RISC-V introduction

• 计算机系统抽象层：
  

Register

汇编中没有变量，因此指令后的操作数一般是寄存器。

RISC-V中有32个寄存器（x0-x31），每个都是32位宽

• x0恒等于0，因此实际上有31个可用寄存器

add指令和sub指令

add

指令格式：add x1, x2, x3
对应：

sub

指令格式：sub x1, x2, x3
对应：

进行更复杂的运算

进行更复杂的运算，需要使用临时变量，例如对于:

• add x10, x1, x2 #
• add x10, x10, x3 #
• sub x10, x10, x4 #

Immediate

指令格式：addi x1, x2, 10
对应：

不需要subi，因为addi中的立即数可以是负数

Storing in Memory

内存中的存储遵守小端约定：数据的最低有效字节（Least Significant Byte，LSB）被存储在内存的最低地址处，而最高有效字节（Most Significant Byte，MSB）则存储在内存的最高地址处。

例：要存储一个16位整数 0x1234：

• 在小端约定中，内存的存储方式是：0x34（低地址） 0x12（高地址）。

• 在大端约定中，内存的存储方式是：0x12（低地址） 0x34（高地址）。

• Memory Hierarchy
  

Data transfer instruction

load word

从内存加载至寄存器，数据流是从右到左的

• 对于int A[100]：
  lw：lw x10,12(x15) # Reg x10 gets A[3]，12是偏移量

store word

将寄存器中的数据存储到内存中，数据流是从左到右的

• 对于int A[100]：
  sw x10,40(x15) # A[10] = h + A[3]

load byte and store byte

RISC-V中除了lw、sw（字操作）之外，还提供lb、sb（字节操作）指令

Computer Decision Making

• if-statement instruction is beq reg1, reg2, L1
  means: 如果相等则跳转
• bne reg1, reg2, L1 means:如果不相等则跳转
• branch if less than: blt
• branch if greater than or equal: bge
• unsigned版本：bltu, bgeu
• 无条件分支：j lable

Logical instructions

• 逻辑左移：sll，立即数：slli
  slli x11,x12,2 #x11=x12<<2
• 逻辑右移与逻辑左移同理
• 运算移位：只有右移，最高位用符号位填充，sra，srai

Assembler to Machine Code

• 为寄存器起别名
• 伪指令：
  • mv rd, rs = addi rd, rs, 0
  • li rd, 13 = addi rd, x0, 13
  • nop = addi x0, x0, 0

Function Calls

• 六个步骤：
  1. 把参数放在函数可以访问的位置
  2. 把控制权转移到函数
  3. 函数访问资源
  4. 函数进行任务
  5. 把返回值放到合适的位置，恢复寄存器
  6. 把控制权转移回主函数

Function Call Convention

• a0–a7(x10-x17): 参数寄存器
• ra(x1): 返回地址寄存器
• s0-s1(x8-x9), s2-s11(x18-x27): 保存寄存器
• jump register(jr): jr ra
  ret = jr ra
• jump and link(jal):
  • Before:
    1008 addi ra,zero,1016 # ra=1016
    1012 j sum # goto sum
  • After:
    1008 jal sum # ra=1012,goto sums
• jump and link register(jalr):
  jalr rd, rs, imm

Function Call Example

• Stack: 暂时存储保存寄存器中的值，使用后再恢复
  • 栈是从上向下增长的

例：

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int Leaf (int g, int h, int i, int j) {
    int f;
    f = (g + h) – (i + j);
    return f;
}

RISC-V:

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Leaf: addi sp,sp,-8 # adjust stack for 2 items
sw s1, 4(sp) # save s1 for use afterwards
sw s0, 0(sp) # save s0 for use afterwards
add s0,a0,a1 # f = g + h
add s1,a2,a3 # s1 = i + j
sub a0,s0,s1 # return value (g + h) – (i + j)
lw s0, 0(sp) # restore register s0 for caller 
lw s1, 4(sp) # restore register s1 for caller
addi sp,sp,8 # adjust stack to delete 2 items
jr ra # jump back to calling routine

Nested Calls and Register Conventions

• 保存寄存器：s0-s11，被调用者在使用后要恢复原来的值
• 临时寄存器：t0-t6，其中的值不必恢复
• Symbolic Register Names
  

Memory Allocation

• 使用栈：
  例：

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int sumSquare(int x, int y) {
    return mult(x,x)+ y;
}

RISC-V:

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addi sp,sp,-8 # space on stack
sw ra, 4(sp) # save ret addr
sw a1, 0(sp) # save y
mv a1,a0 # mult(x,x)
jal mult # call mult
lw a1, 0(sp) # restore y
add a0,a0,a1 # mult()+y
lw ra, 4(sp) # get ret addr
addi sp,sp,8 # restore stack
jr ra

In conclusion

目前为止的所有指令：

汇编语言模块到此结束，下一个模块将是机器语言