int desde la integer (en $v0 ) Read_float 6 Leer un float desde la float (en $f0 ) Read_double 7 Leer un double desde la double (en $f0 ) Read_string 8 Leer una string desde la Sbrk 9 Pedir memoria adicional para este programa. Exit 10 Abandonar la simulación de este programa. $a0 = buffer, $a1= longitud $a0 = cantidad Dirección (en $v0 )

$un double en la $f12 = double Resultados Print_string 4 Imprimir una string $a0 = dirección de terminada en NULL en la memoria de la cadena terminada en \0 Read_int 5 Leer un int desde la integer (en$

9 SPIM: Un programa de ejemplo. # Universidad de Leon, Dept. IEE, 1998 # Estructura y Tecnolog a de Computadores # Maquinas Electronicas # Jose M. Foces Moran..data # Aqui comienza el segmento de datos prompt1:.asciiz "Entre un entero: " # Cadena del mensaje 1.align 2 # Alinear el dato siguiente en # frontera de palabra. prompt2:.asciiz "\nentre otro entero: " # Cadena del mensaje 2.align 2 resultado:.asciiz "\nla suma es: " # Cadena del mensaje de resultado main:.text.globl main # Comienzo del segmento de codigo # La etiqueta main ha de ser global (se verá # desde cualquier fichero del proyecto). # Creamos main, el punto de entrada a nuestro # programa desde el kernel de Spim. Esto es un # convenio que hay que respetar. li $v0, 4 # la $a0, prompt1 # Imprimir mensaje 1 en la syscall # li $v0, 5 # syscall # Leer el primer entero desde la move $s0, $v0 # Salvar el primer entero en $s0 li $v0, 4 # la $a0, prompt2 # Imprimir mensaje 2 en syscall # li $v0, 5 # syscall # Leer el segundo entero move $s1, $v0 # Salvar el entero en $s1 add $s2, $s0, $s1 # hacer $s0 + $s1 --> $s2 li $v0, 4 la $a0, resultado syscall # Imprimir mensaje del resultado en li $v0,1 # Llevar el resultado a $a0 move $a0, $s2 # Imprimir $a0 en syscall

$asciiz "\nentre otro entero: " # Cadena del mensaje 2.align 2 resultado:.asciiz "\nla suma es: " # Cadena del mensaje de resultado main:.text.$

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