代码之家 › 专栏 › 技术社区 › John Källén

MIPS寄存器$0能否用于存储和检索值?

glibc mips assembly

John Källén · 技术社区 · 7 年前

当我了解MIPS处理器时,我的脑海中突然浮现出这样一个事实:对$0寄存器的读取总是返回0,而对$0的写入总是被丢弃。MIPS程序员手册:

2.13.4.1 CPU通用寄存器 [...] r0硬连接到值零,并且可以用作任何指令的目标寄存器结果将被丢弃。当信号为零时,r0也可用作信号源需要价值。

由此得出以下说明: or $0,$r31,$0 是一个不可操作的。

想象一下,当我翻阅ELF MIPS二进制文件的启动代码时,当我看到以下指令序列时,我会感到惊讶:

00000610 03 E0 00 25   or     $0,$ra,$0
00000614 04 11 00 01   bgezal $0,0000061C
00000618 00 00 00 00   nop
0000061C 3C 1C 00 02   lui    $28,+0002
00000620 27 9C 84 64   addiu  $28,$28,-00007B9C
00000624 03 9F E0 21   addu   $28,$28,$ra
00000628 00 00 F8 25   or     $ra,$0,$0

地址0x610处的指令正在将$ra的值复制到$r0中,根据上面的段落,这相当于丢弃它。然后,地址0x628处的指令从$0读回值,但由于$0硬连线为0,因此会将$ra设置为0。

这一切似乎都毫无意义:只要执行0x628就足够了,为什么还要执行语句0x610呢。glibc人员在编写这段代码时显然有一些意图。看起来0美元毕竟是可读写的!

那么,在什么情况下,程序可以像读/写其他通用寄存器一样读/写$0寄存器呢?

编辑: 查看glibc源代码没有帮助。的代码 __start 使用宏:

https://github.com/bminor/glibc/blob/master/sysdeps/mips/start.S#L80

ENTRY_POINT:
# ifdef __PIC__
    SETUP_GPX($0)
...

注意这里是如何故意指定$0的。SETUP\U GPX宏定义如下:

https://github.com/bminor/glibc/blob/master/sysdeps/mips/sys/asm.h#L75

# define SETUP_GPX(r)                           \
        .set noreorder;                         \
        move r, $31;     /* Save old ra.  */     \
        bal 10f; /* Find addr of cpload.  */    \
        nop;                                    \
10:                                             \
        .cpload $31;                             \
        move $31, r;                             \
        .set reorder

“Save old ra”清楚地表明了保存注册表的意图,但为什么是0美元?

2 回复 | 直到 7 年前

Jester 7 年前

它正在使用 $0 因为在入口点没有理由保存 $ra ,所以它被丢弃了。由于它是来自宏的手工编写的asm代码,因此没有像通常情况下那样进行优化。

Peter Cordes 7 年前

注意,glibc仅将其用于PIC。(参见 Is all MIPS code on Linux supposed to be PIC? )

MIPS jal (与其他类似 j 说明)不是PIC;它将PC的低28位替换为 imm26 << 2 . It's an absolute call within that 1/16th of address space .

但是 b 指令编码确实使用了相对位移,因此它仍然有效。 bal 是用于无条件PIC函数调用的伪指令:它设置 PC += imm16<<2 (参见同一链接)。这是一个用于测试的条件分支和链接的伪指令 $0 对于 >= 0 ,所以它总是被占用。正如反汇编所示,真正的指令是 "BGEZAL -- Branch on greater than or equal to zero and link" . 它只能在-2^17/+(2^17-4)字节内工作。

“和链接”部分是这段代码想要的:它将PC带入 $ra 通过使用分支和链接,因为在PIC中,您在组装或链接时不知道自己的地址。

无论如何,这解释了为什么 bgezal $0 正在阅读 $0 . 通过对该宏的这种使用进行特殊的外壳处理,他们可以通过省去对旧值的无用写入来为每个可执行文件节省至少4个字节 $0 . 但他们没有:/尽管代码只运行一次。