【RISC-V操作系统】从零开始写一个操作系统（五）RISCV汇编语言编程

一、RISCV汇编入门

参考资料：

非特权手册

汇编器在线文档

缺点：

难读，难写，难移植。

优点：

灵活 ，强大。

特点：

适合参与直接操作硬件的场景。

需要对性能极致优化的地方。

1.risc汇编规则（gnu版本）

不同的汇编器可能规则不同。我们使用GNU工具链。

一个汇编程序(.s/.S)由多条语句组成（statement）。

一条语句由三部分组成：

[label:]  [operation] [comment]

标签，操作，注释。

# 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

 

 label就是类似于一种变量，或者说地址，这也是中文意思：标签。

operation是操作指令，可以分为几类：

instruction指令
pseudo instruction伪指令
directive指示
macro（宏）

有的指令对应机器码（机器指令），例如 add x1，x2, x4

伪指令就是不对应原生的机器指令，是为了提高写代码效率，类似与多条指令组合，会被分解成真正的指令再翻译成机器语言。

directive的作用是通过.开头的的类似指令的形式，来控制代码生成的一些特殊处理。事实上是给汇编器看的东西不属于riscV标准。比如.end就是告诉汇编器到这结束了，后面的就不会再看了。.text就是告诉汇编器把代码存到text这个section内。在编译和链接章节内有提到。.global 类似与设置全局变量。start又是一个地址，把这个地址变为全局变量。不对应具体指令：只能在汇编器手册里看到。

宏的定义就是类似c语言的宏定义，比如代码内的do nothing。先定义后调用的形式大家应该能发现。变成两条nop，又被翻译。

注释：#，//,;，都可以，常用的是#。

2.汇编指令总览：操作对象

寄存器

32个通用寄存器，注意这里指的是我们文章仅涉及RV32I的寄存器组。每个寄存器都有别名。大家要仔细研究手册。

 手册机翻的中文版我也给大家放在开头了。

在riscv中hart的操作数据必须来自寄存器。

内存

HART可以执行在寄存器和内存之间的数据读写操作。

读写操作使用字节作为基本单位进行寻址。

RV32最多访问2^32个内存地址。

 3.汇编指令总览：指令编码格式

第一节也讲了类似的概念。

那么这里来讲真实的。

指令长度：ILEN1=32bit（RV32I）

指令对齐：IALIGN=32bit（RV32I）事实上指的是在内存里面，地址一定是4个字节的倍数，这就是对齐。当引入16bit指令时，对对齐的检查放宽到2字节（16bit）。

32个bit划分成不同的域。

不同的划分域的方式就是不同类型的指令。

手册内：

 

 opcode并不能直接决定指令类型，而是结合funct3(3bit)和funct7(7bit)部分才能确定。

riscv isa把rs1与rs2（两个源）以及rd（目的）放在相同的位置以方便解码。

• 用于寄存器-寄存器操作的 R 类型指令，
• 用于短立即数和访存 load 操作的 I 型指令，
• 用于访存 store 操作的 S 型指令，
• 用于条件跳转操作的 B 类型指令，
• 用于长立即数的 U 型指令,
• 用于无条件跳转的 J 型指令

第二十四章有这么一张指令opcode对照表。 这是满足imafd的G指令集。如果不知道我现在在说什么，请务必回去看之前的isa介绍那一篇文章。图中我们可以看到我们的opcode map给出第0位和第1位永远是11。那么还剩下5位，从第二位到第六位。那么这个表格行标题是第二位到第四位，列标题是第五位到第六位。

下面则是更详细的总表。

比如add指令：0110011，

0110011：-11是操作码的缺省位

0110011：查表行01

0110011：查表列100

得到op类型。

另外指令在内存中为小端序排列（低位字节排在内存的低地址。）

不了解这个可以自行查阅百度等。概念不难不在这赘述。

4.指令类型

• 用于寄存器-寄存器操作的 R 类型指令，
• 用于短立即数和访存 load 操作的 I 型指令，
• 用于访存 store 操作的 S 型指令，
• 用于条件跳转操作的 B 类型指令，
• 用于长立即数的 U 型指令,
• 用于无条件跳转的 J 型指令

具体的格式与他们分类有关。

R：register	每条指令中有三个 fields，用于指定 3 个 寄存器参数
I：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：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：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：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：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）

寄存器一般都是5bit，为什么？========因为一共32个寄存器。

汇编指令分类还有更具体的，比如算数运算有哪几个，内存读写有哪几个等等。这里也不多谈。

第二十五章则是给出汇编的常见伪指令。

 

那么简介就到这里。下一站是汇编指令的详解。和我一起做好准备。