Assembly 如何计算跳转目标地址和分支目标地址？

我不熟悉汇编语言。我正在阅读有关MIPS体系结构的书籍，我一直在学习跳目标地址和分支目标地址，以及如何计算它们。

用硬件完成。如果你能更深入地解释一下这个问题，并描述一下你正在尝试做什么，那么会更容易得到帮助。（：

通常您不必担心计算它们，因为您的汇编程序（或链接器）将需要正确计算。假设您有一个小函数：

func:
  slti $t0, $a0, 2
  beq $t0, $zero, cont
  ori $v0, $zero, 1
  jr $ra
cont:
  ...
  jal func
  ... 

当将上述代码转换成二进制指令流时，汇编器（或链接器，如果您第一次组装成一个对象文件），它将确定函数将驻留在内存中的什么位置（现在我们忽略位置无关的代码）。它将驻留在内存中的位置通常在ABI中指定，或者在您使用模拟器时提供给您（例如，在-注意，链接中还包含对该过程的良好解释）

假设我们讨论的是SPIM案例，我们的函数是内存中的第一个，那么

slti

指令将位于

0x400000

，

beq

位于

0x400004

等等。现在我们差不多到了！对于

beq

指令，分支目标地址是

cont

（

0x400010

）查看a，我们看到它被编码为相对于下一条指令的16位有符号立即数（除以4，因为所有指令都必须驻留在4字节对齐的地址上）

即:

Current address of instruction + 4 = 0x400004 + 4 = 0x400008
Branch target = 0x400010
Difference = 0x400010 - 0x400008 = 0x8
To encode = Difference / 4 = 0x8 / 4 = 0x2 = 0b10

编码

beq$t0，$zero，cont

0001 00ss ssst tttt iiii iiii iiii iiii
---------------------------------------
0001 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0010

如您所见，您可以在

-0x1ffc..0x20000

字节内进行分支。如果出于某种原因，您需要进一步跳转，您可以使用蹦床（无条件跳转到给定限制内的实际目标）

与分支目标地址不同，跳转目标地址使用绝对地址（再次除以4）进行编码。由于指令编码使用6位作为操作码，因此地址只剩下26位（如果最后2位为0，则有效为28位）因此，在形成地址时使用PC寄存器的4位最高有效位（除非您打算跨越256 MB边界，否则无所谓）

返回到上述示例，

jal func

的编码为：

Destination address = absolute address of func = 0x400000
Divided by 4 = 0x400000 / 4 = 0x100000
Lower 26 bits = 0x100000 & 0x03ffffff = 0x100000 = 0b100000000000000000000

0000 11ii iiii iiii iiii iiii iiii iiii
---------------------------------------
0000 1100 0001 0000 0000 0000 0000 0000

您可以快速验证这一点，并使用我遇到的不同指令进行操作（请注意，它不支持所有操作码，例如

slti

，因此我只是在此处将其更改为

slt

）：

00400000:；func:
00400000:0000002a；slt$t0，$a0，2
00400004:11000002；贝币$t0，$0，续
00400008:34020001；ori$v0，$0，1
0040000c:03e00008；jr$ra
00400010:；续：
00400010:0c100000；日本航空公司

（在下面的图表和文本中，

PC

是分支指令本身的地址。

PC+4

是分支指令本身的结束和分支延迟槽的开始。绝对跳转图中除外。）

1.分支地址计算 在MIPS中，分支指令只有16位偏移量来确定下一条指令。我们需要将一个寄存器添加到这个16位值来确定下一条指令，而这个寄存器实际上是由体系结构暗示的。它是PC寄存器，因为PC在获取周期中得到更新（PC+4），所以它保存下一条指令的地址

我们还将分支距离限制为分支指令后的指令的

-2^15到+2^15-1

指令。但是，这不是真正的问题，因为大多数分支都是本地的

所以一步一步：

• 符号扩展16位偏移值以保留其值
• 将结果值乘以4。这背后的原因是，如果我们要分支某个地址，而PC已经是字对齐的，那么立即值也必须是字对齐的。然而，使立即字对齐是没有意义的，因为强制它们为00会浪费低两位
• 现在我们有一个32位的相对偏移量。将这个值添加到PC+4，这就是您的分支地址

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2.跳转地址计算 对于跳转指令，MIPS只有26位来确定跳转位置。在MIPS中，跳转与PC有关。与分支一样，立即跳转值需要字对齐；因此，我们需要将26位地址乘以4

再次一步一步：

• 将26位值乘以4
• 因为我们是相对于PC+4值跳转的，所以将PC+4值的前四位连接到跳转地址的左侧
• 结果地址是跳转值

换言之，将PC+4的较低28位替换为回迁指令的较低26位左移2位

跳转是相对于分支延迟槽的区域，不一定是分支本身。在上图中，PC在跳转计算之前已经前进到分支延迟槽。（在经典的RISC 5级管道中，BD是在跳转解码的同一周期中获取的，因此PC+4下一个指令地址已经可用于跳转和分支，并且相对于跳转自身地址的计算需要额外的工作来保存该地址。）

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来源：Bilkent University CS 224课程幻灯片

对于这样的小函数，您可以手动计算从分支指令下的指令到目标的跳数。如果它向后分支，则使该跳数为负数。如果该数不为负数

00400000: <func>    ; <input:0> func:
00400000: 0000002a  ; <input:1> slt $t0, $a0, 2
00400004: 11000002  ; <input:2> beq $t0, $zero, cont
00400008: 34020001  ; <input:3> ori $v0, $zero, 1
0040000c: 03e00008  ; <input:4> jr $ra
00400010: <cont>    ; <input:5> cont:
00400010: 0c100000  ; <input:7> jal func