MIPS体系结构的asm转换成为bin：Matlab实现（使用文档）

——两忘而化其道（fei199311）

编写此程序的初衷在于，需要对自己设计的MIPS体系的软核处理器进行测试，但是因为实现的指令只是原有指令集的一个子集，所以无法使用现有的交叉编译环境，只能编写一个简单的ASM转BIN的程序，减少一些测试指令产生的工作量。

首先声明，此程序无法完全兼容MIPS体系结构的汇编语言，所以写出的汇编需要严格遵守下面叙述的各种要求，否则将会转换失败；若想完全兼容，请自行修改代码。

Matlab程序所实现的功能是：将MIPS汇编语言源程序文件（mips_asm2bin.mips）转换成十六进制格式文件（mips.bin）。

MIPS汇编语言源程序必须满足以下要求：

1.汇编语言从源程序文件第一行开始；

2.每一条汇编以英文分号“;”结尾；

3.整个程序写完后，在最后一条汇编语言的下一行输入英文字符“end”表示结束；

4.本程序只完成了20条汇编指令（详见附录1）的汇编功能；

5.操作数必须使用10进制格式，并且有标准的长度，长度不足时在前面补“0”，标准如下：

操作数类型	操作数标准长度（十进制）
寄存器（r0～r31）	2
立即数imm	5
偏移地址offset	5
J型指令地址	8

6.要转换的汇编语言源文件必须严格命名为：mips_asm2bin.mips。

附录1：

本程序完成的指令类型和输入规则：

指令格式	指令含义
add/sub/and/or/xor rd rs rt;	rd <= rs op rt
sll/srl/sra rd rt sa;	rd <= rt shift sa
lui rt imm;	rt <= imm << 16
addi rt rs imm;	rt <= rs + imm(符号扩展)
andi/ori/xori rt rs imm;	rt <= rs op imm
lw rt rs offset;	rt <= memory[rs + offset]
sw rt rs offset;	memory[rs + offset] <= rt
beq rs rt offset;	if(rs == rt) PC<=PC+4+offset<<2;
bne rs rt offset	if(rs != rt) PC<=PC+4+offset<<2;
j addr;	PC<={PC[31:28],addr,2’b0}
jal addr;	PC<={PC[31:28],addr,2’b0} r31<=PC+8
jr rs;	PC<=rs

注：“<=”表示赋值；“op”表示相应操作；“shift”表示移位操作。

附录2：转换例子：

mips_asm2bin.mips

lui 01 00000;

ori 04 01 00080;

addi 05 00 00004;

jal 00000024;

sw 02 04 00000;

lw 09 04 00000;

sub 08 09 04;

addi 05 00 00003;

addi 05 05 65535;

ori 08 05 65535;

xori 08 08 21845;

addi 09 00 65535;

andi 10 09 65535;

or 06 10 09;

xor 08 10 09;

and 07 10 06;

beq 05 00 00001;

j 00000008;

addi 05 00 65535;

sll 08 05 15;

sll 08 08 16;

sra 08 08 16;

srl 08 08 15;

j 00000007;

addi 04 04 00004;

add 08 08 09;

addi 05 05 65535;

bne 05 00 65531;

sll 02 08 00;

jr 31;

end

转换之后：

mips.bin

3C010000

34240050

20050004

0C000018

AC820000

8C890000

01244022

20050003

20A5FFFF

34A8FFFF

39085555

2009FFFF

312AFFFF

01493025

01494026

01463824

10A00001

08000008

2005FFFF

000543C0

00084400

00084403

000843C2

08000007

20840004

01094020

20A5FFFF

14A0FFFB

00081000

03E00008

附录3：程序源代码

1.str2mips_func_bin.m

function[op, func] = str2mpis_func_bin(str)

ifstrcmp(str,'add')% R type

op = 0;

func = 32;

elseifstrcmp(str,'sub')

op = 0;

func = 34;

elseifstrcmp(str,'and')

op = 0;

func = 36;

elseifstrcmp(str,'or')

op = 0;

func = 37;

elseifstrcmp(str,'xor')

op = 0;

func = 38;

elseifstrcmp(str,'sll')

op = 0;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'srl')

op = 0;

func = 2;

elseifstrcmp(str,'sra')

op = 0;

func = 3;

elseifstrcmp(str,'jr')

op = 0;

func = 8;

