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。