Inline-comment documentation for MIPS.sol and styling. (#6276)

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mips.go op-bindings/bindings/mips.go +1 -1

mips_more.go op-bindings/bindings/mips_more.go +2 -2

MIPS.sol packages/contracts-bedrock/contracts/cannon/MIPS.sol +839 -581

No files found.
--- a/op-bindings/bindings/mips.go
+++ b/op-bindings/bindings/mips.go
@@ -31,7 +31,7 @@ var (
 // MIPSMetaData contains all meta data concerning the MIPS contract.
 var MIPSMetaData = &bind.MetaData{
 	ABI: "[{\"inputs\":[],\"name\":\"BRK_START\",\"outputs\":[{\"internalType\":\"uint32\",\"name\":\"\",\"type\":\"uint32\"}],\"stateMutability\":\"view\",\"type\":\"function\"},{\"inputs\":[],\"name\":\"oracle\",\"outputs\":[{\"internalType\":\"contractIPreimageOracle\",\"name\":\"\",\"type\":\"address\"}],\"stateMutability\":\"view\",\"type\":\"function\"},{\"inputs\":[{\"internalType\":\"bytes\",\"name\":\"stateData\",\"type\":\"bytes\"},{\"internalType\":\"bytes\",\"name\":\"proof\",\"type\":\"bytes\"}],\"name\":\"step\",\"outputs\":[{\"internalType\":\"bytes32\",\"name\":\"\",\"type\":\"bytes32\"}],\"stateMutability\":\"nonpayable\",\"type\":\"function\"}]",
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 func init() {
 	if err := json.Unmarshal([]byte(MIPSStorageLayoutJSON), MIPSStorageLayout); err != nil {

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 import { IPreimageOracle } from "./interfaces/IPreimageOracle.sol";

-// https://inst.eecs.berkeley.edu/~cs61c/resources/MIPS_Green_Sheet.pdf
-// https://uweb.engr.arizona.edu/~ece369/Resources/spim/MIPSReference.pdf
-// https://en.wikibooks.org/wiki/MIPS_Assembly/Instruction_Formats
-
-// https://www.cs.cmu.edu/afs/cs/academic/class/15740-f97/public/doc/mips-isa.pdf
-// page A-177
-
-// MIPS linux kernel errors used by Go runtime:
-// https://github.com/golang/go/blob/master/src/syscall/zerrors_linux_mips.go
-
-// This MIPS contract emulates a single MIPS instruction.
-//
-// Note that delay slots are isolated instructions:
-// the nextPC in the state pre-schedules where the VM jumps next.
-//
-// The Step input is a packed VM state, with binary-merkle-tree witness data for memory reads/writes.
-// The Step outputs a keccak256 hash of the packed VM State, and logs the resulting state for offchain usage.
+/// @title MIPS
+/// @notice The MIPS contract emulates a single MIPS instruction.
+///         Note that delay slots are isolated instructions:
+///         the nextPC in the state pre-schedules where the VM jumps next.
+///         The Step input is a packed VM state, with binary-merkle-tree
+///         witness data for memory reads/writes.
+///         The Step outputs a keccak256 hash of the packed VM State,
+///         and logs the resulting state for offchain usage.
+/// @dev https://inst.eecs.berkeley.edu/~cs61c/resources/MIPS_Green_Sheet.pdf
+/// @dev https://www.cs.cmu.edu/afs/cs/academic/class/15740-f97/public/doc/mips-isa.pdf
+///      (page A-177)
+/// @dev https://uweb.engr.arizona.edu/~ece369/Resources/spim/MIPSReference.pdf
+/// @dev https://en.wikibooks.org/wiki/MIPS_Assembly/Instruction_Formats
+/// @dev https://github.com/golang/go/blob/master/src/syscall/zerrors_linux_mips.go
+///      MIPS linux kernel errors used by Go runtime
 contract MIPS {

+    /// @notice Stores the VM state.
+    ///         Total state size: 32 + 32 + 6 * 4 + 1 + 1 + 8 + 32 * 4 = 226 bytes
+    ///         If nextPC != pc + 4, then the VM is executing a branch/jump delay slot.
    struct State {
        bytes32 memRoot;
        bytes32 preimageKey;
        uint32 preimageOffset;
        uint32 pc;
-    uint32 nextPC;  // State is executing a branch/jump delay slot if nextPC != pc+4
+        uint32 nextPC;
        uint32 lo;
        uint32 hi;
        uint32 heap;
@@ -37,8 +38,7 @@ contract MIPS {
        uint32[32] registers;
    }

