Techniques de compilation

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1 Département d Informatique Université de Nice Sophia Antipolis Master 1 Informatique Techniques de compilation XSPIM : un simulateur graphique du MIPS R2000 Jacques Farré Jacques.Farre@unice.fr

2 Architectures CISC et RISC CISC : jeu d instruction complexe (machines avant 85, Pentium...) beaucoup d instructions, peu orthogonales, de taille variable opérations entre registres et mémoire assez peu de registres RISC : jeu d instruction réduit (Mips, Sparc, Alpha...) peu d instructions, assez orthogonales, de taille fixe en général opérations entre registres uniquement registres relativement nombreux Les deux architectures autorisent un pipeline des instructions Pipeline Traitement d une instruction en plusieurs temps Fetch Decode ALU RES Une instruction n attend pas la fin de la précédente pour commencer à s exécuter Oblige à réordonner les instruction produites, éventuellement à ajouter des nop. Pour a = b + c; d = a + b; i = j + k; add $s1, $s2, $s3 add $s4, $s1, $s2 add $s5, $s6, $s7 avec réordonnancement # $s1 pas ecrit add $s1, $s2, $s3 add $s5, $s6, $s7 add $s4, $s1, $s2 # $s1 ecrit Slide 1 Slide 2 1

3 SPIM Architecture MIPS R2000/R3000 Le cours et les TPs reposeront sur une machine MIPS SPIM est un simulateur du MIPS R2000/R3000 (architecture RISC) Il lit et exécute des fichiers qui contiennent des programmes en langage d assemblage MIPS Il peut fonctionner en simulant ou non le pipeline L assembleur définit des pseudos instructions qui regroupent plusieurs instructions de base Il contient un débogueur et un petit système d exploitation (permettant entre autre de faire des entrées-sorties) Architecture simple et régulière 32 registres généraux (32 bits) Jeu d instructions simple et orthogonal opération logiques et arithmétiques entre registres uniquement Modes d adressages simples mais puissants chargement et rangement de la mémoire dans un registre (32 bits) ou un couple de registres (64 bits) Co-processeur flottant (32 registres de 32 bits, regroupables en 16 registres de 64 bits) Slide 3 Slide 4 Techniques de compilation. XSPIM 2 UNSA janvier 2006 c J. Farré

4 Interface XSPIM Registres Register Display Control Buttons User and Kernel Text Segments Data and Stack Segments SPIM Messages xspim PC = EPC = Cause = BadVaddr = Status= HI = LO = General Registers R0 (r0) = R8 (t0) = R16 (s0) = R24 (t8) = R1 (at) = R9 (t1) = R17 (s1) = R25 (s9) = R2 (v0) = R10 (t2) = R18 (s2) = R26 (k0) = R3 (v1) = R11 (t3) = R19 (s3) = R27 (k1) = R4 (a0) = R12 (t4) = R20 (s4) = R28 (gp) = R5 (a1) = R13 (t5) = R21 (s5) = R29 (gp) = R6 (a2) = R14 (t6) = R22 (s6) = R30 (s8) = R7 (a3) = R15 (t7) = R23 (s7) = R31 (ra) = Double Floating Point Registers FP FP FP FP FP2 = FP10 = FP18 = FP26 = FP4 = FP12 = FP20 = FP28 = FP6 = FP14 = FP22 = FP30 = quit load run step clear set value print breakpt help terminal mode Text Segments [0x ] 0x8fa40000 lw R4, 0(R29) [] [0x ] 0x27a50004 addiu R5, R29, 4 [] [0x ] 0x24a60004 addiu R6, R5, 4 [] [0x c] 0x sll R2, R4, 2 [0x ] 0x00c23021 addu R6, R6, R2 [0x ] 0x0c jal 0x [] [0x ] 0x a ori R0, R0, 10 [] [0x c] 0x c syscall SPIM Version 3.2 of January 14, 1990 Single Floating Point Registers Data Segments [0x ]...[0x ] 0x [0x ] 0x x206e6f69 0x636f2000 [0x ] 0x x x e 0x726f6e67 [0x ] 0x000a6465 0x495b2020 0x e 0x [0x ] 0x d 0x x616e555b 0x6e67696c [0x ] 0x x x x6e69206e [0x ] 0x642f7473 0x x x00205d68 [0x ] 0x555b2020 0x696c616e 0x64656e67 0x [0x ] 0x x206e6920 0x726f7473 0x00205d65 Nom du registre Numéro Usage zero 0 Constante 0 at 1 Réservé v0-v1 2-3 Résultats de fonction a0-a3 4-7 Argument 1-4 t0-t7 et t8-t et Temporaire s0-s Temporaire k0-k Réservé pour l OS gp 28 Pointer to global area sp 29 Stack pointer fp 30 Frame pointer ra 31 Addresse de retour Slide 5 Slide 6 Techniques de compilation. XSPIM 3 UNSA janvier 2006 c J. Farré

