EJEMPLOS DE USO DEL SIMULADOR MIPS
Antes de empezar
La siguiente tabla muestra material complementario que puede ser
revisado para comprender mejor los ejemplos tratados en la presente
gua:
DocumentoDescripcion
MARS TutorialDocumento que explica cmo hacer uso del simulador
MARS.
SYSCALLDocumento que contiene todas las llamadas a sistema
implementadas en el simulador.
MIPS_Green_SheetTabla que contiene un resumen de las
instrucciones del MIPS.
firstProgsArchivo con algunos ejemplos de codificacin de
programas en el MIPS
shapesCodeArchivo con algunos ejemplos de codificacin de
funciones en el MIPS
MIPS_3000_Assembly_Programming_Part2Diapositivas que resumen muy
bien las instrucciones ms frecuentemente usadas en los
programas
FirstProgramDiapositivas que muestran los pasos a seguir para
hacer un programa en el mips.
R3000Diapositivas que hablan de manera resumida sobre el
procesador mips R3000.
MIPS-asmTutorial excelente con diferentes ejemplos del mips.
Ejemplos1. Hacer un programa que solicite dos nmeros enteros por
teclado y realice la suma de estos.Solucin:La solucin a este
problema se realiza en el archivo ejemplo1.asm adjunto con el
presente documento. La siguiente figura muestra el programa en
ejecucin:
Si analiza el programa anterior notara que en este caso se
suelen hacer llamadas al sistema, esto con el fin de permitir la
interaccin del programa con el usuario. Para realizar llamadas al
sistema se emplea la instruccin syscall. Cuando se realiza una
llamada al sistema se suspende la ejecucin del programa y se
transfiere el control al sistema operativo, luego el sistema
operativo mira el contenido del registro $v0 para determinar cul
llamada del sistema se est haciendo y procede a ejecutar las
instrucciones asociadas a esta. Las llamadas de sistema de
simulador, no son llamadas reales pues no transfieren el control a
un sistema operativo UNIX por ejemplo, en el caso, el control es
trasferido a un sistema operativo simulado muy simple que es parte
del simulador.
En este caso, se hace uso de 3 diferentes llamadas a sistema,
tal y como se muestra a continuacin: Llamada a sistema para
imprimir una cadena de caracteres: esta corresponde a la llamada a
sistema nmero 4, se pasa como argumento de entrada la cadena de
caracteres a imprimir:
Llamada a sistema para imprimir un numero entero: Corresponde a
la llamada nmero 1, se pasa como argumento el entero a
imprimir:
Llamada a sistema para imprimir un solicitar un numero entero
por teclado: Corresponde a la llamada nmero 5, no tiene argumentos
de entrada; retorna en el registro $v0 el entero ingresado por
teclado:
Cuando una funcin retorna algo, suele ser muy comn llevar este
valor retornado a otro registro ya que en posteriores llamados a
funciones el registro $v0 ser sobrescrito.
Llamada a sistema terminar el programa: Esta llamada es anlogo a
la funcin exit presente en lenguajes de alto nivel, corresponde a
la llamada nmero 10, se invoca para terminar el programa:
V
Si observa la invocacin a las llamadas a sistema notara algo y
es que todas se llaman de manera similar. Para esto, se siguen
bsicamente los siguientes pasos: Pasar lo parmetros a la funcin:
Esto se hace moviendo valores a los registros del mips para el paso
de funciones ($a0, $a1, $a2, $a3). Es necesario conocer como se
invoca la funcin para pasar los valores apropiados.
V
Llamar la funcin: Esto se hace cargando en el registro $v0, el
valor asociado a la llamada del sistema y posteriormente invocndola
con la instruccin syscall.V
Capturar el valor retornado por la funcin: Aquellas funciones
que retornan algo, suelen hacerlo en los registros $v0 y $v1, por
eso suele ser de bastante utilidad llevar los valores contenidos en
estos registros a otros registros ($t0,,$t9,$s0,,$s7) ya que en
posteriores llamados a otras funciones los valores de los registros
$v0 y $v1 sern sobrescritos.V
La siguiente figura muestra las principales llamadas a sistema
empleadas:
2. Hacer un programa que solicite dos nmeros enteros por teclado
y realice la suma de estos.
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo2.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
Observe que en este caso para solicitar una cadena de
caracteres, el programa anterior hace uso de la llamada a sistema
nmero 8 a la cual se le pasan como argumentos la cadena a la cual
se llevara lo que se meta por teclado ($a0) y el nmero mximo de
caracteres a leer ($a1). La siguiente figura muestra la seccin de
cdigo en la cual se hace esto:
Para declarar arreglos en el Mips se suele usar la directiva
.space seguida del nmero de bytes que contendr el arreglo. Para el
caso anterior se declar un arreglo llamado nombre y se la asigno un
tamao de 50 bytes.
La siguiente figura muestra las principales directivas
empleadas:
3. Hacer un programa muestre el mensaje el ciclo se repite hasta
que el usuario presione la tecla q.