-  // total State size: 32+32+6*4+1+1+8+32*4 = 226 bytes
-
+    /// @notice Start of the data segment.
    uint32 constant public BRK_START = 0x40000000;

    uint32 constant FD_STDIN = 0;
@@ -52,16 +52,20 @@ contract MIPS {
    uint32 constant EBADF = 0x9;
    uint32 constant EINVAL = 0x16;

+    /// @notice The pre-image oracle.
    IPreimageOracle public oracle;

+    /// @notice Extends the value leftwards with its most significant bit (sign extension).
    function SE(uint32 dat, uint32 idx) internal pure returns (uint32) {
-    bool isSigned = (dat >> (idx-1)) != 0;
-    uint256 signed = ((1 << (32-idx)) - 1) << idx;
+        bool isSigned = (dat >> (idx - 1)) != 0;
+        uint256 signed = ((1 << (32 - idx)) - 1) << idx;
        uint256 mask = (1 << idx) - 1;
-    return uint32(dat&mask | (isSigned ? signed : 0));
+        return uint32(dat & mask | (isSigned ? signed : 0));
    }

-  function outputState() internal returns (bytes32 out) {
+    /// @notice Computes the hash of the MIPS state.
+    /// @return out_ The hash of the MIPS state.
+    function outputState() internal returns (bytes32 out_) {
        assembly {
            // copies 'size' bytes, right-aligned in word at 'from', to 'to', incl. trailing data
            function copyMem(from, to, size) -> fromOut, toOut {
@@ -69,9 +73,15 @@ contract MIPS {
                fromOut := add(from, 32)
                toOut := add(to, size)
            }
-      let from := 0x80 // state
-      let start := mload(0x40) // free mem ptr
+
+            // From points to the MIPS State
+            let from := 0x80
+
+            // Copy to the free memory pointer
+            let start := mload(0x40)
            let to := start
+
+            // Copy state to free memory
            from, to := copyMem(from, to, 32)  // memRoot
            from, to := copyMem(from, to, 32)  // preimageKey
            from, to := copyMem(from, to, 4)   // preimageOffset
@@ -84,19 +94,32 @@ contract MIPS {
            from, to := copyMem(from, to, 1)   // exited
            from, to := copyMem(from, to, 8)   // step
            from := add(from, 32)              // offset to registers
-      for { let i := 0 } lt(i, 32) { i := add(i, 1) } { from, to := copyMem(from, to, 4) } // registers
-      mstore(to, 0) // clean up end
-      log0(start, sub(to, start)) // log the resulting MIPS state, for debugging
-      out := keccak256(start, sub(to, start))
+
+            // Copy registers
+            for { let i := 0 } lt(i, 32) { i := add(i, 1) } {
+                from, to := copyMem(from, to, 4)
            }
-    return out;
+
+            // Clean up end of memory
+            mstore(to, 0)
+
+            // Log the resulting MIPS state, for debugging
+            log0(start, sub(to, start))
+
+            // Compute the hash of the resulting MIPS state
+            out_ := keccak256(start, sub(to, start))
+        }
+        return out_;
    }

+    /// @notice Handles a syscall.
    function handleSyscall() internal returns (bytes32) {
+        // Load state from memory
        State memory state;
        assembly {
            state := 0x80
        }
+
        uint32 syscall_no = state.registers[2];
        uint32 v0 = 0;
        uint32 v1 = 0;
@@ -209,177 +232,313 @@ contract MIPS {
        return outputState();
    }

-  function handleBranch(uint32 opcode, uint32 insn, uint32 rtReg, uint32 rs) internal returns (bytes32) {
+    /// @notice Handles a branch instruction, updating the MIPS state PC where needed.
+    /// @param _opcode The opcode of the branch instruction.
+    /// @param _insn The instruction to be executed.
+    /// @param _rtReg The register to be used for the branch.
+    /// @param _rs The register to be compared with the branch register.
+    /// @return out_ The hashed MIPS state.
+    function handleBranch(uint32 _opcode, uint32 _insn, uint32 _rtReg, uint32 _rs) internal returns (bytes32 out_) {
+        // Load state from memory
        State memory state;
        assembly {
            state := 0x80
        }
+
        bool shouldBranch = false;

