MIPS 下非对其访问问题 - 版本历史

Comcat：/* 解决 */

2014-11-11T03:44:56Z

‎解决

Comcat：/* 解决 */

2014-11-11T03:44:02Z

‎解决

Comcat：/* 解决 */

2014-11-11T03:43:42Z

‎解决

Comcat：/* 解决 */

2014-11-11T03:43:30Z

‎解决

2014年11月11日 (二) 03:43 Comcat

2014-11-11T03:43:14Z

Comcat：以“1. 问题 RISC 下使用访存指令读取或写入数据单元时，目标地址必须是所访问之数据单元字节数的整数倍，这个叫做地址对齐...”为内容创建页面

2014-11-11T03:40:54Z

以“1. 问题 RISC 下使用访存指令读取或写入数据单元时，目标地址必须是所访问之数据单元字节数的整数倍，这个叫做地址对齐...”为内容创建页面

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1. 问题

RISC 下使用访存指令读取或写入数据单元时，目标地址必须是所访问之数据单元字节数的整数倍，这个叫做地址对齐。

比如在 MIPS 平台上，lh 读取一个半字时，存储器的地址必须是 2 的整数倍； lw 读取一个字时，存储器的地址必须是 4的整数倍； sd 写入一个双字时，存储器的地址必须是 8 的整数倍。倘若访存时，目标地址不对齐，则会引起异常,典型的是系统提示“总线错误”后，直接杀死进程。

看一个测试程序：

<source lang=c>
#include <stdio.h>
#include <sys/sysmips.h>

unsigned short data[] = {
0x1, 0x2, 0x3, 0x4,
0x55aa, 0x66bb, 0x77cc, 0x0000,
};

inline void unaligned_access(unsigned short * const row)
{
asm volatile
(
".set mips3 "
".set noreorder "

//"lwr $10, 1(%1) "
//"lwl $11, 4(%1) "
//"or $10, $11 "
"ld $10, 2(%1) " /* %1 is double word aligned, %1+2 is double word unaligned */
"sd $10, %0 "

".set reorder "
".set mips0 "
: "=m"(*(row))
: "r"(row+4)
: "$8", "$9", "$10"
);
}

int main()
{
printf("--------------------------------------------------------- ");
printf(" Testing Godson2 unaligned access Instruction ");
printf("--------------------------------------------------------- ");

// sysmips(MIPS_FIXADE, 0);

unaligned_access(data);

printf("result is: 0x%04x %04x %04x %04x ", data[3], data[2], data[1], data[0]);

}
</source>

在龙芯2E的系统上，程序运行后系统提示“非法指令”后退出。

CISC 下（如x86）访存时，如果目标地址不对齐，CPU 不会陷入异常，因为其内部有处理非对齐访问的微程序。

2. 解决

高级语言中一般不会遇到这种问题，编译器常常会处理好数据类型的对齐。但万一遇到、抑或在汇编里遇到，避不开怎么办？

可以使用 MIPS 的指令集里提供的 lwr/lwl, swr/srl, ldr/ldl, sdr/sdl 指令对。关于他们的原理可以用下图来简单的示意一下（以ldr/ldl 为例，其他类似）：

上图解释的是小端模式下的情况，大端模式的情况则相反：首先 ldl t0, 0(t1)，然后再 ldr t0, 7(t1)。

可以看到无论大端模式还是小端模式，非对齐访问的解决都是将原来的一条指令（对齐访问）完成的事分两步完成，即首先取始地址 addr 到下一个对齐地址处的部分数据，置入寄存器右部（小端），（大端置入左部(高位)），然后取从该对齐地址到 addr + len - 1 处的部分数据（len 为数据单元长度，半字为2, 双字为8），置入寄存器左部（小端）。

