27、深入了解Nios II指令集架构

深入了解Nios II指令集架构

1. 背景与动机

在大多数项目中，我们无需精确掌握CPU的内部工作原理。但在某些情况下，比如为新组件（如JTAG控制器）编写驱动时，了解CPU架构的细节（如流水线、寄存器和ANSI C编译器的期望）是有益的，甚至是必要的。为了让学习更有趣，我们将设计一个精简版的RISC Nios II（Trisc3n），实现Nios II指令集架构（ISA）的一个子集，以此来研究Nios II与GCC之间的硬件 - 软件接口。

2. Nios II寄存器组织

Nios II有32个32位寄存器，不同寄存器有不同的用途：
- r0 ：始终为零。
- at ：用作汇编临时寄存器。
- r2和r3 ：可作为函数返回值。
- r4 - r7 ：作为函数参数。
- r8 - r23 ：通用寄存器。
- r24 - r31 ：编译器专用寄存器，通常不用于通用目的。例如，r24 = et作为异常临时寄存器，r26 = gp作为全局指针寄存器，r27 = sp作为堆栈指针，r31 = ra作为函数调用的返回地址。

3. 指令类型

Nios II使用三种指令类型：立即类型（I - type）、寄存器类型（R - type）和跳转类型（J - type）。所有指令均为32位长，具体格式如下表所示：
| Bits | 31…27 | 26…22