[计算机硬件] RISC-V 汇编指令笔记

新ちゃん

RISC-V 汇编指令笔记

本文主要作为RISC-V Instruction的一个梳理。

RISC-V Instruction 的格式通常为

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

如，add x1, x2, x0 对应的 opcode = add; rd = x1; rs1 = x2; rs2 = x0.

对于RISC-V，有32个寄存器，分别是：

RISC-V寄存器表

寄存器	调用名字	用途	存储者
x0	zero	常数0	N.A.
x1	ra	返回地址	Caller
x2	sp	栈指针	Callee
x3	gp	全局指针	/
x4	tp	线程指针	/
x5-x7	t0-t2	临时存储	Caller
x8	s0/fp	保存用寄存器/帧指针（配合栈指针界定一个函数的栈）	Callee
x9	s1	保存用寄存器	Callee
x10-x11	a0-a1	函数参数/返回值	Caller
x12-x17	a2-a7	函数参数	Caller
x18-x27	s2-s11	保存用寄存器	Callee
x28-x31	t3-t6	临时存储	Caller
f0-f7	ft0-ft7	浮点临时存储	Caller
f8-f9	fs0-fs1	浮点保存用寄存器	Callee
f10-f11	fa0-fa1	浮点函数参数/返回值	Caller
f12-f17	fa2-fa7	浮点函数参数	Caller
f18-f27	fs2-fs11	浮点保存用寄存器	Callee
f28-f31	ft8-ft11	浮点临时存储	Caller

tips:   callee:是一个指针，指向拥有这个arguement对象的函数；

　　　caller:保留着调用当前函数的函数的引用。

而RISC-V RV32标准指令集有以下几种框架：

• 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相关；

I即立即数相关；

S存储相关；

B分支相关；

U高位数相关（因为一条32位指令中无法表示高达32位的数据）；

J跳转相关。

tips: about arithmetic & logical operations.

• 逻辑右移(LSR)是将各位依次右移指定位数，然后在左侧补0，算术右移(ASR)是将各位依次右移指定位数，然后在左侧用原符号位补齐。
• 逻辑左移与算术左移操作相同。
• RISC-V采用小端格式（Little-Endian），即低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
  
  

R-Format

通常是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	减法
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	异或
SRL	0000000	101	0110011	逻辑右移
SRA	0100000	101	0110011	算术右移
OR	0000000	110	0110011	或
AND	0000000	111	0110011	与

相关伪指令：

mv rd, rs　　=　　addi rd, rs, x0

nop　　　　  =　　addi r0, r0, x0

not rd, rs　  =       xori rd, rs, 111111111111

Note:  因为某事突然发现RISC-V好像没有循环移位的指令（未查证），要实现循环移位估计要三条指令以上。

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（立即数有12位）

　　和SLLI, SRLI, SRAI（立即数仅有5位）。

第二部分包括load instruction，格式同ADDI（12位的立即数）

　　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

可以表示-4096~4094的范围

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。

相关伪指令：

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

相关伪指令：

加载立即数

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

                                   addi rd, rd, imm(12-bit)

加载地址

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

相关伪指令:

j label     =     jal x0, label

ret          =     jr ra               =     jalr x0, ra, 0

Acknowledgement

• UC Berkeley CS61C
• http://www.kvakil.me/venus/　　可以在线编译RISC-V的工具
  
  

本篇完，感谢关注：RISC-V单片机中文网