programování_v_asembly

Programování procesorů RISC-V v assembly

V následujících kapitolách se nejprve lehce seznámíme s psaním programů v jazyce assembly pro procesory RISC-V.

Instrukce

Na obrázku je přehled všech instrukcí implementovaných procesorem.

Pseudoinstrukce

Pseudoinstrukce slouží pro větší abstrakci při programování v jazyce symbolických adres (assembly). Umožňují psát program v instrukcích, které procesor sice přímo nepodporuje, ale jejich vykonání je možné syntetizovat pomocí již existujících instrukcí a to buď zaměněním pořadí argumentů, či případně vynulováním jednoho z nich.

Například instrukce MV (přesun obsah registru) jde syntetizovat jako ADDI rd, ra1, 0.

V tabulce je přehled dalších pseudoinstrukcí.

Zápis instrukcí v jazyce symbolických adres

Instrukce se skládá z názvu instrukce a argumentů. Argumenty jsou odděleny čárkou a mohou být v závorce. Argumenty mohou být indexy registrů, konstanty, nebo adresy do paměti.

inst rd, rs1, rs2
inst rd, rs1, imm
jmp rd, imm

Jak je vyobrazeno v kódu, pořadí argumentů je následující: cílový registr, první zdrojový registr, druhý zdrojový registr. Pokud je v instrukci pouze jeden registr, tak je to cílový registr.

Inicializace procesoru

Procesor je potřeba před spuštěním vyresetovat. To smaže obsah všech registrů a shodí všechny případné výjimky. Pokud náš program pracuje se zásobníkem, tak je potřeba nejprve provést inicializaci registru x2 (sp - stack pointeru) na horní hranici rozsahu paměti RAM. Operační paměť má nastavenou syntetizovanou velikost 4kB (4096 bajtů).

# MEM(0:4092)
# WORD_SIZE = 4
li sp, 4096
addi sp, sp, -4

Volání funkcí

Volání funkcí v jazyce symbolických adres je znázorněno v dalším útržku kódu. Symbol func je zde použit pro název funkce a používá se jako reference na adresu následující instrukce.

func:
    # tělo funkce
    ret

jal ra, func

Příkaz jal (jump and link) provede skok na adresu funkce a uloží si do registru ra adresu následující instrukce. Tento registr se používá pro návrat z funkce. Příkaz ret (return) provede skok na adresu uloženou v registru ra. Jako registry argumentů se standardně používají registry a0 až a7. Pro uložení návratových hodnot slouží registry a0 a a1.

Začínáme ve funkci main

Je možné, že náš program po inicializaci registrů obsahuje deklarace funkcí, které chceme při spuštění přeskočit. Skok na hlavní program vykoná instrukce: j main. Příkaz j (jump) provede skok na adresu funkce (main).

Program v Assembly

Takto by mohl vypadat demonstrační program, který běží v nekonečné smyčce. Funkce return_arg vrací svůj argument. Program main, volá funkci return_arg a ta svůj argument a0 ukládá jako návratovou hodnotu do registru a1. Pokud je návratová hodnota různá od nuly, tak se program vrátí na začátek smyčky loop. Pokud je návratová hodnota nula, tak se program ukončí vyvoláním výjimky instrukcí ECALL.

.text
.globl main

# inicializace ukazatele na zasobnik
li sp, 4096         # MEM(0:4092)
addi sp, sp, -4     # WORD_SIZE = 4

j main              # skok na smycku hlavni funkce

# Funkce: return argumet
# Argumenty:
#  a0 - argument
#  a1 - navratova hodnota
return_arg:
    mv a1, a0       # a1 = a0
    li a0, 0        # a0 = 0
    ret

main:
    addi a0, x0, 1  # a0 = 1

    loop:
        jal ra, return_arg  # a1 = return_arg(a0)
        addi a0, a1, 0      # a0 = a1
        bne a1, x0, loop    # if a1 is True goto loop
    ecall

Direktiva .text říká, že následující příkazy jsou instrukce programu a budou uložena v sekci paměti text. Direktiva .globl nastavuje následující symbol jako globální, ten pak může být použit i v jiných souborech. V tomto případě je to symbol main.

Zdroje:

• https://web.eecs.utk.edu/~smarz1/courses/ece356/notes/assembly/