MIPS 中的 andi 与 addi 指令的负立即数

Question

假设$t2=0x55555550，则执行如下指令：

andi $t2, $t2, -1

$t2 变为 0x0005550

MIPS 仿真器证实了这一点¹

然而，这不是我所期望的。我认为答案应该是 0x55555550 & 0xFFFFFFFF = 0x55555550。我认为常量 -1 在 and 逻辑之前被符号扩展为 0xFFFFFFFF。但看起来答案是 0x55555550 & 0x0000FFFF

为什么-1符号扩展为0x0000FFFF而不是0xFFFFFFFF

脚注 1：编者注：启用 "extended pseudo-instructions" 的 MARS 确实将其扩展为多条指令以在 tmp 寄存器中生成 0xffffffff，从而使 $t2 保持不变。否则 MARS 和 SPIM 都会以不可编码的错误拒绝它。其他汇编程序可能不同。

Answer 1

根据specification，立即数是16位宽。

因此，andi $t2, $t2, -1可以读作andi $t2, $t2, 0xFFFF。

所有逻辑运算都将立即数视为位串，并将其零扩展为 32 位。

Answer 2

你的预期是正确的，但你对实验结果的解释不是

$t2 becomes 0x0005550 This is confirmed by the MIPS emulator.

不，这是不正确的。所以，以下之一：

不知何故，您误读了模拟器的功能。来自模拟器的实际值是您预期的值。
或，你在$t2之前没有0x55555550 andi正如您假设的那样，但是 0x5550 相反（即）您的测试程序没有正确设置 $t2。

However, it is not what I expected. I think the answer should be 0x55555550 & 0xFFFFFFFF = 0x55555550. I think the constant -1 was sign extended to 0xFFFFFFFF before the and logic.

是的，这个是正确的。而且，我将在下面解释发生了什么以及为什么。

But it appears that the answer was 0x55555550 & 0x0000FFFF. Why -1 is sign extended to 0x0000FFFF instead of 0xFFFFFFFF

它不是。它是符号扩展为0xFFFFFFFF。同样，您对实验结果的解读不正确[或者您的测试程序有错误]。

mips 模拟器和汇编程序有 伪操作 .

这些指令可能作为真实的物理指令存在，也可能不存在。但是，它们被汇编程序解释为生成一系列 physical/real 指令。

"pure" 伪操作的一个例子是 li ("load immediate")。它没有没有对应的指令，但通常会生成两条指令序列：lui、ori（其中是物理指令).

伪操作应该不与汇编程序指令混淆，例如.text、.data、 .word、.eqv 等

一些伪操作可以与实际的物理指令重叠。这就是您的示例所发生的情况。

事实上，汇编程序检查任何给定指令作为潜在伪操作。它可以确定 in 可以用单个物理指令实现 intent。如果不是，它将生成一个 1-3 指令序列，并且可以使用 [reserved] $at 寄存器 [这是 </code>] 作为该序列的一部分。</p> <p>在 <code>mars 中，要查看实际的真实说明，请查看来源 window 的 Basic 列。

为了我回答的完整性，以下所有内容均以热门评论开头。

我创建了三个示例程序：

原来的addipost
andi 如您更正后的 post
使用无符号参数的andi

(1) 这是您使用 addi:

原始问题的汇编程序源

    .text
    .globl  main
main:
    li      $t2,0x55555550
    addi    $t3,$t2,-1
    nop

mars 对其的解释如下：

 Address    Code        Basic                     Source

0x00400000  0x3c015555  lui ,0x00005555         4     li      $t2,0x55555550
0x00400004  0x342a5550  ori ,,0x00005550
0x00400008  0x214bffff  addi ,,0xffffffff   5     addi    $t3,$t2,-1
0x0040000c  0x00000000  nop                       6     nop

addi 将 符号扩展 它的 16 位立即数，所以我们有 0xFFFFFFFF。然后，进行补码加法运算，最终结果为 0x5555554F

因此，汇编程序不需要为 addi 生成额外的指令，因此 addi 伪操作 生成了一个真实addi

(2) 这是 andi 来源：

    .text
    .globl  main
main:
    li      $t2,0x55555550
    andi    $t3,$t2,-1
    nop

这是程序集：

 Address    Code        Basic                     Source

0x00400000  0x3c015555  lui ,0x00005555         4     li      $t2,0x55555550
0x00400004  0x342a5550  ori ,,0x00005550
0x00400008  0x3c01ffff  lui ,0xffffffff         5     andi    $t3,$t2,-1
0x0040000c  0x3421ffff  ori ,,0x0000ffff
0x00400010  0x01415824  and ,,
0x00400014  0x00000000  nop                       6     nop

哇！发生什么事了？ andi 生成了三个指令。

A real andi 指令 not 符号扩展其直接参数。因此，我们可以在真实 andi 中使用的最大 unsigned 值是 0xFFFF

但是，通过指定 -1，我们告诉汇编程序我们确实想要符号扩展（即 0xFFFFFFFF）

所以，汇编器可以而不是用一条指令完成意图，我们得到上面的序列。并且生成的序列可以不使用andi但必须使用寄存器形式：and。这是 andi 生成的代码转换回更友好的 asm 源代码：

    lui     $at,0xFFFF
    ori     $at,$at,0xFFFF
    and     $t3,$t2,$at

至于结果，我们将 0x55555550 和 0xFFFFFFFF 相加，这是 0x55555550

的 [仍然不变] 值

(3) 这是 unsigned 版本的 andi:

的来源

    .text
    .globl  main
main:
    li      $t2,0x55555550
    andi    $t3,$t2,0xFFFF
    nop

这里是汇编输出：

 Address    Code        Basic                     Source

0x00400000  0x3c015555  lui ,0x00005555         4     li      $t2,0x55555550
0x00400004  0x342a5550  ori ,,0x00005550
0x00400008  0x314bffff  andi ,,0x0000ffff   5     andi    $t3,$t2,0xFFFF
0x0040000c  0x00000000  nop                       6     nop

当汇编程序发现我们正在使用十六进制常量（即 0x 前缀）时，它会尝试将值作为 unsigned 操作来实现。所以，它不需要签署扩展。而且，真正的andi可以满足要求。

结果是0x5550

请注意，如果我们使用 0x1FFFF 的掩码值，那将是无符号的。但是，它大于 16 位，因此汇编程序将生成一个多指令序列来满足请求。

而且，这里的结果将是 0x15550

Answer 3

MIPS Reference Sheet

从这个参考文献sheet，对于andi指令，它清楚地表明在立即数上完成的符号扩展是零扩展。 ori 指令也类似。对于您正在使用的操作序列，这正是 MIPS 应该做的。为了做你打算做的事情，你应该将 0xFFFFFFFF 存储在其他寄存器中，并使用“and”操作。

MIPS 中的 andi 与 addi 指令的负立即数

andi vs. addi instruction in MIPS with negative immediate constant

assembly

mips

sign-extension

zero-extension

immediate-operand