如何使用MIPS指令查找地址范围及beq指令可达地址范围查询

在MIPS架构中，可通过以下几种实用方法确定地址范围：

• 寄存器计算+访存验证：用add、sub等算术指令算出目标地址的边界值，再通过lw（加载字）、sw（存储字）等访存指令尝试访问该地址。若能正常执行读写操作，说明地址处于有效范围；若触发地址错误异常，则该地址超出可访问范围。
• 分析分支/跳转指令的偏移特性：对于beq、bne这类条件分支指令，其16位立即数字段决定了跳转的偏移量，通过计算偏移量的取值范围，可直接推导该指令能到达的地址区间；对于j、jal这类无条件跳转指令，利用其26位地址段与PC高4位拼接的规则，也能算出指令覆盖的地址范围。
• 伪指令辅助计算：借助la（加载地址）伪指令将符号地址直接加载到寄存器，再用sub指令计算两个地址的差值，即可得到地址范围的跨度。

MIPS中beq指令的执行逻辑是：若指定的两个寄存器值相等，PC会更新为PC+4 + (立即数 << 2)；若不相等，PC则保持为PC+4（即顺序执行下一条指令）。

其中，beq的立即数是16位有符号整数，取值范围为-2^15（即-32768）到2^15-1（即32767）。由于MIPS指令是字对齐（每个指令占4字节），需要将立即数左移2位得到实际偏移量，因此偏移量的范围是-2^17（即-131072）到(2^15-1)*4（即131068）。

已知当前PC为0x20000000，取指完成后PC会自动加4，变为0x20000004，由此计算：

• 最小可达地址：0x20000004 - 0x20000 = 0x1FFE0004
• 最大可达地址：0x20000004 + 0x1FFFC = 0x20020000

最终，beq指令执行后PC的可能取值集合是从0x1FFE0004到0x20020000之间所有4字节对齐的地址（顺序执行的0x20000004也包含在该范围内）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者eswcs