elseifstrcmp(str,'addi')% I type

op = 8;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'andi')

op = 12;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'ori')

op = 13;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'xori')

op = 14;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'lw')

op = 35;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'sw')

op = 43;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'beq')

op = 4;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'bne')

op = 5;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'lui')

op = 15;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'j')% J type

op = 2;

func = 0;

elseifstrcmp(str,'jal')

op = 3;

func = 0;

end

end

2.MIPS_asm2bin.m

% mips体系结构cpu

% mips汇编语言(mips_asm2bin.mips)转换成为二进制(mips.bin)

str = fileread('mips_asm2bin.mips');

str_length = length(str);%字符个数num

s = fopen('mips.bin','wb');% opens the output file

char_num = 1;%记录汇编语言的语句数

ifstrcmp(str(str_length-2:str_length),'end')

display('good!');

fori = 1:str_length

ifstrcmp(str(i),';')

asm_num = i;

asm_length = asm_num - char_num;

asm_str = str(char_num:asm_num);

forj = 1:asm_length% opcode & function

asm_str(j);

ifstrcmp(asm_str(j),' ')

temp = j+1;

[op,func] = str2mips_func_bin(asm_str(1:j-1));

break;

end

end

ifop == 0% R type

if(func == 0) || (func == 2) || (func == 3)% sll srl sra

rd = str2num(asm_str(temp:temp + 1));

rt = str2num(asm_str(temp + 3:temp + 4));

sa = str2num(asm_str(temp + 6:temp + 7));

bin_code = op*2^26 + rt*2^16 + rd*2^11 + sa*2^6 + func;

dec2hex(bin_code)

elseiffunc == 8

rs = str2num(asm_str(temp:temp + 1));

bin_code = op*2^26 + rs*2^21 + func;

dec2hex(bin_code)

else

rd = str2num(asm_str(temp:temp + 1));

rs = str2num(asm_str(temp + 3:temp + 4));

rt = str2num(asm_str(temp + 6:temp + 7));

sa = 0;

bin_code = op*2^26 + rs*2^21 + rt*2^16 + rd*2^11 + sa*2^6 + func;

dec2hex(bin_code)

end

elseifop == 2 || op == 3% J type

addr = str2num(asm_str(temp:temp + 7));

bin_code = op*2^26 + addr;

dec2hex(bin_code)

else% I type

ifop == 15% lui

rt = str2num(asm_str(temp:temp + 1));

imm = str2num(asm_str(temp + 3:temp + 7));

bin_code = op*2^26 + rt*2^16 + imm;

dec2hex(bin_code)

elseifop == 4 || op == 5% beq bne

rs = str2num(asm_str(temp:temp + 1));

rt = str2num(asm_str(temp + 3:temp + 4));

imm = str2num(asm_str(temp + 6:temp + 10));

bin_code = op*2^26 + rs*2^21 + rt*2^16 + imm;

dec2hex(bin_code)

else

rt = str2num(asm_str(temp:temp + 1));

rs = str2num(asm_str(temp + 3:temp + 4));

imm = str2num(asm_str(temp + 6:temp + 10));

bin_code = op*2^26 + rs*2^21 + rt*2^16 + imm;

dec2hex(bin_code)

end

end

% file output

iflength(dec2hex(bin_code)) == 8

output_bin = dec2hex(bin_code);

elseiflength(dec2hex(bin_code)) == 7

output_bin = strcat('0', dec2hex(bin_code));

elseiflength(dec2hex(bin_code)) == 6

output_bin = strcat('00', dec2hex(bin_code));

elseiflength(dec2hex(bin_code)) == 5

output_bin = strcat('000', dec2hex(bin_code));

elseiflength(dec2hex(bin_code)) == 4

output_bin = strcat('0000', dec2hex(bin_code));

elseiflength(dec2hex(bin_code)) == 3

output_bin = strcat('00000', dec2hex(bin_code));

elseiflength(dec2hex(bin_code)) == 2

output_bin = strcat('000000', dec2hex(bin_code));

else

output_bin = strcat('0000000', dec2hex(bin_code));

end

fprintf(s,'%c',output_bin);

fprintf(s,'\n');

char_num = i+3;

end

end

else

display('请加入结束符：end');

end

fclose(s);

参考文献：

李亚民.计算机原理与设计——Verilog HDL版.北京：清华大学出版社. 2011.