-    if (opcode == 4 || opcode == 5) {   // beq/bne
-      uint32 rt = state.registers[rtReg];
-      shouldBranch = (rs == rt && opcode == 4) || (rs != rt && opcode == 5);
-    } else if (opcode == 6) { shouldBranch = int32(rs) <= 0; // blez
-    } else if (opcode == 7) { shouldBranch = int32(rs) > 0; // bgtz
-    } else if (opcode == 1) {
+        // beq/bne: Branch on equal / not equal
+        if (_opcode == 4 || _opcode == 5) {
+            uint32 rt = state.registers[_rtReg];
+            shouldBranch = (_rs == rt && _opcode == 4) || (_rs != rt && _opcode == 5);
+        }
+        // blez: Branches if instruction is less than or equal to zero
+        else if (_opcode == 6) {
+            shouldBranch = int32(_rs) <= 0;
+        }
+        // bgtz: Branches if instruction is greater than zero
+        else if (_opcode == 7) {
+            shouldBranch = int32(_rs) > 0;
+        }
+        // bltz/bgez: Branch on less than zero / greater than or equal to zero
+        else if (_opcode == 1) {
            // regimm
-      uint32 rtv = ((insn >> 16) & 0x1F);
-      if (rtv == 0) shouldBranch = int32(rs) < 0;  // bltz
-      if (rtv == 1) shouldBranch = int32(rs) >= 0; // bgez
+            uint32 rtv = ((_insn >> 16) & 0x1F);
+            if (rtv == 0) {
+                shouldBranch = int32(_rs) < 0;
+            }
+            if (rtv == 1) {
+                shouldBranch = int32(_rs) >= 0;
+            }
        }

+        // Update the state's previous PC
        uint32 prevPC = state.pc;
-    state.pc = state.nextPC; // execute the delay slot first
+
+        // Execute the delay slot first
+        state.pc = state.nextPC;
+
+        // If we should branch, update the PC to the branch target
+        // Otherwise, proceed to the next instruction
        if (shouldBranch) {
-      state.nextPC = prevPC + 4 + (SE(insn&0xFFFF, 16)<<2); // then continue with the instruction the branch jumps to.
+            state.nextPC = prevPC + 4 + (SE(_insn & 0xFFFF, 16) << 2);
        } else {
-      state.nextPC = state.nextPC + 4; // branch not taken
+            state.nextPC = state.nextPC + 4;
        }

-    return outputState();
+        // Return the hash of the resulting state
+        out_ = outputState();
    }

-  function handleHiLo(uint32 func, uint32 rs, uint32 rt, uint32 storeReg) internal returns (bytes32) {
+    /// @notice Handles HI and LO register instructions.
+    /// @param _func The function code of the instruction.
+    /// @param _rs The value of the RS register.
+    /// @param _rt The value of the RT register.
+    /// @param _storeReg The register to store the result in.
+    /// @return out_ The hash of the resulting MIPS state.
+    function handleHiLo(uint32 _func, uint32 _rs, uint32 _rt, uint32 _storeReg) internal returns (bytes32 out_) {
+        // Load state from memory
        State memory state;
        assembly {
            state := 0x80
        }
+
        uint32 val;
-    if (func == 0x10) val = state.hi; // mfhi
-    else if (func == 0x11) state.hi = rs; // mthi
-    else if (func == 0x12) val = state.lo; // mflo
-    else if (func == 0x13) state.lo = rs; // mtlo
-    else if (func == 0x18) { // mult
-      uint64 acc = uint64(int64(int32(rs))*int64(int32(rt)));
-      state.hi = uint32(acc>>32);
+
+        // mfhi: Move the contents of the HI register into the destination
+        if (_func == 0x10) {
+            val = state.hi;
+        }
+        // mthi: Move the contents of the source into the HI register
+        else if (_func == 0x11) {
+            state.hi = _rs;
+        }
+        // mflo: Move the contents of the LO register into the destination
+        else if (_func == 0x12) {
+            val = state.lo;
+        }
+        // mtlo: Move the contents of the source into the LO register
+        else if (_func == 0x13) {
+            state.lo = _rs;
+        }
+        // mult: Multiplies `rs` by `rt` and stores the result in HI and LO registers
+        else if (_func == 0x18) {
+            uint64 acc = uint64(int64(int32(_rs)) * int64(int32(_rt)));
+            state.hi = uint32(acc >> 32);
            state.lo = uint32(acc);
-    } else if (func == 0x19) { // multu
-      uint64 acc = uint64(uint64(rs)*uint64(rt));
-      state.hi = uint32(acc>>32);
+        }
+        // multu: Unsigned multiplies `rs` by `rt` and stores the result in HI and LO registers
+        else if (_func == 0x19) {
+            uint64 acc = uint64(uint64(_rs) * uint64(_rt));
+            state.hi = uint32(acc >> 32);
            state.lo = uint32(acc);
-    } else if (func == 0x1a) { // div
-      state.hi = uint32(int32(rs)%int32(rt));
-      state.lo = uint32(int32(rs)/int32(rt));
-    } else if (func == 0x1b) { // divu
-      state.hi = rs%rt;
-      state.lo = rs/rt;
+        }
+        // div: Divides `rs` by `rt`.
+        // Stores the quotient in LO
+        // And the remainder in HI
+        else if (_func == 0x1a) {
+            state.hi = uint32(int32(_rs) % int32(_rt));
+            state.lo = uint32(int32(_rs) / int32(_rt));
+        }
+        // divu: Unsigned divides `rs` by `rt`.
+        // Stores the quotient in LO
+        // And the remainder in HI
+        else if (_func == 0x1b) {
+            state.hi = _rs % _rt;
+            state.lo = _rs / _rt;
        }

