riscv 汇编
RISC-V汇编语言入门
参考：
riscv-spec-20191213.pdf
汇编语言概念简介
汇编语言(Assembly Language)是一种低级的语言。
一个完整的RISC-V汇编程序有多条语句(statement)组成
一条典型的RISC-V汇编语句由三部分组成：[label :] [operation] [comment]
--方括号表示可选项
-- label 标号：GNU汇编中， 任何以冒号结尾的标识符被视为标号
--operatioin
-- instruction(指令)：直接对应二进制机器指令的字符串
-- pseudo-instruction(伪指令)：为了提高编写效率，使用一条伪指令指示汇编器产生多条实际指令(instructions).
-- dierctive(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，不对应具体的指令
--macro :采用 .macro/.endm自定义的宏
# First RISC-V Assemble Sample
.macro do_nothing # directive
nop # pseudo-instruction
nop # pseudo-instruction
.endm # directive
.text # directive
.global _start # directive
_start: # Label
li x6, 5 # pseudo-instruction
li x7, 4 # pseudo-instruction
add x5, x6, x7 # instruction
do_nothing # Calling macro
stop: j stop # statement in one line
.end # End of file
汇编语言的扩展名含义
.S 包含预处理指令
.s 纯汇编指令
汇编指令总览
RISC-V汇编指令操作对象
寄存器
32个通用寄存器，x0~x31(RV32I通用寄存器组)
在RISC-V中，Hart在执行算数逻辑运算时操作的数据必须直接来自寄存器
内存
Hart 可以执行在寄存器和内存之间的数据读写操作；
读写操作使用字节（Byte）为基本单位进行寻址；
RV32 可以访问最多 2^32 个字节的内存空间。
(HART（Hardware Thread）是指硬件线程的缩写，它代表了处理器的一个执行单元。HART用于描述处理器中可以独立执行指令流的最小硬件单元。每个HART可以独立执行指令，可以是一个处理器核心，也可以是同一个核心中的多个执行线程，取决于硬件实现。)
RISC-V汇编指令编码格式
指令长度：ILEN1=32bits(RV32I)
指令对齐：IALIGN = 32 bits (RV32I)
32 个 bit 划分成不同的 “域（field）
funct3/funct7 和 opcode 一起决定最终的指令类型
指令在内存中按照小端序排列
六种指令格式
rs2,rs1,rd为寄存器代号，rd用于存放计算结果
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 20 bits，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 20 bits）
RISC-V汇编指令详解
算数运算指令
ADD
语法： ADD RD,RS1,RS2
例子： add x5,x6,x7 # x5=x6+x7编码格式 R-type
opcode (7): 0110011（OP）
funct3 取值 000；funct7 取值 0000000
rs1 (5): 第一个 operand (“source register 1”)
rs2 (5): 第二个 operand (“source register 2”)
rd (5): “destination register” 用于存放求和的结果
SUB
语法： SUB RD,RS1,RS2
例子： sub x5,x6,x7 # x5=x6-x7编码格式R-type
ADDI
语法： ADDI RD,RS1,IMM
例子： addi x5,x6,1 #5=x6+1编码格式I-type
opcode(7):0b0010011 (op-IMM)
unct3 (3): 和 opcode 一起决定最终的指令类型
rs1 (5): 第一个 operand (“source register 1”)
rd (5): “destination register” 用于存放求和的结果
imm (12): “immediate”, 立即数，代替了 R-type 的第三个寄存器参数和 func7
imm (12): “immediate”, 立即数占 12 位
在参与算术运算前该 immediate 会被 “符号扩展”为一个 32 位的数
这个立即数可以表达的数值范围为：[-2^11 ,+2^11)，即[-2048, 2047]
基于算数运算指令实现的其他伪指令
ADDI的局限性
给一个寄存器赋值的数值范围只有：[-2048, 2047]。如果要赋值一个大数 (32 位) 怎么办？
先引入一个新的命令先设置高 20 位，存放在 rs1
然后复用现有的 ADDI 命令补上剩余的低 12 位即可
LUI
语法： LUI,RD,IMM
例子： lui x5,0x12345 #x5= 0x12345 <<12编码格式U-type
opcode (7): 0b0110111（LUI）
rd (5): “destination register” 用于存放结果
imm (20): “immediate”, 立即数
LUI 指令会构造一个 32 bits 的立即数，这个立即数的高 20 位对应指令中的 imm，低 12 位清零。这个立即数作为结果存放在 RD 中。
LI
语法： LI RD,IMM
例子： li x5,0x12345678 #x5=0x12345678LI （Load Immediate）是一个伪指令（pseudo-instruction）
汇编器会根据 IMM 的实际情况自动生成正确的真实指令（instruction）。
AUIPC
语法： AUIPC RD,IMM
例子： auipc x5,0x12345 # x5=0x12345+pcAUIPC 指令采用 U-type
和 LUI 指令类似，AUIPC 指令也会构造一个 32bits 的立即数，这个立即数的高 20 位对应指令中的 imm，低 12 位清零。但和 LUI 不同的是，AUIPC 会先将这个立即数和 PC 值相加，将相加后的结果存放在 RD 中。
多用于构造相对地址
LA
语法： LA
例子： la x5,fooLA是一个伪指令（pseudo-instruction）
具体编程时给出需要加载的 label，编译器会根据实际情况利用 auipc 和其他指令自动生成正确的指令序列。
常用于加载一个函数或者变量的地址。