如小端机器上，始地址为 t1 = 0x1022，则：

ldr t0, 0(t1) 取 0x1022~0x1027 到 t0 的右部
ldl t0, 7(t1) 取 0x1028~0x1029 到 t0 的左部

注意上述指令的后缀 r(right), l(left) 都是相对寄存器而言，load 操作是把取到的部分数据，置入寄存器的 left 或者 right， store 操作是将寄存器中数据的 left 或者 right 部分，写入目标地址而已。无论大端和小端寄存器的格式都是固定的，即右端为低位，左端为高位。任意第一条 ldr/ldl/lwr/lwl/sdr/sdl/swr/swl 只能访问内存的始地址到下一个对齐地址处。

@@ 第67行： / 第67行： @@
 可以使用 MIPS 的指令集里提供的 lwr/lwl, swr/srl, ldr/ldl, sdr/sdl 指令对。关于他们的原理可以用下图来简单的示意一下（以ldr/ldl 为例，其他类似）：
+[[文件:Mips-unaligned.png]]
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@@ 第85行： / 第85行： @@
 </source>
-注意上述指令的后缀 r(right), l(left) 都是相对寄存器而言，load 操作是把取到的部分数据，置入寄存器的 left 或者 right， store 操作是将寄存器中数据的 left 或者 right 部分，写入目标地址而已。无论大端和小端寄存器的格式都是固定的，即右端为低位，左端为高位。任意第一条 ldr/ldl/lwr/lwl/sdr/sdl/swr/swl 只能访问内存的始地址到下一个对齐地址处。
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@@ 第81行： / 第81行： @@
 <source lang=c>
-ldr t0, 0(t1) 取 0x1022~0x1027 到 t0 的右部
+ldr t0, 0(t1)     # 取 0x1022~0x1027 到 t0 的右部
-ldl t0, 7(t1) 取 0x1028~0x1029 到 t0 的左部
+ldl t0, 7(t1)     # 取 0x1028~0x1029 到 t0 的左部
 </source>

@@ 第1行： / 第1行： @@
-. 问题
+== 问题 ==
-RISC 下使用访存指令读取或写入数据单元时，目标地址必须是所访问之数据单元字节数的整数倍，这个叫做地址对齐。
+RISC 下，使用访存指令读取或写入数据单元时，目标地址必须是所访问之数据单元字节数的整数倍，这个叫做地址对齐
 看一个测试程序：
@@ 第54行： / 第56行： @@
 在龙芯2E的系统上，程序运行后系统提示“非法指令”后退出。
 CISC 下（如x86）访存时，如果目标地址不对齐，CPU 不会陷入异常，因为其内部有处理非对齐访问的微程序。
-. 解决
+== 解决 ==
 高级语言中一般不会遇到这种问题，编译器常常会处理好数据类型的对齐。但万一遇到、抑或在汇编里遇到，避不开怎么办？
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-上图解释的是小端模式下的情况，大端模式的情况则相反：首先 ldl t0, 0(t1)，然后再 ldr t0, 7(t1)。
+上图解释的是小端模式下的情况，大端模式的情况则相反：首先 ldl t0, 0(t1)，然后再 ldr t0, 7(t1)
 如小端机器上，始地址为 t1 = 0x1022，则：
 ldr t0, 0(t1) 取 0x1022~0x1027 到 t0 的右部
 ldl   t0, 7(t1) 取 0x1028~0x1029 到 t0 的左部
-注 意上述指令的后缀 r(right), l(left) 都是相对寄存器而言，load 操作是把取到的部分数据，置入寄存器的 left 或者 right， store 操作是将寄存器中数据的 left 或者 right 部分，写入目标地址而已。无论大端和小端寄存器的格式都是固定的，即右端为低位，左端为高位。任意第一条 ldr/ldl/lwr/lwl/sdr/sdl/swr/swl 只能访问内存的始地址到下一个对齐地址处。
+注意上述指令的后缀 r(right), l(left) 都是相对寄存器而言，load 操作是把取到的部分数据，置入寄存器的 left 或者 right， store 操作是将寄存器中数据的 left 或者 right 部分，写入目标地址而已。无论大端和小端寄存器的格式都是固定的，即右端为低位，左端为高位。任意第一条 ldr/ldl/lwr/lwl/sdr/sdl/swr/swl 只能访问内存的始地址到下一个对齐地址处。
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