Istruzioni RISC-V

In RISC-V, un'istruzione aritmetico-logica possiede tre operandi: i due registri contenenti i valori da elaborare (registri sorgente) e il registro contenente il risultato (registro destinazione). L'ordine degli operandi è fisso: prima il registro contenente il risultato dell'operazione e poi due operandi:

OPCODE DEST, SORG1 SORG2
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Data la formula:
Per eseguire le operazioni di addizione e sottrazione è necessario che le variabili (tipicamente locali) siano nei registri:

• s1 è associato a , s2 a , s3 a , s4 a , s5 a g e il risultato finale viene messo in s3 (riutilizzato)
• t0 e t1 contengono valori temporanei

add t0, s1, s2
sub t1, s3, s4
sub t0, t0, t1
add s3, t0, s5
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Questo tipo di istruzioni si occupano di trasferire dati dalla memoria fisica ai registri (load) e viceversa (`store):

OPCODE REG, MEMADDR
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Una parola doppia contiene più byte, per esempio una parola da contiene . I byte di una parola possono essere enumerati da sinistra a destra o viceversa:

• Big Endian, con i byte numerati da sinistra a destra
• Little Endian, con i byte numerati da destra a sinistra

RISC-V usa little endian.

Con parole da e indirizzamento della memoria per byte, le parole consecutive sono collocate a indirizzi multipli di .

Si ha che la locazione dell'elemento -esimo di un array si troverà in posizione: Dove è il registro base e è l'indice dell'elemento dell'array.

Consideriamo a = A[i] e assumiamo che sia in s1, l'indirizzo del primo elemento dell'array sia contenuto nel registro s3 e a sia in s2:

slli t1, s1, 3        # t1 contiene i * 8
add t2, t1, s3    # t2 contiene indirizzo di A[i]
ld s2, 0(t2)       # carico in s2 il valore di A[i]
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Se poi volessi caricare A[i+1] basterebbe modificare lo spiazzamento:

ld s2, 8(t2)
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Le istruzioni di salto si suddividono in salti condizionati e non condizionati. Nei salti condizionati si ha la forma:

OPCODE SORG1, SORG2, IND_SALTO
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Avviene cioè on confronto tra SORG1 e SORG2 e se la condizione viene soddisfatta, allora salta. L'indirizzo di destinazione di salto IND_SALTO è espresso relativamente rispetto al PC.
Nelle istruzioni di salto incondizionato il salto viene sempre eseguito.

Nelle istruzioni in un linguaggio macchina si usano gli indirizzi, tuttavia per un programmatore non è conveniente, o possible calcolare l'indirizzo numerico di dati e istruzioni. Si usano quindi etichette mnemoniche dette label che si associano a specifici punti del programma, l'assemblatore poi traduce le etichette nei corrispondenti indirizzi.

Per le istruzioni:

LABEL_NAME:    addi x4, x5, 10
               sub x4, x4, x6
               ...
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Mentre per i dati:

.data
A:    .zero 8
B:    .zero 8
C:    .zero 8
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Consideriamo il codice c:

if (i == j)
	f = g + h
else
	f = g - h
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E supponiamo che le variabili f, g, h, i e j siano associate rispettivamente ai registri s0, s1, s2, s3 e s4. Allora una traduzione in RISC-V:

IF:         bne s3, s4, ELSE
THEN:       add s0, s1, s2
			j ENDIF
ELSE:       sub s0, s1, s2
ENDIF:      ...
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Notiamo che le etichette IF e THEN non servono per saltare, ma aiutano a distinguere le varie parti.

Consideriamo il codice c:

if (i < j)
	k = i + j
else
	k = i - j
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E supponiamo che le variabili i, j e k siano rispettivamente associate a s0, s1 e s2.

IF:         slt t0, s0, s1
			beq t0, zero, ELSE
THEN:       add s2, s0, s1
			j ENDIF
ELSE:       sub s2, s0, s1
ENDIF:      ...
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Le istruzioni di tipo I permettono di rappresentare costanti esprimibili su in CPL2. Per avere una costante a è necessario caricarla nel registro in due passi. Suddividiamo il valore della costante in una da e l'altra da , che sono trattate come due immediati:

• Si usa l'istruzione lui per caricare il primo immediato nei più significativi della metà inferiore del registro. E poi azzera i meno significativi, ed estende il segno della metà inferiore fino al -esimo bit.
• Una successiva istruzione addi consente di aggiungere tramite il secondo immediati, i meno significativi della costante.

Ci è fornita un istruzione di chiamata (invocazione) di sistema operativo, che fornisce un insieme di funzioni di servizio. Per richiedere una funzione di servizio bisogna impostare il codice di chiamata nel registro a7, inserire gli argomenti nei registri richiesti, e utilizzare l'istruzione macchina ecall senza argomenti.

Traduciamo il seguente codice c in assembly:

#include <stdio.h>

void main() {
	printf("Hello, World!");
	return;
}
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			.data
OUT_STRING: .asciz "\nHello, World!\n"
			.text
MAIN:       li a7, 4
			la a0, OUT_STRING
			ecall
EXIT:       li a7, 93
			li a0, -1
			ecall
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RISC-V ha quattro modalità di indirizzamento:

• A registro
• Immediato
• Con base e spiazzamento
• Relativo al Program Counter pc.