-    if (storeReg != 0) {
-      state.registers[storeReg] = val;
+        // Store the result in the destination register, if applicable
+        if (_storeReg != 0) {
+            state.registers[_storeReg] = val;
        }

+        // Update the PC
        state.pc = state.nextPC;
        state.nextPC = state.nextPC + 4;

-    return outputState();
+        // Return the hash of the resulting state
+        out_ = outputState();
    }

-  function handleJump(uint32 linkReg, uint32 dest) internal returns (bytes32) {
+    /// @notice Handles a jump instruction, updating the MIPS state PC where needed.
+    /// @param _linkReg The register to store the link to the instruction after the delay slot instruction.
+    /// @param _dest The destination to jump to.
+    /// @return out_ The hashed MIPS state.
+    function handleJump(uint32 _linkReg, uint32 _dest) internal returns (bytes32 out_) {
+        // Load state from memory.
        State memory state;
        assembly {
            state := 0x80
        }
+
+        // Update the next PC to the jump destination.
        uint32 prevPC = state.pc;
        state.pc = state.nextPC;
-    state.nextPC = dest;
-    if (linkReg != 0) {
-      state.registers[linkReg] = prevPC+8; // set the link-register to the instr after the delay slot instruction.
+        state.nextPC = _dest;
+
+        // Update the link-register to the instruction after the delay slot instruction.
+        if (_linkReg != 0) {
+            state.registers[_linkReg] = prevPC + 8;
        }
-    return outputState();
+
+        // Return the hash of the resulting state.
+        out_ = outputState();
    }

-  function handleRd(uint32 storeReg, uint32 val, bool conditional) internal returns (bytes32) {
+    /// @notice Handles a storing a value into a register.
+    /// @param _storeReg The register to store the value into.
+    /// @param _val The value to store.
+    /// @param _conditional Whether or not the store is conditional.
+    /// @return out_ The hashed MIPS state.
+    function handleRd(uint32 _storeReg, uint32 _val, bool _conditional) internal returns (bytes32 out_) {
+        // Load state from memory.
        State memory state;
        assembly {
            state := 0x80
        }
-    require(storeReg < 32, "valid register");
-    // never write to reg 0, and it can be conditional (movz, movn)
-    if (storeReg != 0 && conditional) {
-      state.registers[storeReg] = val;
+
+        // The destination register must be valid.
+        require(_storeReg < 32, "valid register");
+
+        // Never write to reg 0, and it can be conditional (movz, movn).
+        if (_storeReg != 0 && _conditional) {
+            state.registers[_storeReg] = _val;
        }

+        // Update the PC.
        state.pc = state.nextPC;
        state.nextPC = state.nextPC + 4;

-    return outputState();
+        // Return the hash of the resulting state.
+        out_ = outputState();
    }

-  function proofOffset(uint8 proofIndex) internal pure returns (uint256 offset) {
+    /// @notice Computes the offset of the proof in the calldata.
+    /// @param _proofIndex The index of the proof in the calldata.
+    /// @return offset_ The offset of the proof in the calldata.
+    function proofOffset(uint8 _proofIndex) internal pure returns (uint256 offset_) {
        // A proof of 32 bit memory, with 32-byte leaf values, is (32-5)=27 bytes32 entries.
        // And the leaf value itself needs to be encoded as well. And proof.offset == 358
-    offset = 358 + (uint256(proofIndex) * (28*32));
+        offset_ = 358 + (uint256(_proofIndex) * (28 * 32));
        uint256 s = 0;
        assembly { s := calldatasize() }
-    require(s >= (offset + 28*32), "check that there is enough calldata");
-    return offset;
+        require(s >= (offset_ + 28 * 32), "check that there is enough calldata");
+        return offset_;
    }

