Chap2笔记
Chapter 2¶
Instructions¶
分成Arithmetic, Data Transfer, Logical, Shift, Conditional Branch, Unconditional Branch等部分.
Arithmetic¶
Jumping Table
想要表示C语言的switch-case语句，可以使用分支地址的方法，如图：
比如说这段C语言代码：
switch (k) {
case 0: f = i + j; break;
case 1: f = g + h; break;
case 2: f = g - h; break;
case 3: f = i - j; break;
}
其中变量f,g,h,i,j,k分别对应寄存器x20-x25，寄存器x5的值为\(4\).
完整转换的汇编如下：
.data
JumpTable: # 跳转表：存储各个case标签的地址
.dword L0 # JumpTable[0] -> case 0
.dword L1 # JumpTable[1] -> case 1
.dword L2 # JumpTable[2] -> case 2
.dword L3 # JumpTable[3] -> case 3
.text
.globl main
main: # 假设输入参数
li x25, 2 # k = 2 (测试用例)
li x5, 4 # 边界值 = 4
la x6, JumpTable # x6 = 跳转表基地址
# 假设变量初始值
li s1, 10 # g = 10
li s2, 3 # h = 3
li s3, 7 # i = 7
li s4, 2 # j = 2
Boundary:
blt x25, x0, Exit # 边界检查，if (k < 0) goto Exit
bge x25, x5, Exit # if (k >= 4) goto Exit
slli x7, x25, 3 # 计算跳转表索引地址，x7 = k * 8 (每个地址8字节)
add x7, x7, x6 # 计算 JumpTable[k] 的地址，x7 = JumpTable基址 + k*8
ld x7, 0(x7) # 从跳转表加载目标地址，x7 = JumpTable[k]的内容(目标地址)
jalr x1, 0(x7) # 间接跳转到目标代码：跳转到x7地址，返回地址存入x1
L0: # Case 0: f = i + j
add s0, s3, s4 # s0 = i + j
jalr x0, 0(x1) # 跳转到Exit (x1存的返回地址)
L1: # Case 1: f = g + h
add s0, s1, s2 # s0 = g + h
jalr x0, 0(x1) # 跳转到Exit
L2: # Case 2: f = g - h
sub s0, s1, s2 # s0 = g - h
jalr x0, 0(x1) # 跳转到Exit
L3: # Case 3: f = i - j
sub s0, s3, s4 # s0 = i - j
jalr x0, 0(x1) # 跳转到Exit
Exit: # 程序结束，s0中存储最终结果；打印结果 (系统调用)
li a7, 1 # 系统调用号 1 = print_int
mv a0, s0 # 将结果移到a0
ecall # 执行系统调用
# 退出程序
li a7, 10 # 系统调用号 10 = exit
ecall
Instruction Representations¶
机器码是一条数字形式的指令，机器语言是指令的数字形式.
RISC-V基础指令集的所有标准指令长度都是\(32\text{bits} = 4\text{bytes}\)，即一个word. 为了书写方便，一般使用十六进制来压缩存储指令.
每条指令分为不同的字段，具备不同的功能.
opcode: 指令要做的运算，用于区分指令格式.funct3: 额外的opcode字段funct7: 另一个额外的opcode字段rd: 寄存器目标操作数，保存运算的结果rs1: 第1个寄存器源操作数rs2: 第2个寄存器源操作数