2.12 #2.14

汇编

寄存器

32个64位寄存器 x0-x31

x0 (zero)是0
x1 (ra)是在jal,jalr时暂时存储PC的。执行ret的时候回到当前指令的下一条(PC+4) 注意和LC3\x86不同, RISC-V的PC指向的是当前指令
```
jalr rd,100(rs1) #rd=PC+4,PC=rs1+100
ret # 实际上是jalr x0,0(x1)  效果是PC=x1  
```
x2 (sp) 是栈指针
x10是函数调用第一个参数同时也是返回值
x10-x17是函数参数
x5-x7,x28-x31 不保证调用前后不变
x9,x18-x27 需要保证调用前后不变。如果callee要用，必须保存一份，返回时恢复

内存

ld rd,40(rs1) #rd=[40+rs1]

**word:32位 dword: 64位 ** ld是dword 64位 lw是32位 lh:16 lbL8
RISC-V 地址64位，地址为字节地址. 因此在用reg+imm寻址时, 每个word就要地址+4, dword +8
小端编码

将不足64位的数据载入寄存器, 如果是有符号数，要在前面填充符号位(如负数要全部填1). 无符号数填充0 在指令中的 lw , lh , lb 使用 sign extension，而 lwu , lhu , lbu 使用 zero extension

ALU

Set if less than slt rd,rs1,rs2 代表rd=rs1<rs2?1:0 (slt有符号,sltu无符号)
左移sll rd,rs1,rs2 代表rd=rs1<<rs2
右移srl

分支

blt branch if less than
bge branch if greater or equal

跳转(jal,jalr)

jal rd,offset rd=PC+4,PC+=offset 一般用x1存储原来的下一条地址 jal x1,fun
jalr rd,100(rs1) rd=PC+4,PC=rs1+100 让PC返回x1中存储的地址用jalr x0,0(x1) (伪指令ret)

汇编转二进制

2.12 #2.14

注意rs2在rs1前面

SB和UJ没有最低位

jal和beq的跳转范围

注意指令里没有立即数的最后1位，默认补0，所以跳转的总是偶数

jal立即数\(i[20:1]\) ,21位补码, 原本的范围是\([-2^{20},2^{20}-1]\), 因为2字节,所以范围是\([-2^{20},2^{20}-2]=[\text{PC-0x100000},\text{PC+0xFFFFE}]\)
beq i[12:1] 13位补码

大立即数

lui rd,imm 将 20 位常数加载到目标寄存器的 31 到 12 位；然后用 addi 填充后面 12 位，就可以实现加载32位大立即数。但是，如果后 12 位的首位是 1，在 addi 的时候就会因为 sign ext 额外加上 0xFFFFF000 。因此，我们只需要将 lui 的 imm 增加 1，这样 lui 加载后实际上就是增加了 0x00001000 ，和 0xFFFFF000 相加后就可以抵消影响了。

跳转到大地址

先lui

再jalr

汇编实现算法

分支和循环

注意循环越界条件判断一般用bge。如果考虑负数, a<0或a>=n可以用 bgeu x5,x20,1 (假设a是x5,n是x20)

while

无条件跳转goto LABEL 实现: bne x0,x0,LABEL

switch

会生成branch address tatble . 用jalr

Compiling a switch using jump address table ( Assume: f ~ k --x20 ~ x25 x5 contains 4/8)

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 ;   
}

# x6是jump address table的起始地址
blt    x25, x0, Exit          # test if  k  <  0 
bge   x25, x5, Exit          # if  k  >=  4,  go to Exit
slli     x7, x25, 3              # temp reg x7  =  8  *  k  
add   x7, x7, x6              # x7  =  address of JumpTable[k]
ld      x7, 0(x7)               # temp reg x7 gets JumpTable[k]
jalr    x1, 0(x7)             # jump based on register x7(entrance)
Exit:

A basic block is a sequence of instructions with

No embedded branches (except at end)
No branch targets/branch labels (except at beginning)
Compiler optimize

过程调用和递归

过程调用 jal x1,fun： fun是label

栈: 从高地址往低地址

addi sp, sp, -24 , sd x5, 16(sp) , sd x6, 8(sp) , sd x20, 0(sp) 可以实现将 x5, x6, x20 压栈。
x5-x7,x28-x31 不保证调用前后不变
x9,x18-x27 需要保证调用前后不变。如果callee要用，必须保存一份，返回时恢复

int fact(int n){
    if(n<1) return 1;
    else return n*fact(n);
}

fact:
    addi sp,sp,-16
    sd ra,8(sp) #保存返回地址
    sd x10,0(sp) #因为中间计算要用到参数n, x10不保证调用前后不变，所以caller save
    addi x5,x10,-1 #x5是临时变量
    bge x5,zero,L1  #n>=1
    addi x10,x0,1   # n<1 return 1 
    addi sp,sp,16 
    jalr zero,0(ra)
L1:
    addi x10,x10,-1
    jal ra,fact # 调用fact(n-1)
    add x5,x10,zero #x5暂时存储fact(n-1)的返回值x10
    ld x10,0(sp) #取出前面存储的n x10=n
    mul x10,x10,x5 #x10=fact(n-1)*n
    ld ra,8(sp) #取出返回地址
    add sp,sp,16 #还原栈
    jalr zero,0(ra) #返回

32bit的写法可在https://venus.cs61c.org/执行

addi x10,x0,3
jal ra,fact
fact:
    addi sp,sp,-8
    sw ra,4(sp) #保存返回地址
    sw x10,0(sp) #因为中间计算要用到参数n, x10不保证调用前后不变，所以caller save
    addi x5,x10,-1 #x5是临时变量
    bge x5,zero,L1  #n>=1
    addi x10,x0,1   # n<1 return 1 
    addi sp,sp,8 
    ret
L1:
    addi x10,x10,-1
    jal ra,fact # 调用fact(n-1)
    add x5,x10,zero #x5暂时存储fact(n-1)的返回值x10
    lw x10,0(sp) #取出前面存储的n x10=n
    mul x10,x10,x5 #x10=fact(n-1)*n
    lw ra,4(sp) #取出返回地址
    addi sp,sp,8 #还原栈
    ret

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内存

ALU

分支