-  function readMem(uint32 addr, uint8 proofIndex) internal pure returns (uint32 out) {
-    uint256 offset = proofOffset(proofIndex);
+    /// @notice Reads a 32-bit value from memory.
+    /// @param _addr The address to read from.
+    /// @param _proofIndex The index of the proof in the calldata.
+    /// @return out_ The hashed MIPS state.
+    function readMem(uint32 _addr, uint8 _proofIndex) internal pure returns (uint32 out_) {
+        // Compute the offset of the proof in the calldata.
+        uint256 offset = proofOffset(_proofIndex);
+
        assembly {
-      if and(addr, 3) { revert(0, 0) } // quick addr alignment check
+            // Validate the address alignement.
+            if and(_addr, 3) {
+                revert(0, 0)
+            }
+
+            // Load the leaf value.
            let leaf := calldataload(offset)
            offset := add(offset, 32)
+
+            // Convenience function to hash two nodes together in scratch space.
            function hashPair(a, b) -> h {
-        mstore(0, a) // use scratch space slots to hash the two nodes together
+                mstore(0, a)
                mstore(32, b)
                h := keccak256(0, 64)
            }
-      let path := shr(5, addr)
-      let node := leaf // starting from the leaf node, work back up by combining with siblings, to reconstruct the root
+
+            // Start with the leaf node.
+            // Work back up by combining with siblings, to reconstruct the root.
+            let path := shr(5, _addr)
+            let node := leaf
            for { let i := 0 } lt(i, 27) { i := add(i, 1) } {
                let sibling := calldataload(offset)
                offset := add(offset, 32)
                switch and(shr(i, path), 1)
-        case 0 { node := hashPair(node, sibling) }
-        case 1 { node := hashPair(sibling, node) }
+                case 0 {
+                    node := hashPair(node, sibling)
+                } case 1 {
+                    node := hashPair(sibling, node)
                }
-      let memRoot := mload(0x80) // load memRoot, first field of state
-      if iszero(eq(node, memRoot)) { // verify the root matches
+            }
+
+            // Load the memory root from the first field of state.
+            let memRoot := mload(0x80)
+
+            // Verify the root matches.
+            if iszero(eq(node, memRoot)) {
                mstore(0, 0x0badf00d)
                revert(0, 32)
            }
-      // bits to shift = (32 - 4 - (addr % 32)) * 8
-      let shamt := shl(3, sub(sub(32, 4), and(addr, 31)))
-      out := and(shr(shamt, leaf), 0xFFffFFff)
+
+            // Bits to shift = (32 - 4 - (addr % 32)) * 8
+            let shamt := shl(3, sub(sub(32, 4), and(_addr, 31)))
+            out_ := and(shr(shamt, leaf), 0xFFffFFff)
        }
-    return out;
    }

-  // writeMem writes the value by first overwriting the part of the leaf, and then recomputing the memory merkle root.
-  function writeMem(uint32 addr, uint8 proofIndex, uint32 value) internal pure {
-    uint256 offset = proofOffset(proofIndex);
+    /// @notice Writes a 32-bit value to memory.
+    ///         This function first overwrites the part of the leaf.
+    ///         Then it recomputes the memory merkle root.
+    /// @param _addr The address to write to.
+    /// @param _proofIndex The index of the proof in the calldata.
+    /// @param _val The value to write.
+    function writeMem(uint32 _addr, uint8 _proofIndex, uint32 _val) internal pure {
+        // Compute the offset of the proof in the calldata.
+        uint256 offset = proofOffset(_proofIndex);
+
        assembly {
-      if and(addr, 3) { revert(0, 0) } // quick addr alignment check
+            // Validate the address alignement.
+            if and(_addr, 3) {
+                revert(0, 0)
+            }
+
+            // Load the leaf value.
            let leaf := calldataload(offset)
-      let shamt := shl(3, sub(sub(32, 4), and(addr, 31)))
-      // mask out 4 bytes, and OR in the value
-      leaf := or(and(leaf, not(shl(shamt, 0xFFffFFff))), shl(shamt, value))
+            let shamt := shl(3, sub(sub(32, 4), and(_addr, 31)))
+
+            // Mask out 4 bytes, and OR in the value
+            leaf := or(and(leaf, not(shl(shamt, 0xFFffFFff))), shl(shamt, _val))
            offset := add(offset, 32)
+
+            // Convenience function to hash two nodes together in scratch space.
            function hashPair(a, b) -> h {
-        mstore(0, a) // use scratch space slots to hash the two nodes together
+                mstore(0, a)
                mstore(32, b)
                h := keccak256(0, 64)
            }
-      let path := shr(5, addr)
-      let node := leaf // starting from the leaf node, work back up by combining with siblings, to reconstruct the root
+
+            // Start with the leaf node.
+            // Work back up by combining with siblings, to reconstruct the root.
+            let path := shr(5, _addr)
+            let node := leaf
            for { let i := 0 } lt(i, 27) { i := add(i, 1) } {
                let sibling := calldataload(offset)
                offset := add(offset, 32)
                switch and(shr(i, path), 1)
-        case 0 { node := hashPair(node, sibling) }
-        case 1 { node := hashPair(sibling, node) }
+                case 0 {
+                    node := hashPair(node, sibling)
+                } case 1 {
+                    node := hashPair(sibling, node)
+                }
            }
-      mstore(0x80, node) // store new memRoot, first field of state
+
+            // Store the new memory root in the first field of state.
+            mstore(0x80, node)
        }
    }

