RISC-V ASM

bxz

2023-07-09

RISC-V

RISC-V ASM

主要是RV32I的asm

operation

instruction(指令):直接对应二进制机器指令的字符串

pseudo-instruction(伪指令):一条伪指令指示汇编器产生多条实际的指令(instruction)

direction(指示/伪操作):通过类似指令的形式(以“.”开头)，通知汇编器如何控制代码的产生等，不对应具体的指令，比如.text是告诉汇编器放到.text节里,

macro：采用 .macro/.endm 自定义的宏

指令编码格式

funct3和funct7和opcode决定指令类型(加减乘除等等)

funct3:funct代表function 3代表占了3bits

R-type:（Register），每条指令中有三个 fields，用于指定3个寄存器参数
I-type: (Immediate），每条指令除了带有两个寄存器参数外，还带有一个立即数参数（宽度为 12 bits）。
S-type: （Store），每条指令除了带有两个寄存器参数外，还带有一个立即数参数（宽度为 12 bits，但 fields 的组织方式不同于 I-type）
B-type: (Branch)，每条指令除了带有两个寄存器参数外，还带有一个立即数参数（宽度为 12 bits，但取值为 2 的倍数）。
U-type: （Upper），每条指令含有一个寄存器参数再加上一个立即数参数（宽度为 20bits，用于表示一个立即数的高 20 位）
J-type: （Jump），每条指令含有一个寄存器参数再加上一个立即数参数（宽度为 20bits）

rd:r代表register d代表destination

rs:s代表source

算法运算指令

ADD

ADD RD(5)，RS1(5)，RS2(5) RD=RS1+RS2

5表示占5个bit

编码格式:R-type

opcode:01 100 11
fuct3:000 funct7 0000000

SUB

SUB RD, RS1, RS2 RD=RS1-RS2

编码格式:R-type

opcode:01 100 11
fuct3:000 funct7 0100000

ADDI（ADD Immediate）

ADDI RD, RS1, IMM RD=RSI+IMM

编码格式：I-type

立即数只能表是-2¹¹~~2¹¹-1 (-2048~~2047) 立即数参与运算前会被做符号拓展位32位imm

LUI(Loda Upper Immediate)

LUI RD,IMM RD=IMM<<12

编码格式：U-type

和ADDI指令配合使用来给寄存器赋值大立即数

lui x1,0x12345
addi x1,0x678 ;    x1=0x12345678

对于低12位的符号位是1的情况，由于addi有符号拓展，就需要用减法来实现

比如想让x1=0x12345fff

lui x1,0x12346
addi x1,-1

LI(Load Immediate)

LI RD,IMM RD=IMM

伪指令可以给某个寄存器赋32位的值，就不需要我们自己用lui和addi指令来做，而是由汇编器来完成

AUIPC

AUIPC RD IMM RD=IMM<<12+PC

编码格式：U-type

LA(Load Address)

LA RD,LABEL 加载一个函数或变量的地址

伪指令汇编器会利用auipc指令和其他指令来生成

NEG

NEG RD，RS RD=-RS

伪指令实际是SUB RD，x0，RS(零寄存器x0)

MV

MV RD，RS RD=RS

伪指令实际上是ADDI RD，RS，0

NOP

就是nop啦hh

伪指令实际上是ADDI x0,x0,0

逻辑运算指令

AND

AND RD,RS1,RS2 RD = RS1 & RS2

编码格式：R-type

OR

OR RD,RS1,RS2 RD = RS1 | RS2

编码格式：R-type

XOR

AND RD,RS1,RS2 RD = RS1 ^ RS2

编码格式：R-type

ANDI

AND RD,RS1,IMM RD = RS1 & IMM

编码格式：I-type

ORI

AND RD,RS1,IMM RD = RS1 & IMM

编码格式：I-type

XORI

AND RD,RS1,IMM RD = RS1 & IMM

编码格式：I-type

NOT

NOT RD,RS RD=!RS 非

伪指令实际上是XOR RD，RS，-1

移位运算指令

>>>逻辑移位

SLL(Shitf Left Logical)

SLL RD,RS1,RS2 RD=RS1<<RS2

编码格式：R-type

SRL(Shitf Right Logical)

SRL RD,RS1,RS2 RD=RS1>>RS2

编码格式：R-type

SLLI(Shitf Right Logical Immediate)

SLLI RD,RS1,IMM RD=RS1<<IMM

编码格式：I-type

SRLI(Shitf Right Logical Immediate)

SRLI RD,RS1,IMM RD=RS1>>IMM

编码格式：I-type

>>>算数移位

SRA(Shitf Right Arithmetic)

SRA RD,RS1,RS2 RD=RS1>>RS2

编码格式：R-type

SRAI

SRA RD,RS1,IMM RD=RS1>>IMM

编码格式：I-type

shamt(shift amount)意为移动量，五个bit来描述2^5 – 1=31对于RV32就够了

内存读写指令load store

LB(Load Byte)

LB RD,IMM(RS1) *(Byte*)(RD) = *(Byte*)(RS1+IMM) 读取的数据做符号拓展

LH(Load Halfword)

LH RD,IMM(RS1) *(Halfword*)(RD) = *(Halfword*)(RS1+IMM) 读取的两字节数据做符号拓展

LW(Load Word)

LW RD,IMM(RS1) *(Word*)(RD) = *(Wword*)(RS1+IMM) 四字节

LBU(Load Byte Unsigned)

LBU RD,IMM(RS1) *(Byte*)(RD) = *(Byte*)(RS1+IMM) 读取的数据做零拓展

LHU(Load HalfWord Unsigned)

LHU RD,IMM(RS1) *(Halfword*)(RD) = *(Halfword*)(RS1+IMM) 读取的数据做零拓展

编码格式均为I-type

SB(Store Byte)

SB RS2,IMM(RS1) *(Byte*)(RS1+IMM)=RS2[0:7]

SH(Stroe Halfword)

SB RS2,IMM(RS1) *(Halfword*)(RS1+IMM)=RS2[0:15]

SW(Store Word)

SB RS2,IMM(RS1) *(Word*)(RS1+IMM)=RS2

编码格式均为S-type

条件分支指令

跳转的目标地址计算方法：先将 IMM x 2，符号扩展后和 PC 值相加得到最终的目标地址，所以跳转范围是以 PC 为基准，+/- 4KB 左右 ([-4096, 4094])。

b-type里是没有0位的应为0位永远为0，-4096, 4094是因为 2*(-2^(11),2^(11)-1)

JAL(Jump And Link)

JAL RD,LABEL

编码格式J-type

调用子过程，把20位宽的立即数2后进行符号拓展和pc值相加，然后把下一条指令地址写入RD，所以跳转范围应该是2*(-2^(19),2^(19)-1)即(-1048576，1048574)约等于+/-1M*

JALR(Jump And Link Register)

JALR RD,IMM(RS1)

编码格式I-type

调用子过程，把12bit的IMM进行符号拓展后和RS1相加，将结果最低1bit设置为0(确保地址按照两字节对齐)，跳转地址以RS1为基准，-2^11,2^11-1，上下**+/-2k**

对于超过1M的远距离跳转
auipc x6,IMM 
jalr x1,x6,IMM

J

J offset 相当于x86的jmp

伪指令相当于JAL x0，offset

JR

JR RS

伪指令相当于JALR x0，0(RS)

调用约定

基于调用约定的伪指令

TODO: emm，编译32位riscv时缺少头文件了，暂时没解决，64位又有一点点不一样，暂时不做实例分析