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo3.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
Para hacer que el programa repita de manera reiterada la
solicito para el ingreso de datos se debe implementar un ciclo,
esto se hace por medio de instrucciones de salto ya sea condicional
o incondicional.
A continuacin se resalta la parte que implementa el ciclo en el
programa anterior:
Instruccin de salto incondicionalInstruccin de salto
condicionalCiclo
4. Modifique el programa anterior de manera que retorne la suma
de varios nmeros positivos hasta que el usuario meta un nmero
negativo.
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo4.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
No hay diferencia sustancial respecto al programa anterior,
bsicamente la estructura es la misma.5. Hacer un programa que
permita realizar la suma de los elementos de un vector
(A[]={1,2,3,4,5,6,7}) de 7 elementos el cual se encuentra en
memoria. El resultado debe ser llevado a una variable y almacenado
en memoria
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo5.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
Para resaltar del programa anterior, cada vez que se declara una
variable a esta se asocia un espacio en memoria, la figura anterior
las direcciones de memoria y los contenidos del arreglo A y las
variables suma e i. Recuerde que la mayora de las operaciones se
hacen en los registros del procesador ($t0,$s0,) por lo tanto para
poder acceder a estos lugares de memoria es necesario usar las
instrucciones de transferencia de datos entre memoria y procesador;
esto con el fin de leer, en cuyo caso se usan las operaciones load;
o escribir, para lo que se usa las operaciones store.
Otra cosa de vital importancia es que para acceder a cada uno de
los elementos del arreglo se deben realizar operaciones para cargar
cada uno de los elementos de la matriz a un registro del procesador
para realizar diferentes operaciones. A continuacin se resalta la
porcin de cdigo en la cual se hace dicha tarea:
Note que el acceso al vector se hace de manera indirecta. En
este caso, para almacenar el contenido de los registros en las
diferentes variables (las cuales se encuentran en memoria) se hace
uso de la instruccin store tal y como se muestra a continuacin:
6. Mejorar el problema anterior, de modo que el usuario pueda
meter ingresar los 6 elementos del vector por teclado, luego
visualizar el contenido del vector y finalmente mostrar el
contenido de la suma
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo6.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
7. Mejorar el problema anterior de tal manera que se pueda que
sume los elementos de un vector de tamao cualquiera.
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo7.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
Este ejemplo a diferencia del anterior se caracteriza por que
hace uso de estructuras dinmicas, es decir variables que se
declaran en tiempo de ejecucin no de compilacin, por dicha razn, no
hay ninguna declaracin de la variable asociada al vector en la
seccin de datos.
Para declarar variables en tiempo de ejecucin los lenguajes de
programacin suelen hacer uso de alguna funcin. En el caso del
lenguaje C esta funcin es malloc o sus variantes. Esta funcin lo
que hace es reservar en memoria un nmero de bytes consecutivos y
devuelve como parmetro un apuntador que contiene la direccin
inicial de la cantidad de datos reservados.
En el ensamblador del mips existe una llamada al sistema la cual
hace esta tarea y corresponde a la llamada nmero 9. La siguiente
tabla muestra un ejemplo comparativo de como se reserva
dinmicamente memoria en C y en ensamblador.
int *p; // Apuntador al cual se va a // llevar la direccin de //
memoria obtenida // dinmicamente.p = malloc(4*sizeof(int)); //
Declaracin de un // array de 4 enteros (reserva // de 16 bytes de
memoria). # En $t0 se llevara la direccin # retornada por la
funcin, este ser # anlogo al apuntador pli $a0,16li
$v0,9syscallmove $t0,$v0
Cuando se usa la funcin del sistema para la asignacin dinmica de
memoria las variables declaradas se almacenan en el heap. La
siguiente grafica muestra el efecto en memoria al llamar esta
funcin:
Para este caso se us la llamada del sistema para declarar el
vector al cual se llevaran los datos. Note que el valor devuelto
por la llamada del sistema es la direccin base de la regin asignada
(0x1004000 para este caso), este valor es llevado en nuestro
ejemplo al registro $s0 con el fin de poder acceder a dicha regin
para lectura y escritura. 8. Realice el programa del problema 6
pero implemntelo haciendo uso de las siguientes funciones:
meterVector: Esta funcin deber al usuario permitir ingresar cada
uno de los elementos del vector. mostrarVector: Esta funcin deber
mostrar el vector en pantalla. sumarElementos: Esta funcin debe
devolver la suma de los elementos del vector.
Solucin:La solucin a este problema se realiza en el archivo
ejemplo8.asm adjunto con el presente documento. La siguiente figura
muestra el programa en ejecucin:
El cdigo de las funciones se muestra a continuacin:
Si observa el cdigo del ejemplo notara que las funciones se
definen despus del main, similar a como se suele hacer en muchos
lenguajes de programacin.