-  // will revert if any required input state is missing
+    /// @notice Executes a single step of the vm.
+    ///         Will revert if any required input state is missing.
    function step(bytes calldata stateData, bytes calldata proof) public returns (bytes32) {
        State memory state;
-    // packed data is ~6 times smaller
+
+        // Packed calldata is ~6 times smaller than state size
        assembly {
            if iszero(eq(state, 0x80)) { // expected state mem offset check
                revert(0,0)
@@ -393,6 +552,7 @@ contract MIPS {
            if iszero(eq(proof.offset, 358)) { // 100+32+226=358 expected proof offset
                revert(0,0)
            }
+
            function putField(callOffset, memOffset, size) -> callOffsetOut, memOffsetOut {
                // calldata is packed, thus starting left-aligned, shift-right to pad and right-align
                let w := shr(shl(3, sub(32, size)), calldataload(callOffset))
@@ -400,6 +560,8 @@ contract MIPS {
                callOffsetOut := add(callOffset, size)
                memOffsetOut := add(memOffset, 32)
            }
+
+            // Unpack state from calldata into memory
            let c := stateData.offset  // calldata offset
            let m := 0x80              // mem offset
            c, m := putField(c, m, 32) // memRoot
@@ -413,25 +575,31 @@ contract MIPS {
            c, m := putField(c, m, 1)  // exitCode
            c, m := putField(c, m, 1)  // exited
            c, m := putField(c, m, 8)  // step
+
+            // Unpack register calldata into memory
            mstore(m, add(m, 32))      // offset to registers
            m := add(m, 32)
-      for { let i := 0 } lt(i, 32) { i := add(i, 1) } { c, m := putField(c, m, 4) } // registers
+            for { let i := 0 } lt(i, 32) { i := add(i, 1) } {
+                c, m := putField(c, m, 4)
            }
-    if(state.exited) { // don't change state once exited
+        }
+
+        // Don't change state once exited
+        if (state.exited) {
            return outputState();
        }
+
        state.step += 1;

        // instruction fetch
        uint32 insn = readMem(state.pc, 0);
-
        uint32 opcode = insn >> 26; // 6-bits

        // j-type j/jal
        if (opcode == 2 || opcode == 3) {
            // TODO(CLI-4136): likely bug in original code: MIPS spec says this should be in the "current" region;
            // a 256 MB aligned region (i.e. use top 4 bits of branch delay slot (pc+4))
-      return handleJump(opcode == 2 ? 0 : 31, SE(insn&0x03FFFFFF, 26) << 2);
+            return handleJump(opcode == 2 ? 0 : 31, SE(insn & 0x03FFFFFF, 26) << 2);
        }

        // register fetch
@@ -442,6 +610,7 @@ contract MIPS {
        // R-type or I-type (stores rt)
        rs = state.registers[(insn >> 21) & 0x1F];
        uint32 rdReg = rtReg;
+
        if (opcode == 0 || opcode == 0x1c) {
            // R-type (stores rd)
            rt = state.registers[rtReg];
@@ -451,10 +620,10 @@ contract MIPS {
            // don't sign extend for andi, ori, xori
            if (opcode == 0xC || opcode == 0xD || opcode == 0xe) {
                // ZeroExtImm
-        rt = insn&0xFFFF;
+                rt = insn & 0xFFFF;
            } else {
                // SignExtImm
-        rt = SE(insn&0xFFFF, 16);
+                rt = SE(insn & 0xFFFF, 16);
            }
        } else if (opcode >= 0x28 || opcode == 0x22 || opcode == 0x26) {
            // store rt value with store
@@ -527,6 +696,7 @@ contract MIPS {
        return handleRd(rdReg, val, true);
    }

