龙芯软件开发(8)－－理解龙芯2E寄存器和内存布局

对于软件开发人员来说，一个CPU最重要的部分就是寄存器、内存布局和指令。龙芯2E 逻辑上是有 32 个定点通用寄存器 ( 其中 0 号固定为 0) ， 32 个浮点寄存器，一个 hi ，一个 lo ，以及若干 cp0 控制寄存器，两个 cp1 控制寄存器。物理上是 64 个定点， 64 个浮点，和若干控制寄存器。 龙芯2E具有下面的逻辑寄存器：

l        32 个通用的64位寄存器

l        1 个PC寄存器

l        2 个保存乘除操作结果寄存器

l        32 个浮点64位寄存器

l        32 个CP0控制寄存器

l        2 个 cp1 控制寄存器

 

 

一、32个通用的64位寄存器

这32个通用寄存器，可以用作任何使用。但实际上由于编译器已经约定特定的使用，所以还是要服从特定的约定，这样可以减少麻烦，减少开发出错机会。特定使用如下：

 

l        $0      zero    值总是为 0 ，可能主要用途是清空内存地址空间，以及做一些与或非的操作，访问速度快。

l        $1      $AT 是为编译器保留的寄存器

l        $2..$3    V0..V1 保存函数返回值用

l        $4..$11   A0..A7 函数调用时传递参数，可以传递 8 个整型参数

l        $12..$15 T0..T3  临时寄存器，用于保存临时变量的值，也是用的最多的寄存器

l        $16..$23 S0-S7     他们的值在过程调用的时候保持不变，可以用于传递参数或者返回值

l        $24..$25 T8..T9   临时寄存器，用于保存临时变量的值，也是用的最多的寄存器

l        $26..$27 K0..K1     保留给操作系统内核使用

l        $28   GP  保存全局指针

l        $29   SP   保存堆栈指针

l        $30   FP 或 S8   保存帧指针，也可以和 S0..S7 一样使用

l        $31   RA  保存返回地址

 

二、 专用寄存器
HI 和 LO 主要返回乘除结果， PC 是指令计数器。

 

三、内存布局

在 32 位下，程序地址空间划分为 4 个大区域。每个区域有一个传统的名字。对于在这
些区域的地址，各自有不同的属性：

kuseg: 0x000 0000 - 0x7FFF FFFF ( 低端 2G ) ：这些地址是用户态可用的地址。在
有 MMU 的机器里，这些地址将一概被 MMU 作转换。除非 MMU 的设置被建立好，这 2G 地址是不可用的。 对于没有 MMU 的机器，存取这 2G 地址的后依具体机器相关。你的 CPU 具体厂商提供的 手册将会告诉你关于这方面的信息。如果想要你的代码在有或没有 MMU 的 MIPS 处理器 之间有兼容性，尽量避免这块区域的存取。

kseg0: 0x8000 0000 - 0x9FFF FFFF(512M): 这些地址映射到物理地址简单的通过
把最高位清零，然后把它们映射到物理地址低段 512M (0x0000 0000 - 0x1FFF FFFF) 。 因为这种映射是很简单的，通常称之为 “ 非转换的 “ 地址区域。 几乎全部的对这段地址的存取都会通过快速缓存 (cache) 。因此在 cache 设置好之前，不能随便使用这段地址。通常一个没有 MMU 的系统会使用这段地址作为其绝大多数程 序和数据的存放位置。对于有 MMU 的系统，操作系统核心会存放在这个区域。

kseg1: 0xA000 0000 - 0xBFFF FFFF(512M): 这些地址通过把最高 3 位清零的方法来 映射到相应的物理地址上，与 kseg0 映射的物理地址一样。但 kseg1 是非 cache 存取的。 kseg1 是唯一的在系统重启时能正常工作的地址空间。这也是为什么重新启动时的入口向量是 0xBFC0 0000 。这个向量相应的物理地址是 0x1FC0 0000 。 将使用这段地址空间去存取你的初始化 ROM 。大多数人在这段空间使用 I/O 寄存器。

kseg2: 0xC000 0000 - 0xFFFF FFFF (1G): 这段地址空间只能在核心态下使用并且要经过 MMU 的转换。在 MMU 设置好之前，不能存取这段区域。除非你在写一个真正的操作系统，一般来说你不需要使用这段地址空间。