计算机系统基础（六）之RISC-V汇编
⽂章⽬录
前⾔
之前简单的讲过了RISC-V指令集，接下来我将简单的介绍⼀下RISC-V的汇编。更直观的去了解，C语⾔程序如何⼀步步变成机器语⾔并让机器执⾏程序。
提⽰：以下是本篇⽂章正⽂内容，下⾯案例可供参考
⼀、RISC-V汇编语⾔简介
汇编语⾔（Assembly Language）是⼀种“低级”语⾔，直接接触最底层的硬件，需要对底层硬件⾮常熟悉才能编写出⾼效的汇编程序。并且汇编语⾔属于第⼆代计算机语⾔，⽤⼀些容易理解和记忆的字母，单词来代替⼀个特定的指令。因此在汇编语⾔中，⽤助记符代替机器指令的操作码，⽤地址符号或标号代替指令或操作数的地址。⽐如：⽤“ADD”代表数字逻辑上的加减，“ MOV”代表数据传递等等。
C语⾔程序在翻译成可以在计算机上运⾏的机器语⾔程序，⼤致需要四个步骤。
1. ⾸先将⾼级语⾔程序编译成汇编语⾔程序
2. 然后⽤机器语⾔组装成⽬标模块
3. 链接器将多个模块与库程序组合在⼀起以解析所有引⽤
4. 最后加载器将机器代码放⼊适当的存储器位置以供处理器执⾏
注：所有程序不⼀定严格按照这个四个步骤执⾏。为了加快转换过程，可以跳过或将⼀些步骤组合到⼀起。⼀些编译器直接⽣成⽬标模块，⼀些系统使⽤链接加载器执⾏最后两个步骤。为了识别⽂件类型，UNIX遵循⽂件的后缀约定:C源⽂件命名为x.c，汇编⽂件命名为x.s，⽬标⽂件命名为x.o，静态链接库程序为x.a，动态链接库路径为x.so，以及默认情况下，可执⾏⽂件称为a.out。MS-DOS使⽤后缀.C、.ASM、.OBJ、.LIB、.DLL和 .EXE的效果相同。
汇编语⾔的优缺点
汇编语⾔的缺点：
难读
汇编指令有多少个难写
难移植
汇编语⾔的优点
灵活
强⼤
汇编语⾔的应⽤场景
会要直接访问底层硬件的地⽅
需要对性能执⾏极致优化的地⽅
⼆、汇编语⾔语法介绍
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 3 部分组成：[ label:][ operation] [ comment]
label（标号）: GNU汇编中，任何以冒号结尾的标识符都被认为是⼀个标号。表⽰当前指令的位置标记。
operation 可以有以下多种类型：
instruction（指令）: 直接对应⼆进制机器指令的字符串。例如addi指令、lw指令等。
pseudo-instruction（伪指令）: 为了提⾼编写代码的效率，可以⽤⼀ 条伪指令指⽰汇编器产⽣多条实际的指令
(instructions)。
directive（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等，不对应具体的指令。
macro：采⽤ .macro/.endm ⾃定义的宏
comment（注释）: 常⽤⽅式，“#” 开始到当前⾏结束。
三、RISC-V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（注意：仅涉及 RV32I 的通⽤寄存器组）；
在 RISC-V 中，Hart 在执⾏算术逻辑运算时所操作的 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。
RISC-V 汇编指令分类
RISC-V汇编指令分类主要有以下⼏种：算术运算指令、逻辑运算指令、位移运算指令、内存读写指令、分⽀与跳转指令。如下图所⽰，汇编语⾔的操作与指令是⼀⼀对应的，汇编程序可以很简单快速的翻译成机器指令。
RISC-V 汇编伪指令
伪指令是由多个汇编指令组成
注：【参考 1】：The RISC-V Instruction Set Manual，Volume I: Unprivileged ISA，
Document Version 20191213
四、RISC-V 汇编指令详解
上图中已经显⽰了汇编中主要的分类，这⾥我们将更加具体的讲解每⼀类汇编指令。更加有助于理解，RISC-V 汇编。算术运算指令（Arithmetic Instructions）
ADD：寄存器与寄存器的加法运算
对应的RISC-V的指令集
SUB：寄存器与寄存器的减法运算
ADDI：寄存器与⽴即数的加法运算
注：(1)imm (12): “immediate”, ⽴即数占 12 位
(2)在参与算术运算前该 immediate 会被 “符号扩展” 为⼀个 32 位的数
(3)这个⽴即数可以表达的数值范围为：[-2^11 , +2^11)，即[-2048, 2047)。
LUI：寄存器存放⼀个32 bits 的⾼20位的⽴即数。
注：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。
在中有关于此处的讲解。
LI：是⼀个伪指令，汇编器会根据 IMM 的实际情况⾃动⽣成正确的真实指令。
AUIPC：寄存器存放⼀个32 bits 的⾼20位的⽴即数。
注：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。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。
LA：伪指令，常⽤于加载⼀个函数或者变量的地址
注：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。

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