+    /// @notice Execute an instruction.
    function execute(uint32 insn, uint32 rs, uint32 rt, uint32 mem) internal pure returns (uint32) {
        uint32 opcode = insn >> 26;    // 6-bits
        uint32 func = insn & 0x3f; // 6-bits
@@ -550,76 +720,164 @@ contract MIPS {
            if (opcode == 0) {
                uint32 shamt = (insn >> 6) & 0x1f;
                if (func < 0x20) {
-          if (func >= 0x08) { return rs;  // jr/jalr/div + others
-          // Shift and ShiftV
-          } else if (func == 0x00) { return rt << shamt;      // sll
-          } else if (func == 0x02) { return rt >> shamt;      // srl
-          } else if (func == 0x03) { return SE(rt >> shamt, 32-shamt);      // sra
-          } else if (func == 0x04) { return rt << (rs&0x1F);         // sllv
-          } else if (func == 0x06) { return rt >> (rs&0x1F);         // srlv
-          } else if (func == 0x07) { return SE(rt >> rs, 32-rs);     // srav
+                    // jr/jalr/div + others
+                    if (func >= 0x08) {
+                        return rs;
                    }
+                    // sll: Logical Shift Left
+                    else if (func == 0x00) {
+                        return rt << shamt;
                    }
-        // 0x10-0x13 = mfhi, mthi, mflo, mtlo
+                    // srl: Logical Shift Right
+                    else if (func == 0x02) {
+                        return rt >> shamt;
+                    }
+                    // sra: Arithmetic Shift Right
+                    else if (func == 0x03) {
+                        return SE(rt >> shamt, 32 - shamt);
+                    }
+                    // sllv: Variable Logical Shift Left
+                    else if (func == 0x04) {
+                        return rt << (rs & 0x1F);
+                    }
+                    // srlv: Variable Logical Shift Right
+                    else if (func == 0x06) {
+                        return rt >> (rs & 0x1F);
+                    }
+                    // srav: Variable Arithmetic Shift Right
+                    else if (func == 0x07) {
+                        return SE(rt >> rs, 32 - rs);
+                    }
+                }
+
                // R-type (ArithLog)
-        if (func == 0x20 || func == 0x21) { return rs+rt;   // add or addu
-        } else if (func == 0x22 || func == 0x23) { return rs-rt;   // sub or subu
-        } else if (func == 0x24) { return rs&rt;            // and
-        } else if (func == 0x25) { return (rs|rt);          // or
-        } else if (func == 0x26) { return (rs^rt);          // xor
-        } else if (func == 0x27) { return ~(rs|rt);         // nor
-        } else if (func == 0x2a) {
-          return int32(rs)<int32(rt) ? 1 : 0; // slt
-        } else if (func == 0x2B) {
-          return rs<rt ? 1 : 0;               // sltu
-        }
-      } else if (opcode == 0xf) { return rt<<16; // lui
-      } else if (opcode == 0x1c) {  // SPECIAL2
-        if (func == 2) return uint32(int32(rs)*int32(rt)); // mul
-        if (func == 0x20 || func == 0x21) { // clo
-          if (func == 0x20) rs = ~rs;
-          uint32 i = 0; while (rs&0x80000000 != 0) { i++; rs <<= 1; } return i;
-        }
-      }
-    } else if (opcode < 0x28) {
-      if (opcode == 0x20) {  // lb
-        return SE((mem >> (24-(rs&3)*8)) & 0xFF, 8);
-      } else if (opcode == 0x21) {  // lh
-        return SE((mem >> (16-(rs&2)*8)) & 0xFFFF, 16);
-      } else if (opcode == 0x22) {  // lwl
-        uint32 val = mem << ((rs&3)*8);
-        uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) << ((rs&3)*8);
+                // 0x10-0x13 = mfhi, mthi, mflo, mtlo
+                // add or addu
+                if (func == 0x20 || func == 0x21) {
+                    return rs + rt;
+                }
+                // sub or subu
+                else if (func == 0x22 || func == 0x23) {
+                    return rs - rt;
+                }
+                // and
+                else if (func == 0x24) {
+                    return rs & rt;
+                }
+                // or
+                else if (func == 0x25) {
+                    return (rs | rt);
+                }
+                // xor
+                else if (func == 0x26) {
+                    return (rs ^ rt);
+                }
+                // nor
+                else if (func == 0x27) {
+                    return ~(rs | rt);
+                }
+                // slt: Set to 1 if less than
+                else if (func == 0x2a) {
+                  return int32(rs) < int32(rt) ? 1 : 0;
