OS预习题三：MIPS

一.思路分析

​ 刚开始拿到课程组给出的源文件感觉有点发蒙，我们要补全的代码为start.S，文件结构如下

image-20240302194456589

​ 和题目有关联的主要文件为需要补全的汇编代码start.S，start.S中调用hello.c以及output.c中的函数。这里我们回忆一下编译的过程，如下图

image-20240303175249973

​ 这时我刚刚回想起汇编文件是.c文件通过编译得到（这里助教推荐汇编文件的后缀名写为.S而不是.s）。题目的要求是补全汇编代码，具体来说就是为函数分配栈帧。

  • 问题1分析

    首先分析为print_str创建栈帧，该函数只传递一个参数。

     void print_str(const char *buf) {
      for (int i = 0; buf[i]; i++) {
          printcharc(buf[i]);
      }
  }

​ 我在做题目时的疑问是：用不用为函数的返回地址$ra创建栈空间呢？这个问题实际上就是要分析$ra寄存器的值在函数调用过程中会不会被覆写掉(jr $ra返回)。我们现在分析这个代码的调用过程，有了上学期的MIPS汇编编写经验，相信会比较轻松.print_str内部调用printcharc，这个调用会改变$ra的值，但是我们并不需要考虑维护，因为这个维护是由编译器进行的，**不要忘记该段代码为C语言，还在汇编语言的上层，我们如果想要建立起“平等”的视角，需要把该段代码转换为汇编代码，这就是编译器的工作。**故我们经过分析可以知道，在printstr每次调用子进程时，编译器都为我们做好了各个寄存器的维护，即最后返回时$ra即为初始值，故该段代码我们只需要为其参数分配空间，结束调用后再返还空间（也可以试着脑补把C代码翻译为MIPS，这样就会发现其实翻译过程中会涉及到对$ra等寄存器的维护，这其实就是模拟了编译器为其分配栈帧的过程，可能这样会理解的更深入一些？）

addiu sp,sp,-4

  • 问题二分析

    问题二实际上就是考察了如果传递六个参数应当怎样分配栈空间，

    • 前四个参数由寄存器a0-a3传递，栈帧中只需要为其分配栈空间，不需要进行存值
    • 后两个参数需要在分配的空间中保存值

    这样六个参数需要24字节

addiu sp,sp,-24
lw $<>, 16(sp)
lw $<>, 20(sp)

注：栈是向下生长的，分配栈空间需要将栈指针sp向下移动，填充参数不断向上移动sp

二.补全后代码

#include <asm/asm.h>
.data
str:
.asciiz "Hello World\n"  # Null-terminated string "Hello World" stored at label 'str'
.align 2 # align to 4-byte boundary (2^2)
var:
.byte 3 # correctly aligned byte: 3
/* '<x>' in the comments is the part to be replaced. */
/* use '.align <x>' to align the following words to 1-byte boundary (disabling word-alignment) */
/* so that the byte 3 and word 7 is "connected" */
/* Your code here. (1/6) */
.align 0
.word 7, 8, 9

.text
/* We define '_start_mips' here as the entry of our program. */
EXPORT(_start_mips)
.set at
.set reorder
	mtc0    zero, CP0_STATUS
	li      sp, 0x84000000
	/* Load the address of the string 'str' into the first parameter register. */
	la      a0, str
	/* use 'addiu  sp, sp, <x>' to push a proper-sized frame onto the stack for Nonleaf function 'print_str'. */
	/* Your code here. (2/6) */
        addiu   sp, sp,-4 
	jal     print_str
	/* use 'addiu  sp, sp, <x>' to restore stack pointer. */
	/* Your code here. (3/6) */
        addiu   sp, sp,4
	/* Set the first four parameters. */
	li      a0, 0
	li      a1, 1
	li      a2, 2
	li      a3, 3
	/* use 'addiu  sp, sp, <x>' to push a proper-sized frame onto the stack for Nonleaf function 'hello'. */
	/* Your code here. (4/6) */
        addiu   sp, sp, -24
	lw      t1, var	
	li      t2, 5
	/* use 'sw  t1, <x>(sp)' to store t1 at the proper place of the stack */
	/* so that t1 is 5th argument of function hello. */
	/* Your code here. (5/6) */
        sw      t1, 16(sp)
	/* use 'sw  t2, <x>(sp)' to store t2 at the proper place of the stack */
	/* so that t2 is 6th argument of function hello. */
	/* Your code here. (6/6) */
        sw      t2, 20(sp)
	/* use 'j' to call the function 'hello', we use 'j' instead of 'jal' because 'hello' is 'noreturn' */
	j       hello