5 Syntaxe de l assembleur Principales instructions de déclaration Commentaires : # jusqu à la fin de ligne Sections :.data pour les données et.text pour le code peuvent ˆtre mélangées Étiquettes toujours en colonne 1 Exemple :.data item:.word 10 # 1 mot initialise a 10.text.globl main # main toujours global main: lw $t0, item....asciiz une chaine déclaration de chaîne terminée par 0.byte 3, 25, 12.word 55, 3000.space 100 Pour les variables globales = déclaration et initialisation d octets déclaration et initialisation d entiers (32 bits) réservation de 100 octets (non initialisés) const char* mess = "un message"; int tab[] = {1, 2, 3}; struct S { int a, b, c; } stru; mess:.asciiz "un message" tab:.word 1, 2, 3 stru:.space 12 Slide 7 Slide 8 Techniques de compilation. XSPIM 4 UNSA janvier 2006 c J. Farré

6 Modes d adressage (en assembleur) L unité d adressage est l octet et les adresses doivent être alignées Format Résultat (reg) contenu du registre imm immediat imm (reg) immediat + contenu du registre sym addresse du symbole sym ± imm addresse du symbol ± immediat sym ± imm (registre) addresse du symbole ± (immediat + contenu du registre) En fait, un seul mode d adressage : déplacement(registre) = Exemples d utilisation des modes d adressage int* ptr; struct S { int a; int b[10]; } str; void F (int j, int i) { *ptr = i; str.b[i] = 10; } lw $t0, 4($fp) lw $t1, _ptr sw $t0, 0($t1) # charger i # charger ptr # *ptr = i sll $t1, $t0, 2 # i * 4 li $t2, 10 # 10 sw $t2,_str+4($t1) # str.b[i]=10 Slide 9 Slide 10 Techniques de compilation. XSPIM 5 UNSA janvier 2006 c J. Farré

7 Appels système Exemple d appel système Service Code ($v0) Argument(s) Résultat print int 1 $a0 = integer print float 2 $f12 = float print double 3 $f12 = double print string 4 $a0 = string read int 5 integer (in $v0).data str:.asciiz "the answer = ".text li $v0, 4 # system call code for print_str la $a0, str # address of string to print syscall # print the string read float 6 float (in $f0) read double 7 double (in $f0) read string 8 $a0 = buffer, $a1 = length li $v0, 1 li $a0, 5 syscall # system call code for print_int # integer to print # print it sbrk 9 $a0 = amount address (in $v0) exit 10 Affiche the answer = 5 Slide 11 Slide 12 Techniques de compilation. XSPIM 6 UNSA janvier 2006 c J. Farré

8 Quelques instructions arithmétiques et logiques instruction effet instruction effet add R, G, D R = G + D abs R, O R = O sub R, G, D R = G - D neg R, O R = -O mul R, G, D R = G * D div R, G, D R = G / D rem R, G, D R = G % D and R, G, D R = G & D not R, O R = O or R, G, D R = G D xor R, G, D R = Gˆ D sll R, G, D R = G << D srl R, G, D R = G >> D R, O et G sont des registres, D un registre ou une valeur signée sur 16 bits Chargements et rangements li reg, imm Load Immediate (valeur signée sur 16 bits) la reg, addresse Load Address lw reg, addresse Load Word lb reg, addresse Load Byte ld reg, addresse Load Double-Word lh reg, addresse Load Halfword sw reg, addresse Store Word sb reg, addresse Store Byte sd reg, addresse Store Double-Word sh reg, addresse Store Halfword move reg1, reg2 copie contenu de reg2 dans reg1 où adresse est un mode d adressage Slide 13 Slide 14 Techniques de compilation. XSPIM 7 UNSA janvier 2006 c J. Farré

9 Instructions de saut j label Jump jr reg Jump Register jal label Jump and Link sauvegarde de l adresse jalr reg Jump Reg. and Link de retour dans $ra int fact (int n) { if (n == 0) return 1; return n * fact (n - 1); } Exemple de code beq reg, droit, label Branch on = saut si reg==droit bge reg, droit, label Branch on bgt reg, droit, label Branch on > ble reg, droit, label Branch on blt reg, droit, label Branch on < bne reg, droit, label Branch on n $fp de l appelant adresse de retour $fp $sp f(n 1) n $fp de l appelant adresse de retour n 1 $fp $sp prologue de fact n $fp de l appelant adresse de retour n 1 $fp de l appelant adresse de retour $fp $sp droit : reg ou imm Variantes avec droit = 0 : beqz reg, label, bgez reg, label... Slide 15 Slide 16 Techniques de compilation. XSPIM 8 UNSA janvier 2006 c J. Farré

10 Exemple de code - suite Exemple de code - suite.text.globl _fact # prologue fact _fact: sw $ra, -8($sp) sw $fp, -4($sp) move $fp, $sp sub $sp, $sp, 8 # corps proprement dit (transparent suivant) # epilogue fact _L2: lw $ra, -8($fp) move $sp, $fp lw $fp, -4($fp) jr $ra # corps proprement dit (transparent suivant) lw $a0, 0($fp) # charger n en registre bne $a0, $zero, _L1 # if (n == 0) then li $v0, 1 # return 1 j _L2 _L1: sub $sp, $sp, 4 lw $a0, 0($fp) # charger n (encore) sub $t0, $a0, 1 # passer argument n - 1 sw $t0, 0($sp) jal _fact # appeler fact add $sp, $sp, 4 lw $a0, 0($fp) # charger n (encore!!!) mul $v0, $a0, $v0 # return n * fact (n - 1) Slide 17 Slide 18 Techniques de compilation. XSPIM 9 UNSA janvier 2006 c J. Farré

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