+                }
+                // sltu: Set to 1 if less than unsigned
+                else if (func == 0x2B) {
+                  return rs<rt ? 1 : 0;
+                }
+            }
+            // lui: Load Upper Immediate
+            else if (opcode == 0xf) {
+                return rt << 16;
+            }
+            // SPECIAL2
+            else if (opcode == 0x1c) {
+                // mul
+                if (func == 2) {
+                    return uint32(int32(rs) * int32(rt));
+                }
+                // clo
+                if (func == 0x20 || func == 0x21) {
+                    if (func == 0x20) {
+                        rs = ~rs;
+                    }
+                    uint32 i = 0;
+                    while (rs&0x80000000 != 0) {
+                        i++;
+                        rs <<= 1;
+                    }
+                    return i;
+                }
+            }
+        }
+        else if (opcode < 0x28) {
+            // lb
+            if (opcode == 0x20) {
+                return SE((mem >> (24 - (rs & 3) * 8)) & 0xFF, 8);
+            }
+            // lh
+            else if (opcode == 0x21) {
+                return SE((mem >> (16 - (rs & 2) * 8)) & 0xFFFF, 16);
+            }
+            // lwl
+            else if (opcode == 0x22) {
+                uint32 val = mem << ((rs & 3) * 8);
+                uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) << ((rs & 3) * 8);
                return (rt & ~mask) | val;
-      } else if (opcode == 0x23) { return mem;   // lw
-      } else if (opcode == 0x24) {  // lbu
-        return (mem >> (24-(rs&3)*8)) & 0xFF;
-      } else if (opcode == 0x25) {  // lhu
-        return (mem >> (16-(rs&2)*8)) & 0xFFFF;
-      } else if (opcode == 0x26) {  // lwr
-        uint32 val = mem >> (24-(rs&3)*8);
-        uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) >> (24-(rs&3)*8);
+            }
+            // lw
+            else if (opcode == 0x23) {
+                return mem;
+            }
+            // lbu
+            else if (opcode == 0x24) {
+                return (mem >> (24 - (rs & 3) * 8)) & 0xFF;
+            }
+            // lhu
+            else if (opcode == 0x25) {
+                return (mem >> (16 - (rs & 2) * 8)) & 0xFFFF;
+            }
+            // lwr
+            else if (opcode == 0x26) {
+                uint32 val = mem >> (24 - (rs & 3) * 8);
+                uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) >> (24 - (rs & 3) * 8);
                return (rt & ~mask) | val;
            }
-    } else if (opcode == 0x28) { // sb
-      uint32 val = (rt&0xFF) << (24-(rs&3)*8);
-      uint32 mask = 0xFFFFFFFF ^ uint32(0xFF << (24-(rs&3)*8));
+        }
+        // sb
+        else if (opcode == 0x28) {
+            uint32 val = (rt & 0xFF) << (24 - (rs & 3) * 8);
+            uint32 mask = 0xFFFFFFFF ^ uint32(0xFF << (24 - (rs & 3) * 8));
            return (mem & mask) | val;
-    } else if (opcode == 0x29) { // sh
-      uint32 val = (rt&0xFFFF) << (16-(rs&2)*8);
-      uint32 mask = 0xFFFFFFFF ^ uint32(0xFFFF << (16-(rs&2)*8));
+        }
+        // sh
+        else if (opcode == 0x29) {
+            uint32 val = (rt & 0xFFFF) << (16 - (rs & 2) * 8);
+            uint32 mask = 0xFFFFFFFF ^ uint32(0xFFFF << (16 - (rs & 2) * 8));
            return (mem & mask) | val;
-    } else if (opcode == 0x2a) {  // swl
-      uint32 val = rt >> ((rs&3)*8);
-      uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) >> ((rs&3)*8);
+        }
+        // swl
+        else if (opcode == 0x2a) {
+            uint32 val = rt >> ((rs & 3) * 8);
+            uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) >> ((rs & 3) * 8);
            return (mem & ~mask) | val;
-    } else if (opcode == 0x2b) { // sw
+        }
+        // sw
+        else if (opcode == 0x2b) {
            return rt;
-    } else if (opcode == 0x2e) {  // swr
-      uint32 val = rt << (24-(rs&3)*8);
-      uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) << (24-(rs&3)*8);
+        }
+        // swr
+        else if (opcode == 0x2e) {
+            uint32 val = rt << (24 - (rs & 3) * 8);
+            uint32 mask = uint32(0xFFFFFFFF) << (24 - (rs & 3) * 8);
            return (mem & ~mask) | val;
-    } else if (opcode == 0x30) { return mem; // ll
-    } else if (opcode == 0x38) { return rt; // sc
+        }
+        // ll
+        else if (opcode == 0x30) {
+            return mem;
+        }
+        // sc
+        else if (opcode == 0x38) {
+            return rt;
        }

        revert("invalid instruction");