Como se puede notar se hace uso de labels para dar nombres a las
funciones. As mismo note el empleo de la instruccin jr $ra, la cual
es necesaria para retornar al programa principal despus de que se
invoca la funcin. A continuacin se muestra el programa principal y
la forma como se invocan en este las diferentes funciones:
Invocacin de la funcin
Note que para invocar la funcin, se deben primero llevar los
valores a los argumentos de entrada y posteriormente haciendo uso
de la instruccin jal se invoca la funcin.9. Realice el mismo
problema anterior, pero en esta ocasin divdalo en dos archivos lo
cuales sern: Ejemplo9.asm: Este archivo contendr la funcin
principal (main). Funciones.asm: Este archivo contendr la
implementacin de las funciones empleadas.
Solucin:Para solucionar este problema lo primero que se debe
hacer es crear una nueva carpeta para nuestro caso la carpeta se
llama ejemplo 9. Luego en el editor se crean los dos archivos
(ejemplo9.asm y funciones.asm). Una vez se codifica el cdigo de
estos se procede a ensamblar los cdigos. Antes de hacer esto
debemos asegurarnos que la opcin para ensamblar todos los archivos
que hay en el directorio este habilitada; la siguiente figura
muestra esto:
Para que una funcin pueda ser vista en otro archivo diferente a
aquel en el cual se implement se debe hacer uso de la directiva
.globl. La siguiente figura muestra trozo del archivo funciones.asm
en la cual se hace uso de esta directiva.
Note que este archivo contiene solo la implementacin de las
funciones. En lo que respecta al cdigo del archivo ejemplo9.asm, en
este, se implementa la funcin main y se hacen los llamados a las
funciones declaradas en el archivo funciones.
.globl tambin puede ser empleado con el fin de lograr que una
variable pueda ser vista por todos los archivos, recuerde, esta
directiva se debe usar en el archivo en el cual se realiz la
declaracin de la variable o la funcin. La siguiente figura muestra
el uso de esta directiva con variables, en este ejemplo estas
variables tuvieron que ser declaradas globales ya que son accedidas
por las funciones las cuales se encuentran en un archivo
diferente:
La siguiente figura muestra el programa en ejecucin:
Para poder ensamblara el programa se debe estar parado en el
archivo que contiene la funcin principal (ejemplo9.asm) para que el
programa pueda ejecutar apropiadamente.10. Hacer las siguientes
funciones usando lenguaje ensamblador del mips: mostrarElemento:
Esta funcin muestra devuelve un elemento de la matriz ubicado en la
posicin i, j. sumarFila: Esta funcin devuelve la suma de los
elementos de una fila seleccionada. sumarColumna: Esta funcin
devuelve la suma de los elementos de una columna dada.
sumarElementos: Esta funcin retorna la suma de todos los elementos
de la matriz.Pruebe las funciones sobre la siguiente matriz de
3x4.Solucin:A continuacin se muestra el resultado de la ejecucin
del programa.
Para realizar el presente programa; se cre una nueva carpeta y
en esta se crearon dos archivos, funciones.asm y ejemplo10.asm, a
continuacin se muestra como se declara una matriz y como esta se
guarda en memoria:
Si observa la grfica anterior notara que una matriz es
almacenada en memoria llevando fila por fila; conocer como se
almacena una matriz es de vital importancia para poder acceder a
cada uno de los elementos de esta.
A continuacin se muestra el cdigo de la funcin
sumarElementos:
Pop del stackPush del stack
Como la funcin sumar elementos invoca a la funcin sumarFila es
necesario guardar el contexto de esta en el stack para que el
programa no pierda el hilo de la ejecucin y esto se hace por medio
de operaciones push y pop sobre el stack.11. El siguiente programa
muestra cuando se ejecuta crea un nuevo archivo llamado testout.txt
con la siguiente frase: The quick brown fox jumps over the lazy
dog. Solucion:El cdigo ejemplo11.asm contiene el programa que
realizar esta tarea.
Referencias
http://www.arcos.inf.uc3m.es/~ec/dokuwiki/doku.php?id=ejemplos
https://docs.google.com/viewer?url=http%3A%2F%2Fdac.escet.urjc.es%2Fdocencia%2FETC-Superior%2Fteoria-cuat1%2FTema8b.pdf
http://www.arcos.inf.uc3m.es/~ec/dokuwiki/doku.php?id=ejemplos
https://www.soe.ucsc.edu/classes/cmpe012/Winter05/labs/Lab7.htm
http://www.utdallas.edu/~herman.harrison/mips/samples_webct/samples_webct.html
http://www.johnloomis.org/ece533/notes/spim/SPIMQuickReference.html
http://www.scss.tcd.ie/John.Waldron/itral/cahome.html
http://www.neuro.gatech.edu/groups/butera/Courses/2030/
http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/Mars/Help/SyscallHelp.html
http://www.utdallas.edu/~hxh017200/cs3340/Spr11/cs3340_001.html
http://www.cs.sunysb.edu/~cse320/example.html
http://www.cs.ucsb.edu/~pconrad/ccs/cs1a/09F/lectures/1124/
http://www.cse.hcmut.edu.vn/~anhvu/teaching/2010/BTKT-KTMT/MIPS%20Green%20Card.pdf
http://www.cs.sunysb.edu/~cse320/
