[計算機硬件] RISC-V 彙編指令筆記

RISC-V 彙編指令筆記

本文主要做爲RISC-V Instruction的一個梳理。

 

RISC-V Instruction 的格式一般爲

　　Operation code + Destination register + First operand register + Second oprand register

如，add x1, x2, x0 對應的 opcode = add; rd = x1; rs1 = x2; rs2 = x0.

 

對於RISC-V，有32個寄存器，分別是：

RISC-V寄存器表

寄存器	調用名字	用途	存儲者
x0	zero	常數0	N.A.
x1	ra	返回地址	Caller
x2	sp	棧指針	Callee
x3	gp	全局指針	/
x4	tp	線程指針	/
x5-x7	t0-t2	臨時存儲	Caller
x8	s0/fp	保存用寄存器/幀指針（配合棧指針界定一個函數的棧）	Callee
x9	s1	保存用寄存器	Callee
x10-x11	a0-a1	函數參數/返回值	Caller
x12-x17	a2-a7	函數參數	Caller
x18-x27	s2-s11	保存用寄存器	Callee
x28-x31	t3-t6	臨時存儲	Caller
f0-f7	ft0-ft7	浮點臨時存儲	Caller
f8-f9	fs0-fs1	浮點保存用寄存器	Callee
f10-f11	fa0-fa1	浮點函數參數/返回值	Caller
f12-f17	fa2-fa7	浮點函數參數	Caller
f18-f27	fs2-fs11	浮點保存用寄存器	Callee
f28-f31	ft8-ft11	浮點臨時存儲	Caller

tips:   callee:是一個指針，指向擁有這個arguement對象的函數；

　　　caller:保留着調用當前函數的函數的引用。

 

而RISC-V RV32標準指令集有如下幾種框架：

• R-format for register-register arithmetic/logical operations
• I-format for register-immediate arith/logical operations and loads
• S-format for stores
• B-format for branches
• U-format for 20-bit upper immediate instructions
• J-format for jumps
• Others:  Used for OS & Syncronization

R即Reg相關；I即當即數相關；S存儲相關；B分支相關；U高位數相關（由於一條32位指令中沒法表示高達32位的數據）；J跳轉相關。

tips: about arithmetic & logical operations.

• 邏輯右移(LSR)是將各位依次右移指定位數，而後在左側補0，算術右移(ASR)是將各位依次右移指定位數，而後在左側用原符號位補齊。
• 邏輯左移與算術左移操做相同。
• RISC-V採用小端格式（Little-Endian），即低位字節排放在內存的低地址端，高位字節排放在內存的高地址端。

 

R-Format

一般是xxx rd, rs1, rs2。

31　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　0

Funct7	rs2	rs1	Funct3	rd	opcode
7	5	5	3	5	7

Opcode = 0110011

Funct7 + Funct3 + opcode defines what operation to perform.

	Funct7	Funct3	opcode	用途
ADD	0000000	000	0110011	加法
SUB	0100000	000	0110011	減法
SLL	0000000	001	0110011	左移
SLT	0000000	010	0110011	Set Less Than := rs1 < rs2 ? 1:0
SLTU	0000000	011	0110011	SLT Unsigned
XOR	0000000	100	0110011	異或
SRL	0000000	101	0110011	邏輯右移
SRA	0100000	101	0110011	算術右移
OR	0000000	110	0110011	或
AND	0000000	111	0110011	與

相關僞指令：

mv rd, rs　　=　　addi rd, rs, x0

nop　　　　  =　　addi r0, r0, x0

not rd, rs　  =       xori rd, rs, 111111111111

Note:  由於某事忽然發現RISC-V好像沒有循環移位的指令（未查證），要實現循環移位估計要三條指令以上。

 

I-Format

Opcode 0010011

Immediate		rs1	Funct3	rd	opcode
12		5	3	5	7

 

	Shift-by-immediate	rs1	Funct3	rd	opcode
0x00000	5	5	3	5	7

第一部分包括ADDI, SLTI, SLTIU, XORI, ORI, ANDI（當即數有12位）

　　和SLLI, SRLI, SRAI（當即數僅有5位）。

第二部分包括load instruction，格式同ADDI（12位的當即數）

　　Load Opcode 0000011

　　有LB(load byte) ，LH(load halfword=2 bytes)， LW，LBU(load unsigned byte)，LHU(load unsigned halfword)

 

S-Format

Opcode 0100011

imm[11:5]	rs2	rs1	Funct3	imm[4:0]	opcode
7	5	5	3	5	7

包括SB，SW，SH

 

B-Format

Opcode 1100011

imm[12]	imm[10:5]	rs2	rs1	Funct3	imm[4:1]	imm[11]	opcode
1	6	5	5	3	4	1	7

能夠表示-4096~4094的範圍

Note：The 12 immediate bits  encode  even 13-bit signed byte offsets (lowest bit of offset is always zero, so no need to store it).

包括BEQ，BNE，BLT(branch less than: if [rs1]<[rs2], then branch) ，BGE(branch greater than or equal: if [rs1]>=[rs2], then branch) ，BLTU，BGEU。

 

相關僞指令：

beqz x1, label　　=　　beq x1, x0, label

bnez x1, label　　=　　bne x1, x0, label

 

U-Format

imm[31:12]	rd	opcode
20	5	7

LUI – Load Upper Immediate  lui rd, upper im(20-bit) 

e.x.　　lui x10, 0x87654   # x10 = original value → 0x87654000

AUIPC – Add Upper Immediate to PC

e.x.　　auipc t0, 1　　# t0 = original value → PC + 0x00001000

　　　  auipc t0, 0　　# t0 = original value → PC

 

相關僞指令：

加載當即數

li rd, imm(32-bit)     =     lui rd, imm(20-bit)

                                   addi rd, rd, imm(12-bit)

加載地址 

la rd, label　　　　=　　auipc rd, imm(20-bit)

　　　　　　　　　　addi rd, rd, imm(12-bit)

 

J-Format

imm[20]	imm[10:1]	imm[11]	imm[19:12]	rd	opcode
1	10	1	8	5	7

 

 

 

jal x0, label                  Discard return address

jal ra, function_name   Call Function within 2¹⁸ (1 instruction = 2² bytes).

 

jr ra

 

# Call function at any 32-bit absolute address

lui x1, <high 20-bit>

jalr ra, x1, <low 12-bit>      Call Function at 32-bit absolute address

 

# Jump PC-relative with 32-bit offset

auipc x1, <high 20-bit>

jalr x0, x1, <low 12-bit>      Jump within 32-bit

 

相關僞指令:

j label     =     jal x0, label

ret          =     jr ra               =     jalr x0, ra, 0

 

Acknowledgement

• UC Berkeley CS61C
• http://www.kvakil.me/venus/　　能夠在線編譯RISC-V的工具